EP1613908A1 - Procede et installation de traitement -croutage/refroidissement/surgelation- de produits. - Google Patents

Procede et installation de traitement -croutage/refroidissement/surgelation- de produits.

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EP1613908A1
EP1613908A1 EP04722883A EP04722883A EP1613908A1 EP 1613908 A1 EP1613908 A1 EP 1613908A1 EP 04722883 A EP04722883 A EP 04722883A EP 04722883 A EP04722883 A EP 04722883A EP 1613908 A1 EP1613908 A1 EP 1613908A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
probe
products
cryogenic liquid
freezing
Prior art date
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EP04722883A
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German (de)
English (en)
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EP1613908B1 (fr
Inventor
Beny Bruggeman
Cemal Oztas
Didier Pathier
Robert Taylor
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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
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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 EP1613908A1 publication Critical patent/EP1613908A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1613908B1 publication Critical patent/EP1613908B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F25D29/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25D29/001—Arrangement or mounting of control or safety devices for cryogenic fluid systems

Definitions

  • PROCESS AND PLANT FOR PROCESSING - CRUTCHING / COOLING / FREEZING - OF PRODUCTS The present invention relates to the field of methods and installations for cryogenic treatment of products, in particular food, the targeted treatments being in particular the crusting treatments (freezing of all or part of the surface of the product), cooling or freezing.
  • the freezing of food products is usually done in freezing tunnels where the cold is obtained by mechanical means.
  • the Applicant had proposed in document EP-A-505 222 a new concept of process for freezing food products, according to which the product is brought into contact with a cooling surface, which results from the use of a vibrating support and of 'A liquefied gas, the cooling surface consisting of a film of liquefied gas disposed on the support.
  • this system works as follows: a large quantity of liquid nitrogen is injected into the tank, which is for example in a slightly rising slope configuration. The overflow of liquid leaves the device with the products. The nitrogen is then separated from the products by a grid located at the outlet of the device. The nitrogen thus recovered is recycled: it is collected in a reserve then pumped by a piston pump and leaves in the treatment tank.
  • the nitrogen level is kept substantially constant in the reserve thanks to a valve controlled by a probe which measures the level of liquid nitrogen.
  • a probe which measures the level of liquid nitrogen.
  • the processing of products is regular; - The intensity of the treatment can be adjusted by modifying the slope of the tank;
  • the duration of the treatment can be adjusted by modifying the amplitude of the vibrations
  • injection flow pump flow
  • the system poses problems for small products and powders: in fact the size of the product can become smaller than the size of the orifices of the grid, and thus circulate in a closed circuit with nitrogen, which, it is understandable, is not satisfactory from the health point of view.
  • one of the objectives of the present invention is to propose operating conditions which make it possible to eliminate this pump, to replace it with a device making it possible to obtain a constant temperature of the products after treatment and to maintain a constant level d nitrogen in the treatment tank without the need for nitrogen recycling.
  • the invention relates to a process for total or partial freezing of a product, in particular a food product, according to which the product is brought into contact, in order to freeze the product at at least one of its surfaces, in a treatment tank with a cooling surface which results from the use of a vibrating support and a film of a cryogenic liquid placed on said support, characterized by the implementation of the following measures:
  • a data acquisition and processing unit capable of receiving the temperature information provided by said probe and of feedback if necessary on the opening rate of said proportional valve.
  • the vibrating support has a slightly descending slope and ending in a slight rise thus able to contain a certain amount of cryogenic liquid, and said temperature probe is located substantially at the place of accumulation of the cryogenic liquid.
  • the vibrating support has an ascending slope.
  • a grid capable of filtering all or part of the cryogenic liquid entrained with the products in their upward progression.
  • the following temperature regulation is also implemented: i) there is a product temperature sensor located in the passage of the products leaving the treatment tank, capable of measuring the temperature of the products after treatment; j) there is a data acquisition and processing unit capable of receiving the temperature information supplied by the said product temperature probe and of feedback if necessary on means of variation of the slope of tilt of the support and / or on means for varying the frequency of vibration of the support and / or on the opening rate of said proportional valve.
  • safety regulation is also implemented: a) there is a safety temperature probe located in the treatment tank, a little before the products leave the tank, capable of measuring the temperature in its place location, b) said means for supplying the tank with cryogenic liquid comprise an all-or-nothing valve (safety valve); c) there is a data acquisition and processing unit capable of receiving the temperature information supplied by said safety temperature probe and of feedback if necessary to open or close said all or nothing valve (of security).
  • safety valve all-or-nothing valve
  • cryogenic liquid is liquid nitrogen.
  • the present invention also relates to an installation for total or partial freezing of a product, in particular a food product, comprising a treatment tank which comprises a vibrating support capable of receiving a film of a cryogenic liquid, characterized in that it comprises:
  • cryogenic liquid which comprise a proportional valve
  • a data acquisition and processing unit capable of receiving the temperature information supplied by said probe and of feedback if necessary on the opening rate of said proportional valve.
  • the vibrating support has a slightly descending slope and ending in a slight rise thus able to contain a certain amount of cryogenic liquid, and said temperature probe is located substantially at the place of accumulation of the cryogenic liquid.
  • the vibrating support has an ascending slope.
  • a grid capable of filtering all or part of the cryogenic liquid entrained with the products in their upward progression.
  • the installation further includes: i) a product temperature sensor located in the passage of the products leaving the treatment tank, capable of measuring the temperature of the products after treatment; j) a data acquisition and processing unit able to receive the temperature information supplied by the said product temperature probe and to feed back, if necessary if necessary, on means for varying the inclination slope of the support, and / or on means for varying the frequency of vibration of the support and / or on the rate of opening of said proportional valve.
  • Said means for supplying the container with cryogenic liquid comprise an all-or-nothing safety valve and the installation further comprises: a) a safety temperature probe located in the treatment tank, a little before the exit of the products from the tank capable of measuring the temperature at its location, b) a data acquisition and processing unit capable of receiving the temperature information provided by said safety temperature probe and to feed back if necessary if necessary to open or close said all-or-nothing valve.
  • FIG. 1 is a schematic view of a freezer installation with vibrating support according to the prior art.
  • - Figure 2 is a schematic view of a freezer installation with vibrating support according to the present invention (situation of downward slope).
  • - Figure 3 is a schematic view of a freezer installation with vibrating support according to the present invention (situation of upward slope).
  • FIG. 4 is a schematic view of another embodiment of a freezer installation with vibrating support according to the present invention (situation of downward slope).
  • FIG. 5 is a schematic view of another embodiment of a vibrating support freezing installation according to the present invention (situation of upward slope).
  • Figure 1 there is shown a schematic view of a freezer installation with vibrating support according to the prior art as illustrated by document EP-A-505222 mentioned above in the present description.
  • the tank is in an upward slope situation.
  • the overflow of cryogenic liquid leaves the device with the products.
  • the nitrogen is then separated from the products by a grid system 5.
  • the nitrogen thus recovered is recycled (loop 3) as follows: the nitrogen is collected in a reserve (4) then pumped by a piston pump and thus leaves in the treatment (return line 6).
  • the nitrogen level is kept substantially constant in the reserve thanks to a valve 7 controlled by a probe 8 which measures the level of liquid nitrogen.
  • FIG. 2 then illustrates an embodiment of the invention which will now be detailed.
  • the treatment tank 1 is adjusted according to a slightly descending slope and ends with a slight rise to contain a small amount of cryogenic liquid.
  • a temperature sensor 10 is located in the treatment tank, a little before the product leaves, substantially at the place where the liquid nitrogen accumulates and the level stabilizes.
  • the nitrogen bed was controlled by overflow using a recirculation pump in a closed circuit
  • the nitrogen bed is here dynamically controlled by constantly adapting the quantity of nitrogen injected into the machine regardless of the consumption of the device.
  • the temperature probe is of the “heated” type. Indeed, the work carried out by the Applicant has demonstrated that it is illusory to use a traditional probe in this situation. In fact, when the level of cryogenic liquid rises and touches the probe, the latter typically sees a temperature close to, for example, -200 ° C. When the liquid level goes down, the probe remains initially surrounded by a very cold gas phase (whose temperature is close to -200 ° C), which means that the probe only sees (and therefore translates) little difference between the situation where it touches the film of cryogenic liquid and the situation where it no longer touches it. Hence the advantage of constantly heating the probe. We will describe in the following an embodiment of such a heated probe, in this case a type probe "double Pt100" marketed by many suppliers in this field of temperature measurement.
  • the probe in question consists of: -
  • a platinum resistance temperature sensor operating as follows, the resistance varies according to the temperature: at 0 ° C, the resistance is for example 100 Ohm, when the temperature increases, the resistance increases. Similarly, when the temperature decreases, the resistance decreases (for example: 138.51 Ohm at 100 ° C and 60.26 Ohm at -100 ° C).
  • a device connected to this resistance can measure the resistance value and deduce the temperature using a conversion table.
  • a second platinum resistance temperature probe can be used in the same way and thus makes it possible to check the temperature measured by the first probe.
  • connection wires connected to the first platinum resistance and two connection wires connected to the second platinum resistance.
  • the traditional use of such a "double Pt100" probe is as follows: The resistance value of the platinum resistors varies according to the temperature. As the temperature increases, the resistance increases. Similarly, when the temperature decreases, the resistance decreases (example: 138.51 Ohm at 100 ° C and 60.26 Ohm at -100 ° C).
  • the first platinum resistance is connected to a device which measures the value of the resistance and deduces the temperature using a conversion table.
  • the second platinum resistance temperature probe is used in the same way and thus makes it possible to check the temperature measured by the first probe.
  • this probe is made for another use, by making it a “heated probe”, this in the following manner.
  • the first platinum resistor is permanently supplied with a voltage of 5 volts. It therefore dissipates a variable power depending on its temperature (0.25 Watt at 0 ° C) which causes a slight heating which is also variable depending on the temperature (from +10 to + 80 ° C depending on the ambient temperature).
  • the second platinum resistance is traditionally used by being connected to a resistance measurement device with calculation and display of the temperature.
  • the temperature thus measured is therefore influenced by the other platinum resistance which dissipates a power.
  • the device is then ready to operate near a level of cryogenic liquid, for example liquid nitrogen:
  • the ambient temperature of the gases is very close to -196 ° C, however, with the power dissipation of the first platinum resistance, the temperature of the entire probe and therefore the measured temperature is approximately -130 ° C.
  • this device makes it very easy to determine whether the level of liquid nitrogen is located above or below this dual temperature probe: If the measured temperature is below -180 ° C, we deduce that y with contact between the probe and the liquid, if the measured temperature is higher than
  • valve 12 will then open enough to compensate for this demand while maintaining a constant temperature of the products. leaving the machine. Conversely, if the machine is no longer supplied with products, the valve 12 will see its opening reduced to let only pass the quantity sufficient to maintain the level in the tank (keeps the machine cold).
  • the valve 15 then operates according to the following logic:
  • Figure 2 has just illustrated a downward slope configuration.
  • a small "puddle” with a depth close to 0.5 cm is created at the change of slope (this is only given as an illustration of orders of magnitude) while upstream of the slope , opposite the outlet of the means 4, the depth is almost zero (nitrogen runoff).
  • FIG. 3 illustrates for its part, with the same constituent elements, and therefore the same reference numbers, a tank in the upward slope position.
  • the nitrogen level in the treatment tank may be insufficient on a downward slope.
  • Orienting the tank along a slightly upward slope makes it possible to create a nitrogen bed in the bottom of the tank on the side of the product inlet (typically upstream of the slope a depth close to 2cm, while the depth at the end of the upward slope is close to 0).
  • FIGS. 4 and 5 illustrate an advantageous embodiment of the invention (respectively in situations of downward and upward slopes) where a probe for measuring the outlet temperature of the products is also used. It indeed appears that for certain user sites where the initial temperature of the incoming products can vary significantly from one moment to another of the day, the level regulation previously illustrated in FIGS. 2 and 3 may prove to be insufficiently effective. In accordance with the present invention, it is therefore very particularly advantageous to apply moreover a regulation on the outlet temperature of the products as described below. As will be seen, this regulation will also make it possible to adapt the temperature drop applied to the products.
  • the “products” temperature sensor is located in a less harsh environment than the temperature sensor present at the tank outlet and therefore this “Products” temperature sensor can be of the traditional type (unheated).
  • a heated temperature probe 10 is located in the treatment tank, a little before the product leaves, substantially at the point where the liquid nitrogen accumulates and the level stabilizes, and allows as already described to regulate the quantity of fresh cryogenic liquid reinjected into the system via the valve 12 and the regulator 11.
  • this embodiment also carries out via the probe 20 a control of the final temperature of the products, after treatment, and reacts if necessary, according to the result of this control on the slope of the tank 1 and / or on the vibration frequency. (via the unit 21 and the means 22 for varying the slope of the tank and / or the vibration frequency).
  • the system adapts its operation so as to obtain a constant temperature of the products, whatever the initial conditions of inlet flow and initial temperature.
  • the system will then feed back on the vibration frequency to modify the passage time of the products in the tank, in this case in the example cited here by reducing the vibration frequency, which will make it possible to shake the products less quickly along of their journey and therefore leave them longer in liquid nitrogen (and thus find, by successive iterations, the desired lower temperature).
  • the system will here decrease the downward slope or even in some cases create an upward slope to initially slow down the speed of movement of the products in the tray and in a second time create a bed of cryogenic liquid and increase its depth as needed.
  • the treatment time will be longer, the contact of the product with the liquid will then be more complete and more intense, which will allow, by successive iterations, to lower the final temperature of the products to the desired level.
  • the temperature of the products after treatment is stable whatever the flow of incoming products and their temperature before treatment;
  • the duration of the treatment can be adjusted by modifying the slope of the device.

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Abstract

Un procédé de congélation totale ou partielle d'un produit (2), notamment d'un produit alimentaire, selon lequel on met en contact le produit, afin d'effectuer une congélation du produit au niveau d'au moins une de ses surfaces, dans un bac de traitement (1) avec une surface réfrigérante (1) qui résulte de l'utilisation d'un support vibrant et d'un film d'un liquide cryogénique disposé sur ledit support, caractérisé par la mise en oeuvre des mesures suivantes - on dispose d'une sonde de température (10) chauffée située dans le bac de traitement, un peu avant la sortie des produits du bac apte à mesurer la température en son lieu de localisation, - on dispose de moyens (4, 12) d'alimentation du bac en liquide cryogénique qui comportent une vanne proportionnelle (12) ; - on dispose d'une unité d'acquisition et de traitement de données (11) apte à recevoir l'information de température fournie par la dite sonde et à rétroagir le cas échéant si nécessaire sur le taux d'ouverture de ladite vanne proportionnelle.

Description

PROCÉDÉ ET INSTALLATION DE TRAITEMENT - CROUTAGE/REFROIDISSEMENT/SURGELATION - DE PRODUITS. La présente invention concerne le domaine des procédés et installations de traitement cryogénique de produits, notamment alimentaires, les traitements visés étant en particulier les traitements de croûtage (surgélation de tout ou partie de la surface du produit), refroidissement ou encore surgélation.
La congélation de produits alimentaires se fait habituellement dans des tunnels de congélation où le froid est obtenu par des moyens mécaniques.
Ces produits alimentaires que l'on cherche à congeler sont souvent collants et adhèrent aux tapis roulants du tunnel de congélation sur lesquels ils sont convoyés, posant ainsi un problème d'entretien et d'hygiène.
De plus, ces produits peuvent être peu compacts et se disloquent facilement, perdant de ce fait, lors de leur manutention, la forme qu'on veut leur conférer. C'est par exemple, le cas des boulettes de purée de légumes, extrêmement difficiles à manipuler.
La Demanderesse avait proposé dans le document EP-A-505 222 un nouveau concept de procédé de congélation de produits alimentaires, selon lequel on met en contact le produit avec une surface réfrigérante, qui résulte de l'utilisation d'un support vibrant et d'un gaz liquéfié, la surface réfrigérante étant constituée d'un film de gaz liquéfié disposé sur le support.
Selon ce procédé antérieur, les produits, même très collants, n'adhèrent aucunement au support, ceci malgré une épaisseur du film qui peut être très faible, on estime en fait que selon toute vraisemblance le produit ainsi traité flotte à la surface du film de gaz liquéfié par un phénomène de caléfaction, et se retourne régulièrement dans ce film, obviant ainsi tout risque d'adhésion sur le support.
Typiquement, ce système fonctionne ainsi : on injecte une quantité importante d'azote liquide dans le bac, qui est par exemple en configuration de pente légèrement montante. Le trop plein de liquide sort de l'appareil avec les produits. L'azote est alors séparé des produits par une grille située en sortie de dispositif. L'azote ainsi récupéré est recyclé : il est collecté dans une réserve puis pompé par une pompe à piston et repart dans le bac de traitement.
Le niveau d'azote est maintenu sensiblement constant dans la réserve grâce à une vanne pilotée par une sonde qui en mesure le niveau d'azote liquide. Ainsi l'azote circule en circuit semi fermé , il ne sort du circuit que par évaporation au contact des produits, cette sortie d'azote est compensée en permanence par l'alimentation de la réserve. Les produits ne font qu'un seul passage dans le bac. Il faut souligner que ce système antérieur présente de nombreux avantages parmi lesquels :
- Le niveau d'azote liquide est stable ;
- Le traitement des produits est régulier ; - L'intensité du traitement peut être ajustée en modifiant la pente du bac ;
- La durée du traitement peut être ajustée en modifiant l'amplitude des vibrations ;
- Le principe est simple, facile à mettre en oeuvre et facile à régler ;
- La forte injection d'azote dans le bac (débit d'injection = débit de la pompe) permet d'obtenir un traitement très efficace des produits.
Néanmoins il est apparu depuis lors à la Demanderesse que ce système devait être amélioré, notamment sur les aspects suivants :
- on note certains inconvénients qui sont liés à la présence de la pompe qui représente l'élément sensible du système : pompe qui consomme une quantité non négligeable d'air comprimé, et qui quand le débit des produits à traiter est très important, limite la capacité de refroidissement globale du système par sa capacité de pompage.
- par ailleurs le système pose des problèmes pour les produits de petite taille et les poudres : en effet la taille du produit peut devenir inférieure à la taille des orifices de la grille, et circuler ainsi en circuit fermé avec l'azote, ce qui, on le conçoit, n'est pas satisfaisant du point de vue sanitaire.
On le constate donc, l'essentiel des inconvénients listés ci-dessus sont liés à la présence de la pompe.
Dans ce contexte, l'un des objectifs de la présente invention est de proposer des conditions opératoires qui permettent de supprimer cette pompe, de la remplacer par un dispositif permettant d'obtenir une température constante des produits après traitement et de maintenir un niveau constant d'azote dans le bac de traitement sans qu'un recyclage d'azote soit nécessaire.
Pour ce faire l'invention concerne un procédé de congélation totale ou partielle d'un produit, notamment d'un produit alimentaire, selon lequel on met en contact le produit, afin d'effectuer une congélation du produit au niveau d'au moins une de ses surfaces, dans un bac de traitement avec une surface réfrigérante qui résulte de l'utilisation d'un support vibrant et d'un film d'un liquide cryogénique disposé sur ledit support, caractérisé par la mise en oeuvre des mesures suivantes.:
- on dispose d'une sonde de température chauffée, située dans le bac de traitement, un peu avant la sortie des produits du bac, apte à mesurer la température en son lieu de localisation, - on dispose de moyens d'alimentation du bac en liquide cryogénique qui comportent une vanne proportionnelle;
- on dispose d'une unité d'acquisition et de traitement de données apte à recevoir l'information de température fournie par la dite sonde et à rétroagir le cas échéant si nécessaire sur le taux d'ouverture de ladite vanne proportionnelle.
Le procédé selon l'invention pourra par ailleurs adopter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le support vibrant présente une pente légèrement descendante et se terminant par une légère remonté apte ainsi à contenir une certaine quantité de liquide cryogénique, et ladite sonde de température est située sensiblement à l'endroit d'accumulation du liquide cryogénique.
- le support vibrant présente une pente ascendante. Avantageusement, dans ce cas, on dispose sur tout ou partie de la surface du support vibrant, d'une grille, apte à filtrer tout ou partie du liquide cryogénique entraîné avec les produits dans leur progression ascendante.
- on met en œuvre par ailleurs la régulation de température suivante : i) on dispose, d'une sonde de température produits située dans le passage des produits en sortie de bac de traitement, apte à mesurer la température des produits après traitement ; j) on dispose d'une unité d'acquisition et de traitement de données apte à recevoir l'information de température fournie par la dite sonde de température produits et à rétroagir le cas échéant si nécessaire sur des moyens de variation de la pente d'inclinaison du support et/ou sur des moyens de variation de la fréquence de vibration du support et/ou sur le taux d'ouverture de ladite vanne proportionnelle.
- on met en œuvre par ailleurs la régulation de sécurité suivante : a) on dispose d'une sonde de température de sécurité située dans le bac de traitement, un peu avant la sortie des produits du bac, apte à mesurer la température en son lieu de localisation, b) lesdits moyens d'alimentation du bac en liquide cryogénique comportent une vanne tout-ou-rien (vanne de sécurité) ; c) on dispose d'une unité d'acquisition et de traitement de données apte à recevoir l'information de température fournie par la dite sonde de température de sécurité et à rétroagir le cas échéant si nécessaire pour ouvrir ou fermer ladite vanne tout ou rien (de sécurité).
- le liquide cryogénique est de l'azote liquide.
La présente invention concerne également une installation de congélation totale ou partielle d'un produit, notamment d'un produit alimentaire, comprenant un bac de traitement qui comprend un support vibrant apte à recevoir un film d'un liquide cryogénique, caractérisée en ce qu'elle comprend :
- une sonde de température chauffée située dans le bac de traitement, un peu avant la sortie des produits du bac apte à mesurer la température en son lieu de localisation,
- des moyens d'alimentation du bac en liquide cryogénique qui comportent une vanne proportionnelle ;
- une unité d'acquisition et de traitement de données apte à recevoir l'information de température fournie par la dite sonde et à rétroagir le cas échéant si nécessaire sur le taux d'ouverture de ladite vanne proportionnelle.
L'installation selon l'invention pourra par ailleurs adopter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le support vibrant présente une pente légèrement descendante et se terminant par une légère remonté apte ainsi à contenir une certaine quantité de liquide cryogénique, et ladite sonde de température est située sensiblement à l'endroit d'accumulation du liquide cryogénique.
- le support vibrant présente une pente ascendante. Avantageusement, dans ce cas, on dispose sur tout ou partie de la surface du support vibrant, d'une grille, apte à filtrer tout ou partie du liquide cryogénique entraîné avec les produits dans leur progression ascendante.
- l'installation comprend de plus : i) une sonde de température produits située dans le passage des produits en sortie de bac de traitement, apte à mesurer la température des produits après traitement ; j) une unité d'acquisition et de traitement de données apte à recevoir l'information de température fournie par la dite sonde de température produits et à rétroagir le cas échéant si nécessaire sur des moyens de variation de la pente d'inclinaison du support et/ou sur des moyens de variation de la fréquence de vibration du support et/ou sur le taux d'ouverture de ladite vanne proportionnelle. - lesdits moyens d'alimentation du bac en liquide cryogénique comportent une vanne tout-ou-rien de sécurité et l'installation comprend de plus : a) une sonde de température de sécurité située dans le bac de traitement, un peu avant la sortie des produits du bac apte à mesurer la température en son lieu de localisation, b) une unité d'acquisition et de traitement de données apte à recevoir l'information de température fournie par la dite sonde de température de sécurité et à rétroagir le cas échéant si nécessaire pour ouvrir ou fermer ladite vanne tout ou rien.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'une installation de congélation à support vibrant selon l'art antérieur.
- la figure 2 est une vue schématique d'une installation de congélation à support vibrant selon la présente invention (situation de pente descendante). - la figure 3 est une vue schématique d'une installation de congélation à support vibrant selon la présente invention (situation de pente ascendante).
- la figure 4 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation d'une installation de congélation à support vibrant selon la présente invention (situation de pente descendante). - la figure 5 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation d'une installation de congélation à support vibrant selon la présente invention (situation de pente ascendante).
Sur la figure 1, on a représenté une vue schématique d'une installation de congélation à support vibrant selon l'art antérieur tel qu'illustré par le document EP-A-505222 évoqué plus haut dans la présente description.
On reconnaît sur cette vue schématique le bac 1 (dont les moyens de vibration n'ont pas été représentés ici pour des raisons de clarté), alimenté en produits 2 à congeler, et en azote liquide via les moyens d'arrivée 4.
Le bac est pour ce mode de réalisation en situation de pente ascendante. Le trop plein de liquide cryogénique sort de l'appareil avec les produits.
L'azote est alors séparé des produits par un système de grille 5.
Comme on peut le visualiser sur la figure, l'azote ainsi récupéré est recyclé (boucle 3) de la manière suivante : l'azote est collecté dans une réserve (4) puis pompé par une pompe à piston et repart ainsi dans le bac de traitement (canalisation de retour 6).
Le niveau d'azote est maintenu sensiblement constant dans la réserve grâce à une vanne 7 pilotée par une sonde 8 qui mesure le niveau d'azote liquide. En résumé :
- l'azote circule en circuit semi fermé : il ne sort du circuit que par évaporation au contact des produits. Cette perte d'azote est compensée en permanence par l'alimentation de la réserve en liquide cryogénique frais (9).
- les produits ne font qu'un seul passage dans le bac. La figure 2 illustre alors un mode de mise en œuvre de l'invention qui va être maintenant détaillé.
Ici le bac de traitement 1 est réglé selon une pente légèrement descendante et se termine par une légère remonté pour contenir une petite quantité de liquide cryogénique.
Une sonde de température 10 est située dans le bac de traitement, un peu avant la sortie des produits , sensiblement à l'endroit où l'azote liquide s'accumule et le niveau se stabilise.
Quand le niveau d'azote monte dans le bac, la température lue par cette sonde diminue, ce qui a pour effet de réduire (via le régulateur 11) l'ouverture d'une vanne proportionnelle 12 (que l'on peut appeler une vanne « process ») et donc l'arrivée d'azote liquide frais (18). L'approvisionnement d'azote étant réduit, le niveau redescend et se stabilise.
De même, si une baisse du niveau d'azote liquide est observée, la température lue par la sonde 10 va s'élever, ce qui a pour effet d'augmenter le taux d'ouverture de la vanne 12. L'injection d'azote étant renforcée, le niveau d'azote va remonter et se stabiliser.
Ainsi, alors que selon les installations antérieures, le lit d'azote était contrôlé par trop plein mettant en œuvre une pompe de recirculation en circuit fermé, le lit d'azote est ici contrôlé de manière dynamique en adaptant en permanence la quantité d'azote injecté dans la machine quelque soit la consommation de l'appareil.
Selon l'invention la sonde de température est de type « chauffée ». En effet, les travaux menés à bien par la Demanderesse ont démontré qu'il est illusoire d'utiliser dans cette situation une sonde traditionnelle. En effet, lorsque le niveau de liquide cryogénique s'élève et touche la sonde, celle-ci voit typiquement une température voisine par exemple de -200°C. Quand le niveau de liquide redescend, la sonde reste dans un premier temps environnée d'une phase gazeuse très froide (dont la température est voisine de -200°C), ce qui fait que la sonde ne voit (et donc ne traduit) que peu de différence entre la situation où elle touche le film de liquide cryogénique et la situation où elle ne le touche plus. D'où l'intérêt de chauffer en permanence la sonde. On va décrire dans ce qui suit un exemple de réalisation d'une telle sonde chauffée, en l'occurrence une sonde de type « double Pt100 » commercialisée par de très nombreux fournisseurs de ce domaine de la mesure de température.
La sonde en question se compose de : - Une sonde de température à résistance platine fonctionnant de la manière suivante, la résistance varie selon la température : à 0°C, la résistance est par exemple de 100 Ohm, quand la température augmente, la résistance augmente. De même, quand la température diminue, la résistance diminue (par exemple : 138.51 Ohm à 100°C et 60.26 Ohm à -100°C). Un appareil connecté à cette résistance peut mesurer la valeur de résistance et en déduire la température en utilisant une table de conversion.
- Une deuxième sonde de température à résistance platine peut être utilisée de la même façon et permettre ainsi de vérifier la température mesurée par la première sonde.
- Deux fils de connexion reliés à la première résistance platine et deux fils de connexion reliés à la deuxième résistance platine.
- Une protection inox autour de cet ensemble : tube inox bouché à ses deux extrémités et laissant passer les fils de connexion. - Une matière de liaison thermique entre les sondes de température à résistance platine et la protection inox.
L'usage traditionnel d'une telle sonde « double Pt100 » est le suivant : La valeur de résistance des résistances platine varie suivant la température. Quand la température augmente, la résistance augmente. De même, quand la température diminue, la résistance diminue (exemple : 138.51 Ohm à 100°C et 60.26 Ohm à -100°C).
La première résistance platine est connectée à un appareil qui mesure la valeur de la résistance et en déduit la température en utilisant une table de conversion. La deuxième sonde de température à résistance platine est utilisée de la même façon et permet ainsi de vérifier la température mesurée par la première sonde.
Selon la présente invention on effectue de cette sonde un autre usage, en en faisant une « sonde chauffée », ceci de la manière suivante.
La première résistance platine est alimentée en permanence avec une tension de 5 volts. Elle dissipe donc une puissance variable suivant sa température (0.25 Watt à 0°C) ce qui provoque un léger échauffement qui est lui aussi variable suivant la température (de +10 à +80°C suivant la température ambiante).
La deuxième résistance platine est utilisée de façon traditionnelle en étant connectée à un dispositif de mesure de résistance avec calcul et affichage de la température. La température ainsi mesurée est donc influencée par l'autre résistance platine qui dissipe une puissance. Le dispositif est alors prêt à fonctionner à proximité d'un niveau de liquide cryogénique, par exemple d'azote liquide :
Lorsque la sonde est positionnée au-dessus de l'azote liquide, sans contact avec le liquide, la température ambiante des gaz est très proche de -196°C, cependant, avec la dissipation de puissance de la première résistance platine, la température de l'ensemble de la sonde et donc la température mesurée est d'environ -130°C.
Lorsque l'ensemble de la sonde entre en contact avec l'azote liquide, le transfert thermique entre la sonde et le liquide est beaucoup plus important que lorsque la sonde était positionnée dans un milieu gazeux. La température diminue alors brusquement et s'approche de -196°C.
Ainsi, ce dispositif permet de déterminer très facilement si le niveau d'azote liquide est situé au-dessus ou au-dessous de cette sonde de température double : Si la température mesurée est inférieure à -180°C, on en déduit qu'il y à contact entre la sonde et le liquide, si la température mesurée est supérieure à
-180°C, on en déduit qu'il n'y a pas contact entre la sonde et le liquide.
La pratique montre que ce dispositif est simple, peut coûteux, fiable, facile d'approvisionnement et sans entretien. De plus, supportant bien les vibrations causées par le support vibrant en fonctionnement, il est tout à fait adapté à la mesure et à la régulation du niveau de liquide cryogénique dans ce type de machine.
A titre illustratif, si le bac de traitement est alimenté avec un fort débit de produits à traiter, une quantité importante de liquide va se vaporiser et la vanne 12 va alors s'ouvrir suffisamment pour compenser cette demande tout en conservant une température constante des produits en sortie de machine. A contrario si la machine n'est plus alimentée en produits, la vanne 12 va voir son ouverture réduite pour ne laisser passer que la quantité suffisante pour maintenir le niveau dans le bac (maintient en froid de la machine).
On peut noter également sur la figure 2 la présence d'un second contrôle d'injection, dont le but n'est pas d'ajuster la quantité d'azote liquide injectée mais de couper l'alimentation en cas de dérive du système (sonde 13, régulateur 14, vanne tout-ou-rien 15). Ainsi, si la régulation de l'injection précédemment décrite dérive pour une raison inconnue, l'azote liquide va s'accumuler au point bas de l'appareil, à l'endroit du changement de pente du bac. La sonde 13 détectera alors par une baisse de température toute montée anormale du niveau d'azote. Quand ce niveau atteindra un maximum autorisé (consigne), elle coupera l'alimentation en azote du système via la vanne de sécurité 15 avant que le liquide n'ait pu atteindre le bord du bac. Tout risque de débordement sera alors écarté. Ici encore la sonde de sécurité, vue sa situation, est préférβntiβllement de type « chauffée ».
La vanne 15 fonctionne alors selon la logique suivante :
- Niveau inférieur au niveau maximum toléré - vanne ouverte ; - Niveau supérieur ou égal au niveau maximum toléré - vanne fermée.
La figure 2 vient d'illustrer une configuration de pente descendante. Il se crée typiquement à l'endroit du changement de pente une petite « flaque » d'une profondeur voisine de 0.5 cm (ceci n'est donné qu'à titre purement illustratif des ordres de grandeur) tandis qu'en amont de la pente, en regard de la sortie des moyens 4, la profondeur est quasi nulle (ruissellement d'azote).
La figure 3 illustre pour sa part, avec les même éléments constitutifs, et donc les mêmes références numériques, un bac en position de pente ascendante.
En effet si l'installation de la figure 2 convient tout particulièrement pour des produits de petite taille (tels poudres de pomme de terre, fromage râpé...), pour certains produits de plus grande taille (tels des cubes de volaille) , le niveau d'azote du bac de traitement peut se révéler insuffisant en pente descendante.
Le fait d'orienter le bac selon une pente légèrement ascendante permet de créer un lit d'azote dans le fond du bac du coté de l'entrée des produits (typiquement en amont de la pente une profondeur voisine de 2cm, tandis que la profondeur en bout de la pente ascendante est voisine de 0).
Par l'effet de « bain » ainsi créé, le traitement est plus intensif.
Il est à noter que dans cette situation de pente ascendante, il est très avantageux de disposer, sur tout ou partie de la surface du support vibrant 1, d'une grille (non représentée), apte à filtrer tout ou partie du liquide cryogénique entraîné avec les produits dans leur progression ascendante. Le liquide cryogénique ainsi « filtré » redescend alors vers l'amont de la pente ascendante.
Dans un cas comme dans l'autre des figures 2 et 3 les pertes de liquide cryogénique sont très faibles. En résumé les modes de réalisation de l'invention illustrés aux figures 2 et
3 permettent de supprimer la pompe de l'art antérieur tout en maintenant constante la quantité de frigories (calories négatives) reçue par le produit.
Les modes de réalisation explicités ici seront appelés dans ce qui suit « régulation de niveau ». Les figures 4 et 5 illustrent un mode de réalisation avantageux de l'invention (respectivement en situations de pentes descendante et ascendante) où l'on utilise de plus une sonde de mesure de la température de sortie des produits. Il apparaît en effet que pour certains sites utilisateurs où la température initiale des produits entrants peut sensiblement varier d'un moment à l'autre de la journée, la régulation de niveau précédemment illustrée en figures 2 et 3 peut se révéler insuffisamment performante. Conformément à la présente invention, il est alors tout particulièrement avantageux d'appliquer de plus une régulation sur la température de sortie des produits tel que décrit ci-dessous. Comme on va le voir cette régulation va permettre de plus d'adapter la chute de température appliquée aux produits.
Dans cette situation, la sonde de température « produits » est située en environnement moins rigoureux que la sonde de température présente en sortie de bac et donc cette sonde de température « Produits » peut être de type traditionnel (non chauffée).
On reconnaît sur la figure 4 le bac 1 , alimenté en produits 2 à congeler, et en azote liquide via les moyens d'arrivée 4. Ici le bac de traitement 1 est réglé selon une pente légèrement descendante et se termine par une légère remonté pour contenir une petite quantité de liquide cryogénique.
Conformément à l'invention, une sonde de température chauffée 10 est située dans le bac de traitement, un peu avant la sortie des produits , sensiblement à l'endroit où l'azote liquide s'accumule et le niveau se stabilise, et permet comme déjà décrit de réguler la quantité de liquide cryogénique frais réinjecté dans le système via la vanne 12 et le régulateur 11.
Mais ce mode de réalisation effectue par ailleurs via la sonde 20 un contrôle de la température finale des produits, après traitement, et retroagit le cas échéant, selon le résultat de ce contrôle sur la pente du bac 1 et/ou sur la fréqence de vibration (via l'unité 21 et les moyens 22 de variation de la pente du bac et/ou de la fréquence de vibration).
En variante, non représentée, on peut également rétroagir sur le taux d'ouverture de la vanne 12.
Ainsi le système adapte son fonctionnement de manière à obtenir une température constante des produits, quelles que soient les conditions initiales de débit d'entrée et température initiale.
On appellera dans ce qui suit ce mode de réalisation « régulation de température ».
A titre illustratif : - dans le cas d'une rétroaction sur la fréquence de vibration : si pour une raison inconnue ou diverse les produits rentrent dans le système trop chauds, la régulation de niveau précédemment décrite, qui applique une chute de température constante peut se révéler insuffisante et donner lieu à des produits qui ressortent trop chauds également.
Le système va alors rétroagir sur la fréquence de vibration pour modifier le temps de passage des produits dans le bac, en l'occurrence dans l'exemple cité ici en diminuant la fréquence de vibration, ce qui permettra de secouer les produits moins vite le long de leur trajet et donc de les laisser plus longtemps dans l'azote liquide (et retrouver ainsi par itérations successives la température plus basse souhaitée).
- dans le cas d'une rétroaction sur la pente du bac : on va jouer ici sur la profondeur d'azote liquide vue par le produit.
Toujours dans l'exemple où les produits rentreraient dans le système trop chauds, le système va ici diminuer la pente descendante voir même dans certains cas créer une pente montante pour dans un premier temps ralentir la vitesse de défilement des produits dans le bac et dans un deuxième temps créer un lit de liquide cryogénique et augmenter sa profondeur suivant les besoins.
Le temps de traitement sera plus long, le contact du produit avec le liquide va alors être plus complet plus intense ce qui va permettre par itérations successives de baisser la température finale des produits au niveau souhaité.
Il est à noter que si le contrôle de sécurité précédemment décrit dans le cadre des figures 2 et 3 (13/14/15) n'a pas été décrit ici dans le cadre des figures 4 et 5 il peut être sans inconvénient et même très avantageusement présent aussi, en complément des régulations « de niveau » et de « température ».
Les avantages de l'invention (« régulation de niveau » éventuellement complétée de la « régulation de température ») peuvent être alors décrits ainsi : - suppression de la pompe et des contaminations croisées dues à la recirculation de l'azote ;
- la température des produits après traitement est stable quelle que soit le débit de produits entrants et leur température avant traitement ;
- la durée du traitement peut être ajustée en modifiant la pente de l'appareil.
- le traitement des poudres est possible (il a été réalisé avec succès sur des poudres de pomme de terre ou encore de chocolat) ;
- le nettoyage de l'appareillage est très simple car il met en jeu très peu de mécanismes ; -la fiabilité du système est très nettement améliorée. Les risques de panne liés à la pompe sont notamment supprimés ;
- Il n'y a pas de circuit de recirculation, les pertes d'azote sont donc réduites au minimum. Pour des produits de taille moyenne, on utilisera avantageusement le mode de réalisation de la figure 5, qui est en tout point identique à celui de la figure 4 à l'exception du fait que le bac se trouve en situation de pente ascendante. Si l'invention a tout particulièrement été illustrée dans ce qui précède par l'azote liquide, d'autres liquides cryogéniques sont envisageables sans sortir en aucune manière du cadre de l'invention.
De même, outre les produits alimentaires tout particulièrement visés par l'invention, on peut également traiter des produits industriels tels des matières grasses ou des cires dont les points de fusion sont proches de la température ambiante.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de congélation totale ou partielle d'un produit (2), notamment d'un produit alimentaire, selon lequel on met en contact le produit, afin d'effectuer une congélation du produit au niveau d'au moins une de ses surfaces, dans un bac de traitement (1) avec une surface réfrigérante (1) qui résulte de l'utilisation d'un support vibrant et d'un film d'un liquide cryogénique disposé sur ledit support, caractérisé par la mise en oeuvre des mesures suivantes :
- on dispose d'une sonde de température (10) chauffée, située dans le bac de traitement, un peu avant la sortie des produits du bac, apte à mesurer la température en son lieu de localisation,
- on dispose de moyens (4, 12) d'alimentation du bac en liquide cryogénique qui comportent une vanne proportionnelle (12) ;
- on dispose d'une unité d'acquisition et de traitement de données (11) apte à recevoir l'information de température fournie par la dite sonde et à rétroagir le cas échéant si nécessaire sur le taux d'ouverture de ladite vanne proportionnelle.
2. Procédé de congélation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le support vibrant présente une pente légèrement descendante et se terminant par une légère remonté, apte ainsi à contenir une certaine quantité de liquide cryogénique, et en ce que ladite sonde de température est située sensiblement à l'endroit d'accumulation du liquide cryogénique.
3. Procédé de congélation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le support vibrant présente une pente ascendante.
4. Procédé de congélation selon la revendication 3 caractérisé en ce que on dispose, sur tout ou partie de la surface du support vibrant, d'une grille, apte à filtrer tout ou partie du liquide cryogénique entraîné avec les produits dans leur progression ascendante.
5. Procédé de congélation selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que : - on dispose, de plus, d'une sonde de température produits (20) située dans le passage des produits en sortie de bac de traitement, apte à mesurer la température des produits après traitement ; - on dispose d'une unité d'acquisition et de traitement de données (21 ) apte à recevoir l'information de température fournie par la dite sonde de température produits et à rétroagir le cas échéant si nécessaire sur des moyens de variation de la pente d'inclinaison du support et/ou sur des moyens de variation de la fréquence de vibration du support et/ou sur le taux d'ouverture de ladite vanne proportionnelle.
6. Procédé de congélation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que : - on dispose d'une sonde de température de sécurité (13) située dans le bac de traitement, un peu avant la sortie des produits du bac apte à mesurer la température en son lieu de localisation,
- lesdits moyens d'alimentation du bac en liquide cryogénique comportent une vanne tout-ou-rien (15) ; - on dispose d'une unité d'acquisition et de traitement de données (14) apte à recevoir l'information de température fournie par la dite sonde de température de sécurité et à rétroagir le cas échéant si nécessaire pour ouvrir ou fermer ladite vanne tout ou rien.
7. Procédé de congélation selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite sonde de température de sécurité est une sonde chauffée.
8. Procédé de congélation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide cryogénique est de l'azote liquide.
9. Procédé de congélation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite sonde chauffée, de température ou de sécurité, est une sonde dite double, à double résistance, mise en œuvre de la façon suivante :
- une des deux résistances est connectée à un appareil qui mesure la valeur de la résistance et en déduit la température en utilisant une table de conversion ;
- l'autre des deux résistances est alimentée en permanence avec une tension, pour y provoquer un échauffement.
10. Installation de congélation totale ou partielle d'un produit notamment d'un produit alimentaire, comprenant un bac de traitement (1) qui comprend un support vibrant apte à recevoir un film d'un liquide cryogénique, caractérisée en ce qu'elle comprend : - une sonde de température (10) chauffée située dans le bac de traitement, un peu avant la sortie des produits du bac apte à mesurer la température en son lieu de localisation,
- des moyens (4, 12) d'alimentation du bac en liquide cryogénique qui comportent une vanne proportionnelle (12) ;
- une unité d'acquisition et de traitement de données (11) apte à recevoir l'information de température fournie par la dite sonde et à rétroagir le cas échéant si nécessaire sur le taux d'ouverture de ladite vanne proportionnelle.
11. Installation de congélation selon la revendication 10 caractérisée en ce que le support vibrant présente une pente légèrement descendante et se terminant par une légère remonté apte ainsi à contenir une certaine quantité de liquide cryogénique, et en ce que ladite sonde de température est située sensiblement à l'endroit d'accumulation du liquide cryogénique.
12. Installation dé congélation selon la revendication 10 caractérisée en ce que le support vibrant présente une pente ascendante.
13. Installation dé congélation selon la revendication 12 caractérisée en ce que I' on dispose, sur tout ou partie de la surface du support vibrant, d'une grille, apte à filtrer tout ou partie du liquide cryogénique entraîné avec les produits dans leur progression ascendante.
14. Installation de congélation selon l'une des revendications 10 à 13 caractérisée en ce qu'elle comprend de plus :
- une sonde de température produits (20) située dans le passage des produits en sortie de bac de traitement, apte à mesurer la température des produits après traitement ;
- une unité d'acquisition et de traitement de données (21) apte à recevoir l'information de température fournie par la dite sonde de température produits et à rétroagir le cas échéant si nécessaire sur des moyens de variation de la pente d'inclinaison du support et/ou sur des moyens de variation de la fréquence de vibration du support et/ou sur le taux d'ouverture de ladite vanne proportionnelle.
15. Installation de congélation selon l'une des revendications 10 à 14 caractérisée en ce que lesdits moyens d'alimentation du bac en liquide cryogénique comportent une vanne tout-ou-rien (15) et en ce qu'elle comprend de plus : - une sonde de température de sécurité (13) située dans le bac de traitement, un peu avant la sortie des produits du bac apte à mesurer la température en son lieu de localisation,
- une unité d'acquisition et de traitement de données (14) apte à recevoir l'information de température fournie par la dite sonde de température de sécurité et à rétroagir le cas échéant si nécessaire pour ouvrir ou fermer ladite vanne tout ou rien.
16. Installation dé congélation selon la revendication 15 caractérisée en ce que ladite sonde de température de sécurité est une sonde chauffée.
17. Installation de congélation selon l'une des revendications 10 à 16 caractérisée en ce que ladite sonde chauffée, de température ou de sécurité, est une sonde dite double, à double résistance, mise en œuvre de la façon suivante : - une des deux résistances est connectée à un appareil qui mesure la valeur de la résistance et en déduit la température en utilisant une table de conversion ;
- l'autre des deux résistances est reliée en permanence à une source de tension, pour permettre de l'alimenter et y provoquer ainsi un échauffement.
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