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" PROCEDE ET APPAREIL POUR LE TRAITEMENT DE MATIERES ET SPECIALEMENT DE PRODUITS ALIMENTAIRES "
Cette invention a trait à un procédé et à un appareil pour le traitement de matières, et plus parti- culièrement au procédé de traitement par lequel on chan- ge les caractéristiques physiques d'une matière par un changement de température combiné avecune agitation et une aération.
Ce procédé de traitement n'est limité à aucune matière et est au contraire avantageusement applicable à
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une grande variété de produits tels que la crème glacée, le saindoux, l'oléo-margarine, les jus de fruits, les oeufs et des matières analogues. Dans le traitement de certaines de ces matières, on peut supprimer l'agitation, l'aération ou les deux, sans s'écarter de certaines des caractéristiques de l'invention.
Dans le traitement de certaines matières, il est désirable d'abaisse-- la températurependant le trai- ternent, tandis que, dans le cas d'autres matières, un ac- croissement de température est nécessaire. Certaines des caractéristiques de l'invention se rapportent, soit à une élévation, soit à un abaissement de la température, mais la description qui suit concerne plutôt les appareils fri- gorifiques que les appareils de chauffage.
Une des caractéristiques de l'invention réside dans un procédé pour augmenter le débit de l'agent de va- riation de température, ce qui augmente l'efficacité du transfert de la chaleur entre cet agent et la matière en cours de traitement. Dans le mode de réalisation repré- senté dans le cas d'un appareil frisorifjque, ceci s'ob- tient en se servant de lavitesse de l'agent, réfrigérant dans une partie de l'appareil, pour augmenter la vitesse d'écoulement dudit agent au contact de la surface réfri- gérante.
D'autres caractéristiques de l'invention sont les suivantes:
La fourniture de l'agent de variation de; tempé- rature est régie automatiquement par l'état, physique do la matière en cours de trait
Une seule source de force motrice est appliquée pour agiter et fournir la matière à traiter, en combinai- son avec un mécanisme à vitesse variable permettant de
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varier sélectivement la quantité de matière distribuée par unité de temps, indépendamment du degré d'agitation.
Dans un mécanisme agitateur particulier installé dans la chambre de traitement, les palettes agitatrices sont relativement minces en section et le support du mé- canisme se rapproche de la surface de transfert de cha- leur dans une mesure plus grande que jusqu'à ce jour. En- tre les organes agitateurs et leur support, des conduits sont prévus, dont la section de passage est plus grande que celle entre le support et la surface transférant la chaleur. Par ce moyen, on obtient un rapport extrêmement élevé entre la surface de transmission de chaleur et le volume de matière sans risque d'une obstruction ou d'un engorgement de matière à l'avant des organes agitateurs.
D'autres caractéristiques de l'invention seront décrites ci-après d'une façon détaillée, en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
Fig. 1 est une vue schématique de l'appareil entier appliqué dans cet exemple à une installation fri- gorifique pour la fabrication de'la crème glacée. Fig. 2 est une vue de côté de l'appareil de traitement et repré- sente le mécanisme de commande des agitateurs et du dis- positif d'alimentation de matière. Fig. 3 est une vue en bout de l'extrémité de sortie de la chambre de traitement.
Fig. 4 est un détail en coupe, du mécanisme de commande des agitateurs et comprend les détails du mécanisme régu- lateur influencé par l'état physique de la matière. Fig. 5 est un plan de la chambre de traitement, du mécanisme de commande et du mécanisme de changement de vitesse. Fig. 6 est un détail à plus grande échelle du mécanisme de chan- gement de vitesse. Fig. 7 est un détail en coupe suivant 7-7 (fig. 6). Fig. 8 est un plan de la pompe d'alimentation de matière. Fig. 9 est une coupe suivant 9-9 (fig. 8) et
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représente le mécanisme de distribution de la pompe. Fil.:;.
10 est une vue analogue à fig. 9 mais représentait le mé- canisme de distribution dans une autre position. Fig. 11 est un détail en coure suivant 11-11 (fig. 8). Fig. 12 est une coupe horizontale suivant la ligne centrale de la pompe d'alimentation de matière. Fig. 13 est une vue de côté de la pompe, l'enveloppe externe étant enlevée pour représenter la construction interne, et certaines parties étant supposées brisées pour représenter le dispositif d'admission d'air prévu pour aérer la matière.
Fig. 14 est un détail en coupe suivant 14-14 (fig. 13) et repré- sente un cadran permettant de régler le degré d'aération du produit. Fig. 15 est une coupe du barillet de traite ment, cette coupe étant faite par un plan passant par l'a- xe de deux des chambres de traitement. Fig. 16 est une coupe transversale d'une des chambres de traitement sui- vant 16-16 (fig. 15). Fig. 16A est une coupe transversa- le analogue d'un autre mode de réalisation. Fig. 17 est une coupe d'un appareil de fouettage assujetti à l'extre- mité de la dernière chambre de traitement et servant, dans certains procédés, à donner un fouettage final au produit.
Fig. 18 est une coupe transversale de la cham- bre de fouettage suivant 18-18 (fig. 17). Fig. 19 est une coupe transversale du barillet de traitement entier suivant 1,9-19 (fig. 15) et représente la disposition re- lative des quatre chambres de traitement à 1'intérieur- de ce barillet. Fig. 20 est un détail d'un dispositif d'évacuation dont on se sert pour éviter la perte de pres- sion dans la chambre de fouettage finale.
L'appareilreprésenté est celui dont on se sert pour fabriquer de la crème glacé ou un produit analogue et la description détaillée qui suit,, est par conséquent limitée à cette application. Il est bien. entendu toutefois,
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que les caractéristiques générales de l'invention ne doi- ' vent pas être considérées comme limitées par cette des- cription.
30 désigne un tuyau qui amène un agent réfri- gérant à baute pression à un robinet,ou distributeur d'a- limentation 31 et à un tuyau 34. L'agent réfrigérant peut être l'ammoniaque, l'anhydride carbonique, l'anhydride sulfureux ou un autre agent convenable, mais l'ammoniaque est préférée dans le présent appareil. Une partie de l'a- gent réfrigérant est conduite par le tuyau 34 à la tuyère d'un éjecteur 35 rar lequel elle est détendue, partielle- ment liquéfiée et introduite dans un réservoir accumula- teur 32. La tuyère de 1¯'éjecteur possède une section de passage telle, qu'il ne peut passer à travers elle qu'une partie de l'agent réfrigérant nécessaire pour le traite- ment. Le rôle de l'éjecteur sera décrit plus loin.
Le distributeur d'alimentation 31 est associé au réservoir accumulateur 32, qui contient un flotteur 33. Le flotteur 33 est mobile sous l'influence du niveau de l'agent réfrigérant liquide que contient l'accumula- teur et régit le fonctionnement du robinet 31. En quit- tant le robinet 31, l'agent réfrigérant à l'état déten-. du et partiellement liquéfié, se rend par un tuyau 37 à l'accumulateur 32. Grâce à cette disposition, l'accumu- lateur contient constamment une provision d'agent réfri- gérant liquide à un niveau pratiquement constant sous la commande du flotteur 33.
Au fond de l'accumulateur 32 est relié un tuyau 38 agencé pour fournir le réfrigérant liquide à un appa- reil de traitement 39 que l'on décrira plus loin dtune façon plus détaillée. Un tuyau d'échappement 40 ramène le réfrigérant partiellement vaporisé, à l'accumulateur 32,par l'intermédiaire d'un robinet 41 actionné par un
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solénoïde et de l'éjecteur 35.
Grâce à la disposition qui vient d'être décrite, la vitesse élevée du réfrigérant quittant la tuyère de l'éjecteur 35, crée une action de siphon qui crée une différence de pression dans le tuyau 40 et oblige le réfrigérant liquide à circuler à travers l'évaporateur et de celui-ci à l'accumulateur. Ce liquide supplémen- taire se mouvant au'contact. de la surface réfrigérante, balaye' cette surface dont les petites bulles sont ainsi enlevées plus vite que si ce liquide ne circulait pas, de sorte qu'une fraction plus grande de la surface ré- frigérante, est maintenue à l'état mouillé, ce qui as- sure un coefficient de transfert de chaleur plus élevé.
L'expérience a démontré que le coefficient de transfert de .chaleur entre une surface réfrigérante en acier et l'ammoniaque gazeuse, est inférieur à la moitié du coef- ficient correspondant, qui intervient dans le cas de l'ammoniaque liquide. La diminution (le pression dans le tuyau 40 diminue aussi le point d'ébullition de l'agent réfrigérant dans l'évaporateur, ce qui contribue encore à augmenter la chaleur transférée par unité de temps.
Par des essaisréels, on a trouvé que cette action de siphon augmente de plus de 15 % le pouvoir de transfert de cha- leur de l'évaporateur, sans changer la pression d'aspi- ration de l'agent réfrigérant gazeux dans le tuyau 122 qui relie l'accumulateur à la pompe à réfrigérant ser- vant à le comprimer de nouveau.
A l' aide d'un robimet 36 placé sur le tuyau 34, on peut modifier ou supprimer complètement l'action d'éjection. Ce robinet constitue par conséquent, un dis- positif commode pour régler l'effet réfrigérant à l'in- térieur de l'évaporateur entre certaines limites. Si le robinet 36 est complètement fermé, tout le réfrigérant
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qui passerait autrement dans le tuyau 34 passe directement par un conduit, de by-pass 37.
L'appareil de traitement 39 est représenté d'une façon plus détaillée, dans les fig. 15 à 19. Il comprend un cylindre externe ou barillet 42 contenant quatre chambres de traitement 43 convenablement reliées par des couvercles en fonte 44, 45, de façon que la matière puisse passer dans les quatre chambres en série. Les couvercles 44 et 45 sont reliés par une virole interne 46 entourant les quatre chambres de traitement. L'espace compris entre la virole 42 et la paroi 46 constitue un dispositif calori- fuge. A l'intérieur de la paroi 46 et autour des chambres de traitement individuelles, sont disposés des organes 47.
Un espace 48 ménaGé entre les organes 47 et la paroi des chambres 43, constitue une chemise dans laquelle circule l'agent réfrigérant et qui est reliée au tuyau d'admis- sion de réfrigérant 38 et au tuyau d'échappement 40.
Chacune des chambres de traitement 43 renferme des agitateurs 49 portés par un arbre 53 qui tourne dans des paliers convenables 50 et 51 montés dans les couver- cles 45 et 44 respectivement.
Fig. 16 représente particulièrement la forme de l'arbre 53 et des agitateurs 49 appropriés à la fabri- cation de crème glacée. Une variante appropriée au trai- tement du saindoux, des succédanés du saindoux, etc..., est représentée dans la fig. 16A. Dans chacune de ces fi- gures, l'arbre 53 reçoit le diamètre qui convient pour le rapport désiré entre la surface de transfert de la cha- leur et le volume de la matière. Les palettes 49 sont sup- portées par l'arbre 53 à l'aide d'organes 49a convenable- ment espacés le loiig de cet arbre.
Près de chaque palette 49, une partie 53a de l'arbre, est découpée ou creusée, comme représenté,pour constituer un chemin pour la matière
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entre ladite palette et l'arbre. La dimension "A" repré- sentée dans ces figures, est au moins aussi grande que la dimension "X" entre l'arbre 53 ot la surface transfé- rant la chaleur.
Les proportions représentées dans les fig. 16 et 16A donnent, entre la surface de transfert et le volu- me de matière, un rapport beaucoup plus grand que celui qui était possible jusqu'à, ce;jour. Il en résulte un con- tact plus intime de la matière à traiter avec la surface de transfert, ce qui améliore l'uniformité du produit et la vitesse à laquelle le procédé peut être réalisé. Lors- qu'un arbre cylindrique ne présentant pas les creusures 53a était appliqué comme jusqu'à ce jour, le rapport le plus grand quton avait trouvé pratique, était environ 1,18 centimètre carré de surface pour 1 centimètre cube de vo- lume.
Avec l'arbre cylindrique et un rapport plus grand entre la surface et le volume, la matière tend à s'accu- muler à l'avant des palettes et à donner un produit non homogène et d'autres résultats indésirables. Par l'appli- cation de l'arbre à creusures selon l'invention, le rap- port entre la surface et le volume, dans le cas d'unecrè- me glacée contenant des noix et autres fruits ou des ma- tières analogues, peut être élevé, comme représenté dans la fig. 16, à environ 1,57 centimètre carré pour 1 centi- mètre cube. Dans le cas du saindoux et des matières analo- gués, le rapport peut être élevé, comme représenté dans la fig. 16A, à 6,30 centimètres carrés pour 1. centimètre cube.
Dans le conduit d'échappement de la dernière chambre de traitement; est disposée une chambre de fouet- tage 52 représentée en détail dans la fig. 17. L'erbre 55 supportant les agitateure 49 dans la chambre de traite- ment, pénètre aussi à l'intérieur de la chambre de fouet-
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tage. Cet arbre 53 porte une roue à bras 54, qui porte elle-même des tiges 55. Destiges fixes56 sont montées , dans l'enveloppe 44 de cette chambre, dans les positions relatives représentées dans la fig. 18 dans laquelle on voit que chaque tige fixe est placée de façon qu'elle passe entre deux tiges mobiles 55.
Grâce à cette cons- truction, le produit reçoit une action de fouettage fi- nale à sa sortie de la dernière chambre de traitement 43.
Le produit s'échappe alors par un conduit 57 et arrive contre un piston 57b (fig. 20). Un ressort 57a prend appui par une de ses extrémités contre la surface interne du piston 57b et par l'autre extrémité contre un chapeau 57cqui obture la chambre 57. Lorsque la pression du produit suffit pour surmonter la pression des ressorts 57a, le piston se déplace et découvre un conduit 57d par lequel le produit s'échappe pour se rendre à un récipient convenable. De cette facon, or: est sûr que le fouettage final est effectué sous pression.On peut régler le cha- peau 57c pour régler la pression du ressort à toute va- leur désirée.
Dans les fig. 2, 3 et 5, on a représenté un ré- servoir 58 renfermant constamment une certaine quantité de matière à traiter. Un tuyau 59 partant de ce réservoir, aboutit à l'admission 60 d'une pompe 61. Le refoulement de cette pompe est relié par un tuyau 62 à l'extrémité d'admission de la première des chambres de traitement 43.
Un moteur électrique 65 est relié par une transmission à engrenages représentée dans les fig. 4 à 7 pour actionner, à la fois les agitateure et la pompe 61. Dans la fig. 4, l'arbre 64 du moteur 63 porte une vis sans fin 65 qui en- grène avec une roue à vis sans fin 66 fixée à un arbre 67.
L'arbre 67 (fig. 5 et 6), porte une poulie-c8ne 68 présentant une série de gorges annulaires 69, de divers
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diamètres. Une poulie-cône analogue 70, est montée sur un , arbre 71 qui traverse l'enveloppe de la pompe 61 pour ac- tionner cette pompe. Un disque- 72 est engage dans des rai- nures correspondantes des poulies 61 et 70. Ces poulies tournent dans le sens des flèches de fi;. 7 et l'action de coincement qu'exercent lesdites poulies sur le disque, lorsque la poulie 68 est la poulie motrice et que la pou- lie 70 est la poulie commandée, tend à maintenir le disque 72 en place aussi longtemps que les poulies tournent dans le sens indiqué.
Pour empêcher le disque de tomber lorsque le moteur s'arrête, il est prévu un support 73 porté par une tige 74 qui est elle-même portée par une pièce 75. La piè- ce 75 est supportée par un arbre 76 et on peut la faire glisser sur cet arbre jusqu'à toute position désirée par rapport aux gorges 69 des poulies-cônes. Un ressort 77 disposé à l'intérieur de la pièce 75, maintient normale- ment le disque 72 en contact avec les poulies-cônes lors- que le moteur s'est arrêté. Deux poignées 78 assujetties au support 73, permettentde faire mouvoir le disque d'une rainure à la suivante. Grâce à cette construction, on peut modifier facilement et rapidement la vitesse de la pompe sans changer la vitesse du moteur de commande.
On se référera maintenant à la fig. 4. L'arbre 64 du moteur, porte un pignon 79 engrenant avec une roue dentée 80 montée sur un arbre 81 qui est supporté dans des roulements convenables de la boîte à engrenages 82.
Sur l'arbre 81 est monté un pignon 83 engrenant avec des pignons 84 portés par des arbres en porte-à-faux 85. Les arbres 85 sont accouplés à l'aide d'un accouplement 86 (fig. 2 et 5) aux arbres 53 qui partent les agitateurs à l'intérieur des chambres de traitement. Par conséquent, ce mécanisme actionne les agitateurs à une vitesse cons-
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tante.
Le pignon 79 est du type influencé par un couple et tend à se mouvoir le long de son arbre dans le sens de la flèche de fig. 4 lorsqu'un couple est appliqué à l'arbre du moteur. Ce pignon prend appui contre une bu- tée à billes 86, qui prend elle-même appui contre un col- let 87 d'une tige 88. Un léser ressort flexible 89 prend appui par un bout contre le collet 87 et par l'autre bout contre une partie de la boîte à engrenages et résiste ain- si au mouvement du pignon 79. La force du ressort 89 est réglée de telle corte que lec pièces restent dans la po- sition de fig. 4 pendant tout le temps que le moteur est arrêté,mais qu'elles se meuvent librement dans le sens de la flèche, aussitôt que le moteur fonctionne.
La tige 88 porte un élargissement 160 qui prend appui contre la partie centrale d'une rondelle 90 entou- rant la partie rétrécie de cette tige. Un ressortà bou- din robuste 91 bute nar une extrémité, contre la rondel- le 90 et par l'autre extrémité, contre un chapeau de ré- glage 92 vissé sur une saillie 93 de la boîte à engrena- Durs le fonctionnement normal do la machine, l'épau- lement 160 est en contact avec la rond.elle 90, mais la force du ressort 91 est telle, qu'aucun mouvement supplé- mentaire du pignon 79 et du ressort 89 n'a lieu.
Lorsque la matière que renferme la chambre de traitement a atteint un état de plasticité qui oppose à la rotation des agitateurs, une force plus grande que la résistance normale, la tendance du pignon 79 à se mouvoir, augmente suffisamment pour comprimer le ressort 91 et con- tinuer le mouvement de la tige 88 dans le sens d.e la flè- che.
A l'extrémité externe de la tige 88 est fixé un bras 94 qui est fixé une tige 95 faisant partie d'un in-
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terrupteur électrique contenu dans la boîte 96. Cet in- terrupteur comprend un bras 97 pivotant en 98 et relié d'une façon pivotante, en 99, à l'extrémité de la tige 95. Des plots électriques 100 et 101 sont disposés dans la boîte 96 et en sont convenablement isolés. Des bras de contact 102 et 103 connectés électriquement,, pivotent autour d'un point 104 et sont convenablement isolés de la boite 96. Le bras 102 porte un contact destiné à ve- nir toucher le plot 100, et le bras 103 porte un contact destiné à venir toucher le plot 101.
L'extrémité infé- rieure de chacun des bras (le contact, porte une petite cuvette pivotante et isolée 105 servant de siège à un ressort 106, chacun des ressorts 106 prenant appui par son extrémité opposée contre une partie du bras 97.
Cet interrupteur fonctionne comme suit: Dans la position de fig. 4, le contact entre le plot 100 et le bras 102 est coupé. C'est cette position qu'occupent les pièces lorsque le moteur est arrêté. La mise en mar- che du moteur déclenche le mouvement du pignon 79 de la façon précédemment décrite, ce qui fait mouvoir la tige 88, et par conséquent le bras .07. Dans la position de marche normale, le bras 97 occupe une position sensible- ment verticale et, dans cette position, le bras 102 est en contact avec le plot 100.
Dans la continuation du mou- vement de la tige 88, comme résultat de l'accroissement de la résistance offerte au mouvement des agitateurs, le bras 97 continue à se mouvoir vers la gauche et détermine la rupture du contact entre le plot 101 et le bras 103.
Il existe ainsi une connexion-- confirme entre les plot.:: 100 et 101 dans les conditions de marche normales, et cette connexion est coupée lorsque le moteur ne fonc- tionne pas ou lorsque la résistance offerts à l'agita- tion de la matière s'est élevée à un point prédéterminé.
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Le réglage de la tension du ressort 91 à l'aide du chapeau
92 permet à l'interrupteur de fonctionner lorsque la ma- tière en cours de traitement a atteint tout degré désiré de plasticité-
Au plot 100 est connecté un fil électrique 107 aboutissant à l'un des p$les d'un interrupteur à couteau bipolaire 108. Au plot 101 est connecté un fil'électrique 109 aboutissant à l'une des bornes d'un solénoïde 110 qui actionne le robinet 41 monté sur le tuyau 40 ramenant l'a- gent réfrigérant. Un fil électrique 111 relie la borne op- posée du solénoïde 110 à l'autre borne de l'interrupteur 108. L'interrupteur 108 est connecté à une source convena- ble de courant électrique par des fils 112.
Par suite du fonctionnement de cet appareil, le robinet 41 se ferme aussitôt que l'état physique de la ma- tière traitée offre à son agitation une résistance suffi- sante pour surmonter la tension du ressort 91. La ferme- ture de ce robinet empêche le réfrigérant gazeux de sor- tir des chemises de circulation entourant les chambres de traitement, et une vaporisation supplémentaire du réfri- gérant provoque dans ces chemises un accroissement de pression qui refoule le réfrigérant liquide et le ramène par le tuyau 38 dans l'accumulateur 32.
L'élimination du réfrigérant liquide et le sur- chauffage subséquent du réfrigérant gazeux que renferme la chemise, provoquent pratiquement l'arrêt de l'action réfrigérante dans les chambres de traitement. Dès lors, il ne peut plus se produire d'action réfrigérante qu'a- près que l'état physique de la matière que renferme la chambre de traitement a changé suffisamment pour abais- ser le couple nécessaire pour l'agitation à une valeur inférieure à la valeur prédéterminée désirée.
Lorsque le moteur est arrêté, le contact 100-102
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s'ouvre et le solénoïde fonctionne de façon à fermer le robinet 41 et à arrêter la réfrigération. De cette façon, on est sûr qu'aucune congélation ne peut se produire dans la chambre de traitement par l'effet d'un arrêt accidentel du moteur.
L'interrupteur à couteau 108 constitue un moyen commode d'interrompre manuellement la réfrigération.
Au tuyau de refoulement 62 de la pompe à matiè- re 61 est relié un tuyau de régulation 113 relié d'autre part à un régulateur de pression 114. Ce régulateur de pression peut être du type dans lequel un accroissement de pression dans le tuyau 113 provoque le mouvement d'un piston en antagonisme à l'action d'un ressort, ce mouve- ment étant proportionnel au degré de pression appliqué.
Un régulateur à diaphragme du type usuel pourrait aussi être appliqué.
Le régulateur représenté dans cet exemple, est du type à piston dans lequel un levier 115 est assujetti à un piston coulissant dans le corps du régulateur. Le levier 115 pivote en 116 sur le bâti du régulateur 114 et est muni d'un contrepoids réglable117. Lorsqu'un ac- croissement de pression se produit dans le tuyau 113 sous l'influence de la pression régnant dansle tuyau 62, le piston fait pivoter le levier 115 en antagonique à l'ac- tion du contrepoids 117. En réglant, ce dernier, on peut, régler à toute valeur désirée la pression critique à la- quelle le levier pivote.
Sur le levier 115 pivote une ti- ge 118 pivotant d'autrepart sur un levier ¯11,9 qui pivote lui-même en 120 sur un bras 121 fixé à une partie du tuyau 122. Le tuyau 122 sert à conduire le réfrigérant gazeux de l'accumulateur à la pompe à réfrigérant destinée à le coin- primer de nouveau. L'extrémité opposée du levier 119 ac- tionne un distributeur 123 monté dans le tuyau 122.
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Grâce à cette construction, lorsque la pression de la matière que renferme le tuyau 62 excède une valeur prédéterminée, l'accroissement de pression est transmis par le tuyau 113 au régulateur de pression 114. Ce régu- lateur fait mouvoir le levier 115 qui, lorsqu'il est ac- tionné, ferme le distributeur 123. Un robinet de by-pass 125 au fluide permet au fluide de contourner ce distribu- teur 123. En variant l'ouverture du robinet de by-pass, on peut régler entre les limites de toute échelle dési- rée la capacité de réglage du distributeur 123.
Dans le traitement de la crème glacée ou d'une autre matière qu'on désire congeler en la refroidissant pendant qu'on l'agite, les ingrédients sont emmagasinés dans le réservoir 58 et une pompe les fait passer de ce réservoir dans la chambre de traitement par le tuyau 62.
A l'une des extrémités de la chambre de traitement, la matière est à l'état liquide initial et se congèle gra- duellement à mesure qu'elle avance à travers la chambre.
La pression nécessaire pour refouler la matiè- re à travers les chambres varie avec le degré de congéla- tion et augmente lorsque la congélation augmente.
Grâce au distributeur 123 qui fonctionne sous l'influence de la pression nécessaire pour obliger la ma- tière à pénétrer dans la chambre, le débit de l'agent ré- frigérant est réglé de façon à maintenir une pression de travail pratiquement constante et, par conséquent, à con- geler la matière à un degré pratiquement constant. Il n'est pas nécessaire que la communication à fluide sous pression soit établie au point représenté, car un point quelconque situé entre la pompe et le point de la cham- bre de traitement auquel la congélation commence, sera pratiquement à la même pression et pourra par conséquent servir à régir le régulateur de pression.
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Dans le traitement de matières auxquelles de l'air ou un autre fluide est destiné à être incorporé, on a trouvé que lorsqu'un excès d'air est fourni aux in- grédients, la proportion d'air incorporée à un mélange d'ingrédients donnés, dépend entièrement du degré de du- reté obtenu. Par conséquent, il n'est pas nécessaire de mesurer exactement l'air fourni aux ingrédients en vue d'obtenir le pourcentage d'incorporation désiré. Il suf- fit que le volume d'air présent soit suffisant pour per- mettre l'incorporation du pourcentage désiré et que la dureté du mélange soit maintenue à une valeur prédéter- minée.
Ainsi, lorsque la dureté est maintenue constante par l'appareil régulateur qui vient d'être décrit, il est possible d'obtenir un poids de produit très unifor- me d'heure en heure, condition qu'il n'avait été possi- ble de réaliser approximativement jusqu'à ce jour, avec le type d'équipement antérieur, qu'en mélangeant les charges successives à mesure qu'elles étaient retirées de l'appareil de congélation. Ce mélange subséquent (ou l'application de trémies et de malaxeurs) tend à augmen- ter l'uniformité de poids du produit fabriqué dans plu- sieurs machines simultanément, mais donne un produit in- férieur en raison du ramollissement qui en résulte.
Par exemple, on a trouvé qu'avec un congélateur à crèmes glacées possédant une capacité horaire approxi- mative dé' 950 litres de crème glacée et avec un mélange vanillé contenant approximativement 10 % de graisse de beurre, 14 % de sucre de canne et 12 % d'éléments soli- des, une pression de 3 kg environ suffit pour congeler la crème au degré de dureté désiré en y incorporant un volume d'air suffisant pour donner un produit dont le volume est 2,1 fois celui du mélange original. Pour dif- férents ingrédients, il est nécessaire de modifier la
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pression en vue d'obtenir le même pourcentage d'incorpo- ration.
Par exemple, lorsqu'on ajoute du chocolat au mé- ' lange ci-dessus, on a trouvé que la pression nécessaire pour donner le rendement correspondant avec la même ma- chine est approximativement 3,3 kg. Ainsi,' il est possi- ble, en modifiant la pression, de régler exactement les propriétés de mélanges qui retiennent l'air moins faci- lement que d'autres et qui, jusqu'à ce jour, étaient considérées comme difficiles à fouetter dans un type de congélateur à gravité dans lequel la distribution était effectuée par l'action des palettes agitatrices et dans lequel on s'en reposait sur l'inclinaison et la vitesse des palettes pour distribuer la charge congelée.
On peut surmonter l'effet des variations de l'acidité, de la vis- cosité apparente et d'un grand nombre d'autres facteurs qui interviennent dans les produits de laiterie sous l'influence des variations qui se produisent dans l'ali- mentation saisonnière, etc... en modifiant simplement la pression à laquelle on traite le produit.
Si la congélation s'effectue trop rapidement pour pouvoir être gouvernée par le distributeur influen- cé par la pression, le dispositif de commande influencé par le couple, entre en action de la façon décrite, pour fermer le robinet 41 et arrêter complètement l'action de réfrigération. Si cette action est fréquemment arrêtée par ce moyen, ce qui montre que la réfrigération est trop grande pour la quantité de matière fournie, on peut aug- menter cette quantité de matière, à l'aide du dispositif de changement de vitesse à disque.
On obtient ainsi un dispositif de régulation extrêmement sensible, obéissant rapidement et flexible, lequel dispositif est entièrement automatique entre des limites réglées,et semi-automatique
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entre les limites d'une échelle plus grande et comporte de simples moyens de réglage permettant de tenir compte de facteurs qui interviennent dans les produits à trai- ter, ainsi que de variations dans la qualité et la quan- tité du réfrigérant ou de l'agent de chauffage.
La régulation est également applicable au trai- tement de matières destinées à être congelées par une ac- tion de chauffage au lieu de l'être par une réfrigération, étant donné qu'on peut régler le courant de vapeur ou au- tre agent de chauffage par des robinets actionnés de la même manière que ceux précédemment décrits au sujet de l'agent réfrigérant.
Dans le traitement de matières destinées à être rendues plus fluides par une variation de température, au lieu d'être congelées, on inverse le fonctionnement des robinets et l'on augmente, au lieu de diminuer, la quan- tité d'agent de variation de température lorsque la pres- sion de la matière et la résistance qu'offre cette matiè- re à une agitation, sont plus. grandes que les valeurs nor- male s .
Les fig. 8 à 14 inclus représentent une cons- truction de pompe qu'on préfère employer pour amener la matière à traiter dans la chambre de traitement. Dans cette construction, une boîte de pompe 126 est munie d'un couvercle démontable 127 qui est fixé en place à l'aide de goujons filetés pivotants 128 et d'écrous de manoeuvre 129 portés par ces goujons. Des coussinets montés dans la boîte de pompe et dans le couvercle, supportent un arbre 71 actionné par le mécanisme à vitesse variable précédemment décrit.
L'arbre 71 porte un excentrique 130 qui actionne une tige d'excentrique 131 reliée à un pis- ton 132 par un axe 133. De cette façon, la rotation de l'arbre 71 communique un mouvement de va-et-vient au pis-
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ton 132. Le piston 132 s'étend de part et d'autre de l'ar- bre 71 et est percé d'une ouverture 134 pour le passage de cet arbre. Une des extrémités du piston 132 coulisse dans un cylindre 135 constituant le cylindre de pompe pour les ingrédients liquides du mélange. L'extrémité opposée du piston coulisse dans un cylindre 136 et sert à refouler de l'air, de l'anhydride carbonique ou un au- tre fluide désiré pour l'aération.
Près de l'extrémité externe du cylindre 135 se trouve une chambre 137qui est reliée à l'orifice d'ad- mission 60 de la pompe. Une chambre 138 va d'un point situé à l'intérieur de la boîte 126, près de l'extrémi- té externe du cylindre 135, à la cavité centrale 139 de cette boîte. Un distributeur rotatif 140 est associé au cylindre 135 et aux chambres 137 et 138 de telle manière que, lorsque ce distributeur occupe une de ses positions (fig. 9), une communication est établie entre la chambre 137 et le cylindre 135, et lorsque ce distributeur occu- pe une autre position (fig. 10), une communication est établie entre le cylindre 135 et la chambre 138.
Le dis- tributeur rotatif 140 est porté par une tige 141 que renferme la boîte 126 et reçoit son mouvement de rotation d'une came 142 portée par l'arbre 71 et d'un bras 143 porté par la tige 141.
Ce distributeur fonctionne dans un rapport de temps déterminé avec le mouvement de va-et-vient du pis- ton 132, de sorte que, dans la course d'aspiration, il occupe la position de fig. 9 et permet au mélange de pas- ser de la lumière d'admission à l'intérieur du cylindre, tandis que, dans la course de refoulement, il occupe la position de fig. 10 et permet au mélange de passer du cy- lindre par la chambre 138 dans la cavité centrale 139 de la boîte de pompe et, de là, au conduit d'échappement 62.
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TJn couvercle démontable 144 obture l'extrémité du cylindre 136 et de ses chambres, et est maintenu en pla- ce par une biellette 144, un goujon fileté pivotant 146 et un écrou d.e manoeuvre 147. La chambre 138 renferme un cla- pet de retenue 148 dont le détail est représenté dans la fig. Il, ce clapet ayant pour rôle d'empêcher le retour du mélange de la chambre 139.
Le cylindre 137 est fermé par un couvercle dé- montable 14'9 contenant une chambre 150. Un conduit 151 partant de l'atmosphère ou d'une autre source de fluide aboutit à cette chambre et présente un orifice 152 par- tiellement fermé par un pointeau 153. Une soupape 154, constituée par une bille soumise à l'action d'un ressort, permet à l'air de passer du conduit 151 dans la chambre 150 lorsque la pression qui y règne est inférieure à la pression atmosphérique, mais empêche le retour de l'air par ce conduit. La chambre 150 coïncide avecun conduit 155 du piston 132.
Le conduit 155 est relié à la cavité centrale 139 de la boîte de pompe et contient une soupa- pe 156 constituée par une bille soumise à l'action d'un ressort et dont le rôle est de permettre à l'air de pas- ser de la chambre 150 dans la cavité 139 lorsque la pres- sion régnant dans cette chambre, est plus grande que la pression régnant. dans ladite cavité, mais d'empêcher le passage de l'air en sens inverse. De cette façon, la cour- se d'admission du piston 132 diminue la pression régnant dans la cavité 150 et oblige l'air à y pénétrer par une action d' aspiration. La course opposée du piston refoule l'air de la chambre 150 dans la cavité centrale 139 où il se mélange avec, les autres ingrédients du mélange.
Le réglage du pointeau 153 constitue un moyen commode de régler la quantité d'air mélangée avec une quantité donnée des autres ingrédients. Ce réglage est
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effectué à l'aide d'un volant de manoeuvre 157portant un cadran gradué 158 qui coopère avec un index fixe 159.
Dans ce qui précède, le mécanisme d'aération introduit de l'air atmosphérique dans le mélange, mais ce mécanis- me est également applicable à l'introduction d'autres gaz ou fluides.
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"PROCESS AND APPARATUS FOR THE TREATMENT OF MATERIALS AND ESPECIALLY OF FOOD PRODUCTS"
This invention relates to a method and apparatus for the treatment of materials, and more particularly to the method of treatment by which the physical characteristics of a material are changed by a change in temperature combined with agitation and aeration. .
This treatment process is not limited to any material and is on the contrary advantageously applicable to
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a wide variety of products such as ice cream, lard, oleo-margarine, fruit juices, eggs and the like. In the processing of some of these materials, agitation, aeration or both can be suppressed without departing from some of the features of the invention.
In the processing of some materials, it is desirable to lower the temperature during processing, while in the case of other materials an increase in temperature is necessary. Some of the features of the invention relate either to raising or lowering the temperature, but the following description relates more to refrigeration devices than to heaters.
One of the features of the invention resides in a process for increasing the flow rate of the temperature varying agent, which increases the efficiency of heat transfer between this agent and the material being treated. In the embodiment shown in the case of a refrigerant apparatus, this is achieved by using the speed of the medium, refrigerant in a part of the apparatus, to increase the rate of flow of said apparatus. agent in contact with the cooling surface.
Other characteristics of the invention are as follows:
The supply of the variation agent of; temperature is automatically regulated by the physical state of the material being drawn
A single source of motive force is applied to agitate and deliver the material to be treated, in combination with a variable speed mechanism allowing to
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selectively varying the amount of material dispensed per unit time, regardless of the degree of agitation.
In a particular agitator mechanism installed in the process chamber, the agitator paddles are relatively thin in section and the support of the mechanism approximates the heat transfer surface to a greater extent than hitherto. Between the agitator members and their support, conduits are provided, the passage section of which is greater than that between the support and the surface transferring the heat. By this means, an extremely high ratio is obtained between the heat transmitting surface and the volume of material without the risk of an obstruction or clogging of material in front of the agitators.
Other characteristics of the invention will be described below in detail, with reference to the accompanying drawings in which:
Fig. 1 is a schematic view of the entire apparatus applied in this example to a refrigeration plant for the manufacture of ice cream. Fig. 2 is a side view of the processing apparatus and shows the control mechanism for the agitators and the material supply device. Fig. 3 is an end view of the outlet end of the processing chamber.
Fig. 4 is a sectional detail of the agitator control mechanism and includes details of the regulating mechanism influenced by the physical state of matter. Fig. 5 is a plan of the processing chamber, control mechanism and gear change mechanism. Fig. 6 is an enlarged detail of the speed change mechanism. Fig. 7 is a sectional detail along 7-7 (fig. 6). Fig. 8 is a plan of the material feed pump. Fig. 9 is a section on 9-9 (fig. 8) and
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represents the pump delivery mechanism. Wire.:;.
10 is a view similar to FIG. 9 but represented the distribution mechanism in another position. Fig. 11 is a detail running along 11-11 (Fig. 8). Fig. 12 is a horizontal section taken along the center line of the material feed pump. Fig. 13 is a side view of the pump with the outer casing removed to show the internal construction, and some parts believed to be broken to show the air intake device intended to aerate the material.
Fig. 14 is a sectional detail along 14-14 (Fig. 13) and shows a dial for adjusting the degree of ventilation of the product. Fig. 15 is a section through the processing barrel, this section being taken through a plane passing through the attachment of two of the processing chambers. Fig. 16 is a cross section of one of the following treatment chambers 16-16 (Fig. 15). Fig. 16A is a similar cross section of another embodiment. Fig. 17 is a sectional view of a whipping apparatus secured to the end of the last processing chamber and serving, in some processes, to provide a final whipping to the product.
Fig. 18 is a cross section of the whipping chamber according to 18-18 (Fig. 17). Fig. 19 is a cross section of the entire processing barrel taken on 1.9-19 (Fig. 15) and shows the relative arrangement of the four processing chambers within that barrel. Fig. 20 is a detail of an evacuation device which is used to prevent loss of pressure in the final whipping chamber.
The apparatus shown is that which is used to make ice cream or the like and the following detailed description is therefore limited to this application. It is well. heard however,
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that the general features of the invention should not be construed as limited by this description.
30 designates a pipe which supplies a high pressure refrigerant to a tap, or feed distributor 31 and to a pipe 34. The refrigerant can be ammonia, carbon dioxide, anhydride. sulphurous or other suitable agent, but ammonia is preferred in the present apparatus. Part of the coolant is conducted through pipe 34 to the nozzle of an ejector 35 where it is expanded, partially liquefied and introduced into an accumulator tank 32. The nozzle of the ejector has a passage section such that it can pass through it only a part of the refrigerant necessary for the treatment. The role of the ejector will be described later.
The feed distributor 31 is associated with the accumulator tank 32, which contains a float 33. The float 33 is movable under the influence of the level of the liquid refrigerant contained in the accumulator and governs the operation of the valve 31. On leaving tap 31, the refrigerant in the expanded state. and partially liquefied, goes through a pipe 37 to the accumulator 32. By virtue of this arrangement, the accumulator constantly contains a supply of liquid refrigerant at a practically constant level under the control of the float 33.
At the bottom of the accumulator 32 is connected a pipe 38 arranged to supply the liquid refrigerant to a processing apparatus 39 which will be described later in more detail. An exhaust pipe 40 returns the partially vaporized refrigerant, to the accumulator 32, through a valve 41 actuated by a
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solenoid and ejector 35.
By virtue of the arrangement just described, the high velocity of the refrigerant leaving the nozzle of the ejector 35 creates a siphon action which creates a pressure difference in the pipe 40 and forces the liquid refrigerant to flow through it. evaporator and from this to the accumulator. This additional liquid moving on contact. of the refrigerating surface, sweeps' this surface from which the small bubbles are thus removed more quickly than if this liquid were not circulating, so that a larger fraction of the refrigerating surface is kept in the wet state, this which ensures a higher heat transfer coefficient.
Experience has shown that the heat transfer coefficient between a steel cooling surface and gaseous ammonia is less than half of the corresponding coefficient, which occurs in the case of liquid ammonia. The decrease (the pressure in the pipe 40 also decreases the boiling point of the refrigerant in the evaporator, which further contributes to increasing the heat transferred per unit time.
By actual tests it has been found that this siphon action increases the heat transfer power of the evaporator by more than 15%, without changing the suction pressure of the gaseous refrigerant in pipe 122. which connects the accumulator to the coolant pump used to compress it again.
By means of a robimet 36 placed on the pipe 34, the ejection action can be modified or completely eliminated. This valve therefore constitutes a convenient device for regulating the cooling effect inside the evaporator within certain limits. If tap 36 is completely closed, all refrigerant
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which would otherwise pass through pipe 34 goes directly through a bypass duct 37.
The treatment apparatus 39 is shown in more detail, in FIGS. 15 to 19. It comprises an outer cylinder or barrel 42 containing four processing chambers 43 suitably connected by cast iron covers 44, 45, so that the material can pass through the four chambers in series. The covers 44 and 45 are connected by an internal ferrule 46 surrounding the four treatment chambers. The space between the shell 42 and the wall 46 constitutes a heat-insulating device. Inside the wall 46 and around the individual treatment chambers, are arranged members 47.
A space 48 formed between the members 47 and the wall of the chambers 43 constitutes a jacket in which the refrigerant circulates and which is connected to the refrigerant inlet pipe 38 and to the exhaust pipe 40.
Each of the processing chambers 43 contains agitators 49 carried by a shaft 53 which rotates in suitable bearings 50 and 51 mounted in the covers 45 and 44 respectively.
Fig. 16 particularly shows the shape of shaft 53 and stirrers 49 suitable for making ice cream. A suitable variant for the treatment of lard, lard substitutes, etc., is shown in fig. 16A. In each of these figures, shaft 53 is given the correct diameter for the desired ratio of heat transfer area to volume of material. The pallets 49 are supported by the shaft 53 by means of members 49a suitably spaced apart from this shaft.
Near each pallet 49, a part 53a of the shaft, is cut or hollowed out, as shown, to constitute a path for the material
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between said pallet and the shaft. The "A" dimension shown in these figures is at least as large as the "X" dimension between the shaft 53 and the heat transfer surface.
The proportions shown in Figs. 16 and 16A give, between the transfer surface and the volume of material, a much greater relationship than that which was possible until now. This results in a more intimate contact of the material to be treated with the transfer surface, which improves product uniformity and the speed at which the process can be carried out. When a cylindrical shaft lacking the recesses 53a was applied as heretofore, the largest ratio which had been found practical was about 1.18 square centimeters of area per 1 cubic centimeter of volume.
With the cylindrical shaft and a greater area-to-volume ratio, material tends to build up in the front of the vanes and give inhomogeneous product and other undesirable results. By the application of the hollow shaft according to the invention, the ratio between the surface and the volume, in the case of an ice cream containing nuts and other fruits or the like, can be raised, as shown in fig. 16, about 1.57 square centimeters to 1 cubic centimeter. In the case of lard and the like, the ratio can be high, as shown in fig. 16A, at 6.30 square centimeters per 1. cubic centimeter.
In the exhaust duct of the last treatment chamber; there is disposed a whipping chamber 52 shown in detail in FIG. 17. The shaft 55 supporting the agitator 49 in the treatment chamber, also penetrates inside the whip chamber.
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floor. This shaft 53 carries an arm wheel 54, which itself carries rods 55. Fixed rods 56 are mounted, in the casing 44 of this chamber, in the relative positions shown in FIG. 18 in which we see that each fixed rod is placed so that it passes between two movable rods 55.
Thanks to this construction, the product receives a final whipping action when it leaves the last processing chamber 43.
The product then escapes through a conduit 57 and arrives against a piston 57b (FIG. 20). A spring 57a is supported by one of its ends against the internal surface of the piston 57b and by the other end against a cap 57c which closes the chamber 57. When the pressure of the product is sufficient to overcome the pressure of the springs 57a, the piston moves and discovers a conduit 57d through which the product escapes to a suitable container. This way you can be sure that the final whipping is done under pressure. The cap 57c can be adjusted to set the spring pressure to any desired value.
In fig. 2, 3 and 5, there is shown a tank 58 constantly containing a certain quantity of material to be treated. A pipe 59 from this reservoir leads to the inlet 60 of a pump 61. The outlet of this pump is connected by a pipe 62 to the inlet end of the first of the treatment chambers 43.
An electric motor 65 is connected by a gear transmission shown in Figs. 4 to 7 to operate both the agitator and the pump 61. In fig. 4, the shaft 64 of the motor 63 carries a worm 65 which meshes with a worm wheel 66 attached to a shaft 67.
The shaft 67 (fig. 5 and 6), carries a pulley-c8ne 68 having a series of annular grooves 69, of various
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diameters. A similar cone pulley 70 is mounted on a shaft 71 which passes through the casing of the pump 61 to actuate this pump. A disc 72 is engaged in corresponding grooves of the pulleys 61 and 70. These pulleys rotate in the direction of the arrows at. 7 and the wedging action exerted by said pulleys on the disc, when the pulley 68 is the driving pulley and the pulley 70 is the controlled pulley, tends to hold the disc 72 in place as long as the pulleys are rotating. in the direction indicated.
To prevent the disc from falling when the engine stops, there is provided a support 73 carried by a rod 74 which is itself carried by a part 75. The part 75 is supported by a shaft 76 and it can be used. slide on this shaft to any desired position with respect to the grooves 69 of the pulley-cones. A spring 77 disposed inside the part 75 normally maintains the disc 72 in contact with the cone pulleys when the engine has stopped. Two handles 78 secured to the support 73, make it possible to move the disc from one groove to the next. Thanks to this construction, the speed of the pump can be changed easily and quickly without changing the speed of the drive motor.
Reference will now be made to FIG. 4. The motor shaft 64 carries a pinion 79 meshing with a toothed wheel 80 mounted on a shaft 81 which is supported in suitable bearings of the gearbox 82.
On the shaft 81 is mounted a pinion 83 meshing with pinions 84 carried by cantilever shafts 85. The shafts 85 are coupled by means of a coupling 86 (fig. 2 and 5) to the shafts. 53 which leave the agitators inside the treatment chambers. Therefore, this mechanism operates the agitators at a constant speed.
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aunt.
The pinion 79 is of the type influenced by a torque and tends to move along its shaft in the direction of the arrow in FIG. 4 when torque is applied to the motor shaft. This pinion is supported against a ball stop 86, which itself bears against a collar 87 of a rod 88. A flexible spring 89 is supported by one end against the collar 87 and by the other. butt against part of the gearbox and thus resist movement of pinion 79. The force of spring 89 is adjusted so that the parts remain in the position of FIG. 4 while the engine is stopped, but they move freely in the direction of the arrow, as soon as the engine is running.
The rod 88 carries an enlargement 160 which bears against the central part of a washer 90 surrounding the narrowed part of this rod. A sturdy coil spring 91 abuts at one end, against washer 90 and at the other end, against an adjustment cap 92 screwed onto a projection 93 of the gearbox. During normal operation of the gearbox. machine, shoulder 160 is in contact with washer 90, but the force of spring 91 is such that no further movement of pinion 79 and spring 89 takes place.
When the material contained in the treatment chamber has reached a state of plasticity which opposes the rotation of the agitators, a force greater than the normal resistance, the tendency of the pinion 79 to move, increases sufficiently to compress the spring 91 and con - continue the movement of rod 88 in the direction of the arrow.
At the outer end of the rod 88 is attached an arm 94 which is attached a rod 95 forming part of an insert.
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electrical switch contained in box 96. This switch comprises an arm 97 pivoting at 98 and pivotally connected, at 99, to the end of rod 95. Electrical pads 100 and 101 are arranged in the box 96 and are suitably isolated. Electrically connected contact arms 102 and 103 pivot about a point 104 and are suitably isolated from box 96. Arm 102 carries a contact intended to come into contact with stud 100, and arm 103 carries a contact. intended to touch the stud 101.
The lower end of each of the arms (the contact) carries a small, pivoting, insulated cup 105 serving as a seat for a spring 106, each of the springs 106 being supported by its opposite end against a part of the arm 97.
This switch works as follows: In the position of fig. 4, the contact between the stud 100 and the arm 102 is cut. It is this position that the parts occupy when the engine is stopped. Starting the motor initiates movement of pinion 79 in the manner previously described, which causes rod 88 to move, and hence arm .07. In the normal running position, the arm 97 occupies a substantially vertical position and, in this position, the arm 102 is in contact with the stud 100.
In the continuation of the movement of the rod 88, as a result of the increased resistance offered to the movement of the agitators, the arm 97 continues to move to the left and determines the breaking of the contact between the stud 101 and the arm. 103.
There is thus a connection - confirms between pads. :: 100 and 101 under normal running conditions, and this connection is cut when the motor is not running or when resistance offered to the agitation of the machine. matter has risen to a predetermined point.
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Adjusting the tension of the spring 91 using the cap
92 allows the switch to operate when the material being processed has reached any desired degree of plasticity.
To pad 100 is connected an electric wire 107 terminating at one of the poles of a bipolar knife switch 108. To pad 101 is connected an electric wire 109 terminating at one of the terminals of a solenoid 110 which actuates the valve 41 mounted on the pipe 40 returning the coolant. An electric wire 111 connects the opposite terminal of solenoid 110 to the other terminal of switch 108. Switch 108 is connected to a suitable source of electric current through wires 112.
As a result of the operation of this apparatus, the valve 41 closes as soon as the physical state of the material treated offers sufficient resistance to its agitation to overcome the tension of the spring 91. The closing of this valve prevents the gaseous refrigerant leaving the circulation jackets surrounding the treatment chambers, and an additional vaporization of the refrigerant causes an increase in pressure in these jackets which forces the liquid refrigerant back through pipe 38 into the accumulator 32 .
The removal of the liquid refrigerant and the subsequent overheating of the gaseous refrigerant contained in the jacket, essentially causes the cooling action in the process chambers to stop. Therefore, cooling action can only occur after the physical state of the material in the processing chamber has changed sufficiently to lower the torque required for agitation to a lower value. to the desired predetermined value.
When the engine is stopped, the contact 100-102
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opens and the solenoid operates to close the tap 41 and stop the refrigeration. In this way, it is ensured that no freezing can occur in the treatment chamber by the effect of accidental stopping of the engine.
Knife switch 108 provides a convenient means of manually shutting off refrigeration.
To the discharge pipe 62 of the material pump 61 is connected a regulating pipe 113 connected on the other hand to a pressure regulator 114. This pressure regulator may be of the type in which an increase in pressure in the pipe 113 causes the movement of a piston in antagonism to the action of a spring, this movement being proportional to the degree of pressure applied.
A diaphragm regulator of the usual type could also be applied.
The regulator shown in this example is of the piston type in which a lever 115 is secured to a piston sliding in the body of the regulator. The lever 115 pivots at 116 on the frame of the regulator 114 and is provided with an adjustable counterweight117. When an increase in pressure occurs in the pipe 113 under the influence of the pressure prevailing in the pipe 62, the piston causes the lever 115 to pivot in antagonism to the action of the counterweight 117. By adjusting, the latter the critical pressure at which the lever pivots can be adjusted to any desired value.
On the lever 115 rotates a rod 118 pivoting on the other hand on a lever ¯11.9 which itself pivots at 120 on an arm 121 fixed to a part of the pipe 122. The pipe 122 serves to conduct the gaseous refrigerant from the accumulator to the coolant pump to re-coin it. The opposite end of lever 119 actuates a distributor 123 mounted in pipe 122.
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By virtue of this construction, when the pressure of the material contained in the pipe 62 exceeds a predetermined value, the increase in pressure is transmitted through the pipe 113 to the pressure regulator 114. This regulator moves the lever 115 which, when 'it is activated, closes the distributor 123. A bypass valve 125 to the fluid allows the fluid to bypass this distributor 123. By varying the opening of the bypass valve, it is possible to adjust between the limits of any desired scale the adjustment capacity of the distributor 123.
In processing ice cream or other material desired to be frozen by cooling it while agitating, the ingredients are stored in reservoir 58 and a pump passes them from this reservoir to the freezing chamber. treatment by pipe 62.
At one end of the processing chamber, the material is in the initial liquid state and gradually freezes as it advances through the chamber.
The pressure required to force the material through the chambers varies with the degree of freezing and increases with increasing freezing.
By virtue of the distributor 123 which operates under the influence of the pressure necessary to force the material to enter the chamber, the flow of the refrigerant is regulated so as to maintain a practically constant working pressure and, by therefore, to freeze the material to an almost constant degree. The pressurized fluid communication need not be established at the point shown, since any point between the pump and the point in the process chamber at which freezing begins will be at substantially the same pressure and may therefore serve to govern the pressure regulator.
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In the treatment of materials to which air or other fluid is intended to be incorporated, it has been found that when an excess of air is supplied to the ingredients, the proportion of air incorporated into a mixture of ingredients given, depends entirely on the degree of hardness obtained. Therefore, it is not necessary to accurately measure the air supplied to the ingredients in order to obtain the desired percentage of incorporation. It suffices that the volume of air present is sufficient to allow the incorporation of the desired percentage and that the hardness of the mixture is maintained at a predetermined value.
Thus, when the hardness is kept constant by the regulating apparatus which has just been described, it is possible to obtain a very uniform product weight from hour to hour, provided that it had not been possible. It is possible to achieve approximately up to now, with the type of prior equipment, that by mixing successive loads as they were withdrawn from the freezer. This subsequent mixing (or the application of hoppers and kneaders) tends to increase the uniformity of the weight of the product made in several machines simultaneously, but results in inferior product due to the resulting softening.
For example, it has been found that with an ice cream freezer having an approximate hourly capacity of 950 liters of ice cream and with a vanilla mixture containing approximately 10% butter fat, 14% cane sugar and 12% cane sugar. % solids, a pressure of about 3 kg is sufficient to freeze the cream to the desired degree of hardness by incorporating therein a sufficient volume of air to give a product whose volume is 2.1 times that of the original mixture. For different ingredients, it is necessary to modify the
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pressure in order to obtain the same percentage of incorporation.
For example, when adding chocolate to the above mixture, it has been found that the pressure required to give the corresponding yield with the same machine is approximately 3.3 kg. Thus, it is possible, by changing the pressure, to precisely control the properties of mixtures which retain air less easily than others and which, until now, were considered difficult to whip in. a type of gravity freezer in which dispensing was effected by the action of the agitator paddles and relied on the tilt and speed of the paddles to dispense the frozen load.
The effect of variations in acidity, apparent viscosity and a large number of other factors which are involved in dairy products can be overcome under the influence of variations which occur in the food. seasonal indication, etc ... by simply modifying the pressure at which the product is processed.
If the freezing takes place too quickly to be able to be controlled by the pressure-influenced distributor, the torque-influenced control device comes into action as described, to close the valve 41 and completely stop the action. refrigeration. If this action is frequently stopped by this means, which shows that the refrigeration is too great for the quantity of material supplied, this quantity of material can be increased by means of the disc speed changing device.
An extremely sensitive, quickly obedient and flexible control device is thus obtained, which device is fully automatic between set limits, and semi-automatic.
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between the limits of a larger scale and has simple means of adjustment to take into account factors which intervene in the products to be treated, as well as variations in the quality and quantity of the refrigerant or the refrigerant. heating agent.
The regulation is also applicable to the treatment of materials intended to be frozen by heating action instead of refrigeration, since the flow of steam or other heating agent can be regulated. by valves operated in the same manner as those previously described with regard to the refrigerant.
In the treatment of materials intended to be made more fluid by a variation of temperature, instead of being frozen, the operation of the valves is reversed and the quantity of the variation agent is increased, instead of decreasing. of temperature when the pressure of the material and the resistance offered by this material to agitation are greater. larger than the normal values s.
Figs. 8 to 14 inclusive represent a preferred pump construction to be employed to supply the material to be treated into the process chamber. In this construction, a pump box 126 is provided with a removable cover 127 which is secured in place with the aid of pivoting threaded studs 128 and operating nuts 129 carried by these studs. Bushings mounted in the pump box and in the cover, support a shaft 71 actuated by the variable speed mechanism previously described.
The shaft 71 carries an eccentric 130 which actuates an eccentric rod 131 connected to a piston 132 by a pin 133. In this way, the rotation of the shaft 71 communicates a back and forth movement to the udder. -
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tone 132. The piston 132 extends on either side of the shaft 71 and is pierced with an opening 134 for the passage of this shaft. One of the ends of the piston 132 slides in a cylinder 135 constituting the pump cylinder for the liquid ingredients of the mixture. The opposite end of the piston slides in a cylinder 136 and serves to force air, carbon dioxide or other desired fluid for aeration.
Near the outer end of cylinder 135 is a chamber 137 which is connected to the inlet 60 of the pump. A chamber 138 extends from a point inside the box 126, near the outer end of the cylinder 135, to the central cavity 139 of that box. A rotary distributor 140 is associated with the cylinder 135 and with the chambers 137 and 138 in such a way that, when this distributor occupies one of its positions (fig. 9), a communication is established between the chamber 137 and the cylinder 135, and when this distributor occupies another position (fig. 10), communication is established between cylinder 135 and chamber 138.
The rotary distributor 140 is carried by a rod 141 which the box 126 contains and receives its rotational movement from a cam 142 carried by the shaft 71 and from an arm 143 carried by the rod 141.
This distributor operates in a determined time relation with the reciprocating movement of the piston 132, so that, in the suction stroke, it occupies the position of FIG. 9 and allows the mixture to pass from the intake port inside the cylinder, while in the delivery stroke it occupies the position of fig. 10 and allows the mixture to pass from the cylinder through chamber 138 into the central cavity 139 of the pump box and thence to the exhaust duct 62.
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A removable cover 144 closes off the end of cylinder 136 and its chambers, and is held in place by a link 144, a pivoting threaded stud 146 and a maneuvering nut 147. The chamber 138 contains a retaining valve. 148, the detail of which is shown in fig. II, this valve having the role of preventing the return of the mixture from the chamber 139.
The cylinder 137 is closed by a removable cover 14'9 containing a chamber 150. A conduit 151 from the atmosphere or other source of fluid terminates in this chamber and has an orifice 152 partially closed by a needle 153. A valve 154, consisting of a ball subjected to the action of a spring, allows the air to pass from the duct 151 into the chamber 150 when the pressure prevailing there is lower than atmospheric pressure, but prevents the return of air through this duct. The chamber 150 coincides with a duct 155 of the piston 132.
The duct 155 is connected to the central cavity 139 of the pump box and contains a valve 156 constituted by a ball subjected to the action of a spring and whose role is to allow the air to pass. from chamber 150 to cavity 139 when the pressure prevailing in this chamber is greater than the pressure prevailing. in said cavity, but to prevent the passage of air in the opposite direction. In this way, the intake stroke of piston 132 decreases the pressure in cavity 150 and forces air into it by a suction action. The opposite stroke of the piston forces the air from chamber 150 to central cavity 139 where it mixes with the other ingredients in the mixture.
Adjusting the needle 153 is a convenient way to control the amount of air mixed with a given amount of the other ingredients. This setting is
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carried out using a handwheel 157 carrying a graduated dial 158 which cooperates with a fixed index 159.
In the above, the aeration mechanism introduces atmospheric air into the mixture, but this mechanism is also applicable to the introduction of other gases or fluids.