EP1631780A2 - PROCEDE DE DETERMINATION DE PROFILES THERMIQUES DE PRODUITS ALIMENTAIRES EN SORTIE D’EQUIPEMENT CRYGENIQUE ET INSTALLATION DE REFROIDISSEMENT CORRESPONDANTE - Google Patents

PROCEDE DE DETERMINATION DE PROFILES THERMIQUES DE PRODUITS ALIMENTAIRES EN SORTIE D’EQUIPEMENT CRYGENIQUE ET INSTALLATION DE REFROIDISSEMENT CORRESPONDANTE

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Publication number
EP1631780A2
EP1631780A2 EP04742680A EP04742680A EP1631780A2 EP 1631780 A2 EP1631780 A2 EP 1631780A2 EP 04742680 A EP04742680 A EP 04742680A EP 04742680 A EP04742680 A EP 04742680A EP 1631780 A2 EP1631780 A2 EP 1631780A2
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EP
European Patent Office
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installation
operating parameters
parameters
articles
determining
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04742680A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bernard Delpuech
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP1631780A2 publication Critical patent/EP1631780A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • 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
    • F25D2500/00—Problems to be solved
    • F25D2500/04—Calculation of parameters

Definitions

  • a method for determining the thermal profiles of articles leaving a cryogenic cooling installation comprising:
  • the present invention relates to a method for determining (predicting) thermal profiles of products, especially food, at the outlet of cryogenic equipment and to a corresponding cooling installation.
  • the invention is particularly applicable to installations for freezing food articles.
  • Known installations for freezing food products include, for example, a cryogenic enclosure or tunnel, for freezing crossed right through by a belt conveyor on which are deposited articles to be frozen, the conveyor circulating continuously or sequentially through the freezing tunnel.
  • Such a cryogenic enclosure uses an inert fluid at low temperature which exchanges heat directly by contact with the articles to be frozen.
  • the fluid used as a cold vector is dry ice (-80 ° C), liquid air or liquid nitrogen (-196 ° C). Dry ice allows the transport of fresh or frozen products without fear of breaking the cold chain. Nitrogen and liquid air allow either individual freezing of food products, or the hardening of fragile, deformable or sticky products (such as ice cream ).
  • the set of operating parameters of the installations is commonly called a recipe and is defined experimentally.
  • a recipe includes the parameters for adjusting an installation for a given production as well as the variables characteristic of operation and in particular the outlet temperature of the articles.
  • the production rate which, for a given loading rate, implies a variation of time of stay in the enclosure
  • the flow of the fluid which acts on the 2 temperature profile
  • the entry temperature of the articles the convective profile of the enclosure
  • the loading rate the production rate which, for a given loading rate, implies a variation of time of stay in the enclosure
  • the system is therefore a multivariable system and the methods for determining existing parameters require complex calculations.
  • the methods for determining recipes generally include a step of automatically simulating the operation of the installation from the thermodynamic and physical characteristics of the enclosure and the articles and adjustment parameters to obtain a complete set of operating parameters including parameters. of adjustment and of the variables characteristic of the operation of the installation.
  • This simulation step is repeated manually by modifying some of the parameters empirically and according to the operator's experience, in order to define one or more operating recipes which will then be validated and adjusted using tests and d 'destructive tests. It therefore appears that the recipes determined according to conventional determination methods require experienced operators and destructive tests.
  • the present invention aims to remedy these problems by proposing a method for determining (predicting) thermal profiles of products, in particular food products, at the outlet of cryogenic equipment.
  • the subject of the invention is a method for determining the thermal profiles of articles, in particular food, at the outlet of a cryogenic cooling installation, installation comprising a treatment enclosure through which said articles pass between an inlet and an outlet. and using a cooling fluid, this method comprising: - a step of determining a value and / or a range of validity values for operating parameters of the installation forming a modular set of operating parameters;
  • Said automatic repetition cycle includes a step of recording each complete set of operating parameters delivered by said simulation step, in a data structure, in order to form said operating mapping;
  • Said automatic repetition cycle comprises at each iteration, a step of automatic modification of one or more operating parameters of said modular set of operating parameters;
  • step of determining said modular assembly is adapted to automatically limit the importance of said ranges of validity values as a function of the material resources available for the implementation of said method; - it also includes:
  • step of determining said set of setpoints is suitable for the automatic determination of at least one setpoint from physical measurements
  • Said automatic comparison step comprises an interpolation between complete sets of operating parameters forming said mapping in order to deliver at least one complete set of operating parameters comprising said set of instructions;
  • It further includes a step of automatically determining a complete set of optimal operating parameters from the complete set or sets of operating parameters delivered by said automatic comparison step.
  • the invention also relates to an installation for the thermal cooling of articles comprising a treatment enclosure traversed by said articles between an inlet and an outlet and using a cooling fluid, comprising at least means for controlling its operation associated with data storage means, characterized in that said storage means comprise an operating map of said installation determined by a method as described above and in that said installation is suitable for the implementation of a method for determining operating parameters as described above.
  • - It further comprises means for measuring operating parameters allowing the determination of all or part of the set of instructions as determined during the implementation of the method; - It includes man-machine interface means allowing the determination of all or part of the set of instructions as determined during the implementation of the method.
  • - Fig.1 shows a block diagram illustrating a cooling installation
  • - Fig.2a is a flow diagram of a first part of the method of the invention.
  • - Fig.2b is a flow diagram of a second part of the method of the invention.
  • Figure 1 there is shown a conventional installation for processing food articles, for which operating parameters are determined by a method according to the invention.
  • This installation comprises a cryogenic enclosure or tunnel 2, of the conventional type, allowing the freezing of food articles A by bringing them into contact with a cryogenic fluid 4 conveyed by a supply line 5, from any source.
  • the enclosure 2 has the shape of a rectangular parallelepiped.
  • cryogenic fluid 4 used can be, for example, dry ice or liquid nitrogen and is injected at one or more places in the enclosure 2.
  • This enclosure 2 is associated with a conveyor 6 of the conventional type, allowing the introduction of the articles A into the enclosure 2 and their extraction and operating either sequentially or continuously.
  • the installation comprises means 10 for controlling its operation.
  • control module 12 for controlling the flow rate of the cryogenic fluid 4.
  • the control module 12 is constituted by solenoid valve systems or proportional valves of conventional type, arranged on the line 5 for supplying cryogenic fluid. 4.
  • the installation also comprises in the means 10 for controlling its operation, a module 14 of human-machine interface allowing the determination of operating parameters of the data storage means formed by a storage unit 15 , here of the hard disk type, and a correction module 16 connected to the sensors 8a and 8b, to the module 14 and to the unit 15. 6
  • the installation has several adjustment parameters, namely the temperature profile in the enclosure, the residence time of the items in enclosure 2 or the speed of unwinding of the conveyor 6, and the inlet temperature of items A.
  • the installation also comprises a gas ventilation system controlling the gas flows and the ventilation of the atmosphere of the enclosure 2 and the means 10 are adapted to control them.
  • the ventilation system is made up of specific fans enabling gas to speed up, fans controlling gas recirculation and a combination of fans and movable doors controlling the balance between the air inlets and the gas outlets.
  • the operating parameters also include parameters for adjusting the ventilation system, the control of intermediate partitions; etc.
  • the installation described also has variables characteristic of its operation such as the outlet temperature of the articles A at the heart and / or at the surface, the consumption of fluid 4 or even the enthalpy variation of the articles A.
  • This method firstly comprises a step 18 of determining a value and / or a range of validity values for operating parameters forming a modular set of operating parameters.
  • An operator can thus manually define validity ranges for some of the operating parameters of the installation forming the modular assembly.
  • this step allows you to manually define an initial temperature range for the articles A to be treated, ranging from + 90 ° C to -
  • a residence time of the articles A in the enclosure 2 ranging from 200 to 400 seconds and a loading rate of the conveyor belt
  • Step 18 also makes it possible to determine a step increment for scanning the ranges of validity of each parameter of the modular assembly.
  • the operating parameters for which a validity range is determined during step 18 may be parameters for adjusting the installation as well as variables characteristic of the operation and in particular the temperature of the articles A leaving the enclosure 2.
  • Some of the operating parameters of the installation are set automatically and are invariant, such as, for example, the operating parameters arising from the nature of the articles A and from the nature of the installation, for example the enthalpy capacity of the articles A, the dimensions of the enclosure 2, or even the nature of the cryogenic fluid 4 used.
  • step 18 is adapted to automatically limit the importance of the ranges of validity value, in order to limit the importance of the calculations to be performed.
  • this automatic limitation is performed as a function of the time available and the calculation speed of the processor implementing the method of the invention and of the modular assembly.
  • certain operating parameters can be fixed at an invariable value during this step 18.
  • the method then comprises a step 20 of simulating the operation of the installation on the basis of thermodynamic and physical characteristics of the enclosure 2 and of the articles A to be treated, and of adjustment parameters to obtain a complete set of operating parameters comprising parameters of adjustment and variables characteristic of the operation of the installation.
  • This step 20 implements, in known manner, numerical simulation calculations based in particular on modeling of the articles to be treated as well as of the treatment enclosure 2.
  • This step 20 is carried out by automatic computers such as computers, neural networks or the like.
  • this simulation step 20 delivers the temperature profile inside the enclosure 2, and from this, the thermal profile of the articles treated and therefore their surface temperature and their temperature at heart (we are therefore able to deduce from this all an average temperature within the products).
  • results delivered at the end of this simulation step 20 are recorded during a memorization step 22 in the form of a matrix or any other data structure, containing all of the operating parameters, ie parameters of characteristic operating settings and quantities.
  • the method then includes a step 24 of testing the operating parameters to see if all the combinations authorized for the modular assembly as determined during step 18, have been implemented.
  • the method then comprises a step 26 of modification in turn of one of the operating parameters, as a function of the increments and of the ranges of validity determined during the 'step 18.
  • the parameters are therefore modified successively, individually or in groups.
  • the method thus comprises a cycle 30 of automatic repetition of the simulation step 20 comprising the simulation steps 20, 22 of recording, 24 of testing and 26 of modification.
  • Cycle 30 makes it possible to automatically carry out step 20 of simulation for all the combinations of authorized values of operating parameters included in the modular assembly defined during step 18.
  • the automatic repeat cycle 30 is interrupted when the step
  • test step 24 detects that all the combinations have been implemented by the simulation step 20. For example, test step 24 detects that all the operating parameters of the modular assembly have been brought to their limit value.
  • All the complete sets of operating parameters obtained at the end of the automatic repeating cycle 30 are thus memorized 9 in a data structure and form an operating map listing a large number of operating points.
  • these steps are implemented when ordering an installation from the supplier so that the operating map is delivered at the same time as the thermal cooling installation.
  • the method as described therefore makes it possible to automatically obtain an operating map of an installation for a type of article so that an operator can easily determine manually the corrections to be made to a set of recycling parameters to adapt variations in operating conditions by consulting this mapping.
  • corrections can also be carried out automatically by means of a second part of the method described with reference to FIG. 2b.
  • This part of the method can be implemented directly after the part described with reference to FIG. 2a or even later, for example, during the operation of a thermal cooling installation requiring an adjustment of the operating parameters.
  • This second part of the method comprises a step 40 of determining a value and / or a range of set values for operating parameters of the installation forming a set of set points.
  • an operator manually defines values or range of set values for operating parameters of the installation such as for example the loading rate of the conveyor belt 6, or also the residence time. in enclosure 2.
  • an operator can in particular determine strict instructions for operating parameters which he does not wish 10 modify and wider ranges of values for operating parameters on which it wishes to intervene.
  • certain set values are determined by experimental measurements.
  • Infra-Red sensors make it possible to measure the initial temperature of the articles to be treated.
  • the method then comprises a step 42 of automatic comparison of the set of instructions defined during step 40 with the operating map delivered at the end of the automatic repetition cycle 30 to obtain one or more complete sets of operating parameters. including the set of instructions.
  • This step 42 of automatic comparison is based on a compilation of the data structure comprising the operational mapping from the set of instructions and is implemented by conventional means of processing databases such as computers, processors calculations and neural networks.
  • this step 42 comprises an interpolation between the matrices forming the operating mapping in order to arrive at a complete set of operating parameters comprising the set of instructions.
  • the method of the invention therefore delivers at the end of step 42 one or more sets of operating parameters comprising the set of instructions.
  • the method finally comprises a step 44 for automatically determining a set of optimum operating parameters from the set or sets of operating parameters delivered at the end of the comparison step 42.
  • this step 44 is adapted to take into account information on yield, cost or even energy consumption in order to determine whether one of the complete sets of operating parameters is advantageous compared to the others.
  • This second part of the method of the invention thus makes it possible to automatically determine a set of operating parameters making it possible to adapt to variations in operating conditions.
  • the operator can determine strict instructions on the temperature of entry and exit of articles and a larger set point on the flow rate of the fluid to be injected into the enclosure 2 so as to obtain at the end of step 42 and advantageously 44 a complete set of operating parameters comprising the inlet and outlet temperatures of the articles as specified and a fluid flow rate suitable for carrying out the treatment.
  • the method of the invention can be implemented by one or more computer programs or any other suitable software means executed by computers such as computers.
  • the method of the invention can be implemented by two different computer programs, a first program comprising code instructions adapted for the implementation of the first part of the method, as described with reference to FIG. 2a, comprising step 18 of determining the modular set of operating parameters and the repetition cycle 30 of step 20 of simulation.
  • a program makes it possible to automatically obtain an operating map as defined above.
  • a second computer program for determining operating parameters then includes code instructions suitable for implementing at least steps 40 of determining the set of instructions and 42 for automatically comparing the set of instructions with the mapping of operation in order to deliver one or more complete sets of operating parameters comprising the set of instructions.
  • this program also allows the implementation of step 44 defined above.
  • the method of the invention can be implemented by an installation for thermal cooling of articles, such as the installation described with reference to FIG. 1. 12
  • the unit 15 provides access to an operating map obtained using the method of the invention as described with reference to FIG. 2a, and being for example in the form of a database .
  • the man-machine interface module 14 allows the implementation of step 40 of determination of a set of instructions by an operator.
  • step 40 of determining a set of set points is also implemented by means of the sensors 8a and 8b which respectively deliver estimates of the inlet and outlet temperature of the articles A forming instructions.
  • the correction module 16 or even a computer program stored in a storage medium accessible thanks to the unit 15, is suitable for the implementation of step 42 of automatic comparison and advantageously of step 44 of automatic determination of '' a full set of optimal operating parameters.
  • the implementation of the method of the invention thus makes it possible to obtain at least one set of operating parameters comprising the set of instructions.
  • the correction module 16 compares this set of parameters with the parameters implemented on the installation in order to determine the corrections to be made in particular to the adjustment parameters of the installation.
  • corrections can be applied automatically by the module 16, in particular to the module 12 for controlling the flow of cryogenic fluid 4.
  • the installation comprising an operating map obtained thanks to the first part of the method of the invention and adapted for the implementation of the second part of the method of the invention, makes it possible to easily and automatically determine the corrections to make to the operating parameters of the installation to follow a set of instructions.

Landscapes

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Abstract

Un procédé de détermination de profiles thermiques d'articles en sortie d'une installation de refroidissement cryogénique, comprenant une étape (18) de détermination d'une valeur et/ou d'une plage de valeurs de validité pour des paramètres de fonctionnement de l'installation ; une étape (20) de simulation du fonctionnement de l'installation pour obtenir un ensemble complet de paramètres de fonctionnement comprenant des paramètres de réglage et des grandeurs caractéristiques du fonctionnement de l'installation, ladite étape (20) de simulation délivrant un profil thermique des articles (A) traités comprenant au moins une température en surface et une température à coeur de ceux-ci ; un cycle (30) de répétition automatique de l'étape (20) de simulation pour toutes les valeurs autorisées des paramètres de fonctionnement de l'ensemble modulable pour obtenir une cartographie de fonctionnement de l'installation.

Description

DEMANDE DE BREVET pour :
Procédé de détermination de profiles thermiques de produits alimentaires en sortie d'équipement cryogénique et installation de refroidissement correspondante.
Au nom de : L'AIR LIQUIDE. SOCIETE ANONYME A DIRECTOIRE ET CONSEIL DE SURVEILLANCE POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE
Invention de : DELPUECH Bernard
ABREGE DU CONTENU TECHNIQUE DE L'INVENTION
Un procédé de détermination de profiles thermiques d'articles en sortie d'une installation de refroidissement cryogénique, ce procédé comprenant :
- une étape (18) de détermination d'une valeur et/ou d'une plage de valeurs de validité pour des paramètres de fonctionnement de l'installation formant un ensemble modulable de paramètres de fonctionnement ;
- une étape (20) de simulation du fonctionnement de l'installation à partir de caractéristiques thermodynamiques et physiques de l'enceinte (2) et des articles (A) et de paramètres de réglage de l'installation pour obtenir un ensemble complet de paramètres de fonctionnement comprenant des paramètres de réglage et des grandeurs caractéristiques du fonctionnement de l'installation, ladite étape (20) de simulation délivrant un profil thermique des articles (A) traités comprenant au moins une température en surface et une température à cœur de ceux-ci ; - un cycle (30) de répétition automatique de l'étape (20) de simulation pour toutes les valeurs autorisées des paramètres de fonctionnement de l'ensemble modulable pour obtenir pour chaque simulation, un ensemble complet de paramètres de fonctionnement formant une cartographie de fonctionnement de l'installation. 1
Procédé de détermination de profiles thermiques de produits alimentaires en sortie d'équipement cryogénique et installation de refroidissement correspondante.
La présente invention est relative à un procédé de détermination (prédiction) de profiles thermiques de produits, notamment alimentaires, en sortie d'équipement cryogénique et à une installation de refroidissement correspondante.
L'invention s'applique notamment aux installations de surgélation d'articles alimentaires.
Les installations connues de surgélation de produits alimentaires comportent, par exemple, une enceinte ou tunnel cryogénique, de surgélation traversé de part en part par un convoyeur à bandes sur lequel sont déposés des articles à congeler, le convoyeur circulant en continu ou séquentiellement au travers du tunnel de surgélation.
Une telle enceinte cryogénique utilise un fluide inerte à basse température qui échange de la chaleur directement par contact avec les articles à surgeler.
De manière classique, le fluide utilisé comme vecteur de froid est la neige carbonique (-80°C), l'air liquide ou l'azote liquide (-196°C). La neige carbonique permet le transport de produits frais ou surgelés sans crainte de rupture de la chaîne de froid. L'azote et l'air liquide permettent soit la surgélation individualisée de produits alimentaires, soit le durcissement de produits fragiles, déformables ou collants (du type crème glacée ...).
L'ensemble des paramètres de fonctionnement des installations est couramment appelé une recette et est défini de manière expérimentale. Une recette comprend les paramètres de réglage d'une installation pour une production donnée ainsi que des grandeurs caractéristiques du fonctionnement et notamment la température de sortie des articles.
Si l'on examine le système constitué de l'enceinte et de la charge d'articles, plusieurs paramètres peuvent influer sur la température des articles en sortie : le débit de production qui, pour un taux de chargement donné, implique une variation du temps de séjour dans l'enceinte, le débit du fluide qui agit sur le 2 profil des températures, la température d'entrée des articles, le profil convectif de l'enceinte, et le taux de chargement.
Le système est donc un système multivariables et les procédés de détermination de paramètres existants requièrent des calculs complexes. Les procédés de détermination de recettes comprennent généralement une étape de simulation automatique du fonctionnement de l'installation à partir des caractéristiques thermodynamiques et physiques de l'enceinte et des articles et des paramètres de réglage pour obtenir un ensemble complet de paramètres de fonctionnement comprenant des paramètres de réglage et des grandeurs caractéristiques du fonctionnement de l'installation.
Cette étape de simulation est répétée manuellement en modifiant certains des paramètres de manière empirique et en fonction de l'expérience de l'opérateur, afin de définir une ou plusieurs recettes de fonctionnement qui seront ensuite validées et ajustées à l'aide de tests et d'essais destructifs. II apparaît donc que les recettes déterminées selon les procédés de détermination classiques requièrent des opérateurs expérimentés et des essais destructifs.
Ainsi, un nombre limité de recettes est déterminé et si les conditions de production viennent à varier, l'utilisateur de l'installation n'a que très peu d'autonomie et doit se limiter à des corrections empiriques validées par des essais destructifs.
La présente invention vise à remédier à ces problèmes en proposant un procédé de détermination (prédiction) de profiles thermiques de produits, notamment alimentaires, en sortie d'équipement cryogénique. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de détermination de profiles thermiques d'articles, notamment alimentaires, en sortie d'une installation de refroidissement cryogénique, installation comprenant une enceinte de traitement traversée par lesdits articles entre une entrée et une sortie et utilisant un fluide de refroidissement, ce procédé comprenant : - une étape de détermination d'une valeur et/ou d'une plage de valeurs de validité pour des paramètres de fonctionnement de l'installation formant un ensemble modulable de paramètres de fonctionnement ;
- une étape de simulation du fonctionnement de l'installation à partir de caractéristiques thermodynamiques et physiques de l'enceinte et des articles et 3 de paramètres de réglage de l'installation pour obtenir un ensemble complet de paramètres de fonctionnement comprenant des paramètres de réglage et des grandeurs caractéristiques du fonctionnement de l'installation, ladite étape de simulation délivrant un profil thermique des articles traités comprenant au moins une température en surface et une température à cœur de ceux-ci ;
- un cycle de répétition automatique de l'étape de simulation pour toutes les valeurs autorisées des paramètres de fonctionnement de l'ensemble modulable pour obtenir pour chaque simulation, un ensemble complet de paramètres de fonctionnement formant une cartographie de fonctionnement de l'installation.
Suivant d'autres caractéristiques :
- ladite étape de simulation délivre un profil thermique des températures à l'intérieur de ladite enceinte de traitement ;
- ledit cycle de répétition automatique comporte une étape d'enregistrement de chaque ensemble complet de paramètres de fonctionnement délivré par ladite étape de simulation, dans une structure de données, afin de former ladite cartographie de fonctionnement ;
- ledit cycle de répétition automatique comporte à chaque itération, une étape de modification automatique d'un ou plusieurs paramètres de fonctionnement dudit ensemble modulable des paramètres de fonctionnement ;
- ladite étape de détermination dudit ensemble modulable est adaptée pour limiter automatiquement l'importance desdites plages de valeurs de validité en fonction des ressources matérielles disponibles pour la mise en œuvre dudit procédé ; - il comporte en outre :
- une étape de détermination d'une valeur et/ou d'une plage de valeurs de consignes pour des paramètres de fonctionnement formant un ensemble de consignes ; et
- une étape de comparaison automatique dudit ensemble de consignes avec ladite cartographie de fonctionnement de l'installation, pour obtenir un ou plusieurs ensembles complets de paramètres de fonctionnement comprenant paramètres de réglage et grandeurs caractéristiques du fonctionnement de l'installation, ce ou ces ensembles complets de paramètres comprenant ledit ensemble de consignes ; 4
- ladite étape de détermination dudit ensemble de consignes est adaptée pour la détermination automatique d'au moins une consigne à partir de mesures physiques ;
- ladite étape de comparaison automatique comprend une interpolation entre des ensembles complets de paramètres de fonctionnement formant ladite cartographie afin de délivrer au moins un ensemble complet de paramètres de fonctionnement comprenant ledit ensemble de consignes ;
- il comporte en outre une étape de détermination automatique d'un ensemble complet de paramètres de fonctionnement optimal parmi le ou les ensembles complets de paramètres de fonctionnement délivrés par ladite étape de comparaison automatique.
L'invention a également pour objet une installation de refroidissement thermique d'articles comprenant une enceinte de traitement traversée par lesdits articles entre une entrée et une sortie et utilisant un fluide de refroidissement, comprenant au moins des moyens de pilotage de son fonctionnement associés à des moyens de stockage de données, caractérisée en ce que lesdits moyens de stockage comportent une cartographie de fonctionnement de ladite installation déterminée par un procédé tel que décrit précédemment et en ce que ladite installation est adaptée pour la mise en œuvre d'un procédé de détermination de paramètres de fonctionnement tel que décrit précédemment.
Suivant encore d'autres caractéristiques de cette installation :
- elle comporte en outre des moyens de mesure de paramètres de fonctionnement permettant la détermination de tout ou partie de l'ensemble de consignes tel que déterminé lors de la mise en œuvre du procédé ; - elle comporte des moyens d'interface homme-machine permettant la détermination de tout ou partie de l'ensemble de consignes tel que déterminé lors de la mise en œuvre du procédé.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Fig.1 représente un schéma synoptique illustrant une installation de refroidissement ;
- la Fig.2a est un organigramme d'une première partie du procédé de l'invention ; et 5
- la Fig.2b est un organigramme d'une seconde partie du procédé de l'invention.
Sur la figure 1 , on a représenté une installation classique de traitement d'articles alimentaires, pour laquelle des paramètres de fonctionnement sont déterminés par un procédé selon l'invention.
Cette installation comprend une enceinte ou tunnel cryogénique 2, de type classique, permettant la congélation d'articles alimentaires A par leur mise en présence avec un fluide cryogénique 4 véhiculé par une ligne d'alimentation 5, à partir d'une source quelconque. Par exemple, l'enceinte 2 a la forme d'un parallélépipède rectangle.
Comme cela a été dit précédemment, le fluide cryogénique 4 utilisé peut être par exemple, de la neige carbonique ou de l'azote liquide et est injecté en un ou plusieurs endroits de l'enceinte 2.
Cette enceinte 2 est associée à un convoyeur 6 de type classique, permettant l'introduction des articles A dans l'enceinte 2 et leur extraction et fonctionnant soit de manière séquentielle, soit de manière continue.
Dans le mode de réalisation décrit l'installation comprend des moyens
8 de mesure de paramètres de fonctionnement réalisés, par exemple, sous la forme de deux capteurs Infra-Rouge 8a et 8b disposés respectivement en entrée et en sortie de l'enceinte 2 afin d'obtenir une estimation de l'évolution de la température des articles A.
Par ailleurs, l'installation comporte des moyens 10 de pilotage de son fonctionnement.
Ces moyens comportent un module 12 de commande du débit du fluide cryogénique 4. Par exemple, le module 12 de commande est constitué par des systèmes d'électrovannes ou des vannes proportionnelles de type classique, disposés sur la ligne 5 d'alimentation en fluide cryogénique 4.
Selon l'invention, l'installation comporte également dans les moyens 10 de pilotage de son fonctionnement, un module 14 d'interface homme-machine permettant la détermination de paramètres de fonctionnement des moyens de stockage de données formés d'une unité 15 de stockage, ici de type disque dur, et un module 16 de correction relié aux capteurs 8a et 8b, au module 14 et à l'unité 15. 6
L'installation présente plusieurs paramètres de réglage, à savoir le profil des températures dans l'enceinte, le temps de séjour des articles dans l'enceinte 2 ou la vitesse de déroulement du convoyeur 6, et la température d'entrée des articles A. Avantageusement, l'installation comporte également un système de ventilation de gaz contrôlant les flux de gaz et la ventilation de l'atmosphère de l'enceinte 2 et les moyens 10 sont adaptés pour les contrôler.
Par exemple, le système de ventilation est composé de ventilateurs spécifiques permettant la mise en vitesse des gaz, de ventilateurs contrôlant la recirculation des gaz et d'une combinaison entre des ventilateurs et des portes mobiles contrôlant la balance entre les entrées d'air et les sorties de gaz.
Dans un tel mode de réalisation, les paramètres de fonctionnement incluent également des paramètres de réglage du système de ventilation, le contrôle de cloisons intermédiaires ; etc.. L'installation décrite présente également des grandeurs caractéristiques de son fonctionnement telles que la température de sortie des articles A à cœur et/ou en surface, la consommation en fluide 4 ou encore la variation enthalpique des articles A.
En référence aux figures 2a et 2b, on va maintenant décrire un organigramme général du procédé selon l'invention.
Ce procédé comporte tout d'abord une étape 18 de détermination d'une valeur et/ou d'une plage de valeur de validité pour des paramètres de fonctionnement formant un ensemble modulable de paramètres de fonctionnement. Un opérateur peut ainsi définir manuellement des plages de validité pour certains des paramètres de fonctionnement de l'installation formant l'ensemble modulable. Par exemple, cette étape permet de définir manuellement une plage de température initiale des articles A à traiter s'étendant de + 90° C à -
5 ° C, une plage de température finale stabilisée des articles s'étendant de + 90° C à - 50° C, une plage de température de régulation de l'enceinte s'étendant de
- 20° C à - 140° C, un temps de séjour des articles A dans l'enceinte 2 s'étendant de 200 à 400 secondes et un taux de chargement du tapis convoyeur
6 de 50 à 60 %. 7
L'étape 18 permet également de déterminer un incrément de pas pour le balayage des plages de validité de chaque paramètre de l'ensemble modulable.
Les paramètres de fonctionnement pour lesquels une plage de validité est déterminée lors de l'étape 18 peuvent être des paramètres de réglage de l'installation ainsi que des grandeurs caractéristiques du fonctionnement et notamment la température des articles A en sortie de l'enceinte 2.
Certains des paramètres de fonctionnement de l'installation sont fixés de manière automatique et sont invariants, comme par exemple, les paramètres de fonctionnement découlant de la nature des articles A et de la nature de l'installation, soit par exemple la capacité enthalpique des articles A, les dimensions de l'enceinte 2, ou encore la nature du fluide cryogénique 4 utilisé.
Avantageusement, en fonction des moyens de calcul disponibles pour la mise en œuvre du procédé, l'étape 18 est adaptée pour limiter automatiquement l'importance des plages de valeur de validité, afin de limiter l'importance des calculs à réaliser.
Par exemple, cette limitation automatique est réalisée en fonction du temps disponible et de la vitesse de calcul du processeur mettant en œuvre le procédé de l'invention et de l'ensemble modulable. Bien entendu, certains paramètres de fonctionnement peuvent être fixés à une valeur invariable au cours de cette étape 18.
Le procédé comporte ensuite une étape 20 de simulation du fonctionnement de l'installation à partir de caractéristiques thermodynamiques et physiques de l'enceinte 2 et des articles A à traiter, et de paramètres de réglage pour obtenir un ensemble complet de paramètres de fonctionnement comprenant paramètres de réglage et grandeurs caractéristiques du fonctionnement de l'installation.
Cette étape 20 met en œuvre de manière connue des calculs numériques de simulation fondés notamment sur des modélisations des articles à traiter ainsi que de l'enceinte 2 de traitement. Cette étape 20 est réalisée par des calculateurs automatiques tels qu'ordinateurs, réseaux de neurones ou autre.
Elle permet notamment d'obtenir, à partir des paramètres de réglage de l'installation et des caractéristiques thermodynamiques et physiques des articles A et de l'enceinte 2, des grandeurs caractéristiques du fonctionnement de 8 l'installation et notamment une prédiction de la température des articles A en sortie de l'enceinte 2.
Dans le mode de réalisation décrit, cette étape 20 de simulation délivre, le profil des températures à l'intérieur de l'enceinte 2, et à partir de cela, le profil thermique des articles traités et donc leur température en surface et leur température à cœur (on est donc en mesure à partir de tout cela d'en déduire une température moyenne au sein des produits).
Les résultats délivrés à l'issue de cette étape 20 de simulation sont enregistrés lors d'une étape 22 de mémorisation sous la forme d'une matrice ou de tout autre structure de données, reprenant l'ensemble des paramètres de fonctionnement, soit paramètres de réglage et grandeurs caractéristiques du fonctionnement.
Le procédé comporte ensuite une étape 24 de test des paramètres de fonctionnement pour voir si toutes les combinaisons autorisées pour l'ensemble modulable tel que déterminé lors de l'étape 18, ont été mises en œuvre.
Dans le cas où tous les paramètres de fonctionnement sont dans les plages de validité, le procédé comporte ensuite une étape 26 de modification tour à tour de l'un des paramètres de fonctionnement, en fonction des incréments et des plages de validité déterminés lors de l'étape 18. Les paramètres sont donc modifiés successivement, individuellement ou encore par groupes.
Le procédé comporte ainsi un cycle 30 de répétition automatique de l'étape 20 de simulation comprenant les étapes 20 de simulation, 22 d'enregistrement, 24 de test et 26 de modification. Le cycle 30 permet de réaliser automatiquement l'étape 20 de simulation pour toutes les combinaisons de valeurs autorisées de paramètres de fonctionnement comprises dans l'ensemble modulable défini lors de l'étape 18.
Le cycle 30 de répétition automatique est interrompu lorsque l'étape
24 de test détecte que toutes les combinaisons ont été mises en œuvre par l'étape 20 de simulation. Par exemple, l'étape 24 de test détecte que tous les paramètres de fonctionnement de l'ensemble modulable ont été amenés à leur valeur limite.
Tous les ensembles complets de paramètres de fonctionnement obtenus à l'issue du cycle 30 de répétition automatique sont ainsi mémorisés 9 dans une structure de données et forment une cartographie de fonctionnement répertoriant un nombre important de points de fonctionnement.
Au vu des ressources de calcul et du temps nécessaire pour la réalisation du cycle 30 de répétition, il est préférable de mettre en œuvre ces étapes du procédé en temps différé.
Par exemple, ces étapes sont mises en œuvre lors de la commande d'une installation au fournisseur de sorte que la cartographie de fonctionnement est délivrée en même temps que l'installation de refroidissement thermique.
Bien entendu, il convient de réaliser une cartographie de fonctionnement différente pour chaque installation et pour chaque type d'articles à traiter.
Le procédé tel que décrit permet donc d'obtenir automatiquement une cartographie de fonctionnement d'une installation pour un type d'article de sorte qu'un opérateur peut aisément déterminer manuellement des corrections à apporter à un ensemble de paramètres de recyclage pour s'adapter à des variations de conditions de fonctionnement en consultant cette cartographie.
La détermination de telles corrections peut également être réalisée de manière automatique grâce à une seconde partie du procédé décrite en référence à la figure 2b. Cette partie du procédé peut être mise en œuvre directement après la partie décrite en référence à la figure 2a ou encore ultérieurement, par exemple, lors de l'exploitation d'une installation de refroidissement thermique nécessitant un ajustement des paramètres de fonctionnement.
Cette seconde partie du procédé comporte une étape 40 de détermination d'une valeur et/ou d'une plage de valeurs de consigne pour des paramètres de fonctionnement de l'installation formant un ensemble de consignes.
Par exemple, au cours de cette étape 40, un opérateur définit manuellement des valeurs ou plage de valeurs de consigne pour des paramètres de fonctionnement de l'installation tels que par exemple le taux de chargement du tapis convoyeur 6, ou encore le temps de séjour dans l'enceinte 2.
Lors de cette étape 40, un opérateur peut notamment déterminer des consignes strictes pour des paramètres de fonctionnement qu'il ne souhaite pas 10 modifier et des plages de valeurs plus larges pour des paramètres de fonctionnement sur lesquels il souhaite intervenir.
Avantageusement, certaines valeurs de consigne sont déterminées par des mesures expérimentales. Par exemple, des capteurs Infra-Rouge permettent de mesurer la température initiale des articles à traiter.
Le procédé comporte ensuite une étape 42 de comparaison automatique de l'ensemble de consignes défini lors de l'étape 40 avec la cartographie de fonctionnement délivrée à l'issue du cycle 30 de répétition automatique pour obtenir un ou plusieurs ensembles complets de paramètres de fonctionnement comprenant l'ensemble de consignes.
Cette étape 42 de comparaison automatique est fondée sur une compilation de la structure de données comprenant la cartographie de fonctionnement à partir de l'ensemble de consignes et est mise en œuvre par des moyens classiques de traitement de bases de données tels qu'ordinateurs, processeurs de calculs et réseaux de neurones.
Avantageusement, cette étape 42 comprend une interpolation entre les matrices formant la cartographie de fonctionnement afin d'aboutir à un ensemble complet de paramètres de fonctionnement comprenant l'ensemble de consignes. Le procédé de l'invention délivre donc à l'issue de l'étape 42 un ou plusieurs ensembles de paramètres de fonctionnement comprenant l'ensemble de consignes.
Avantageusement, le procédé comporte enfin une étape 44 de détermination automatique d'un ensemble de paramètres de fonctionnement optimum à partir du ou des ensembles de paramètres de fonctionnement délivrés à l'issue de l'étape 42 de comparaison.
Par exemple, cette étape 44 est adaptée pour prendre en compte des informations de rendement, de coût ou encore de consommation d'énergie afin de déterminer si l'un des ensembles complets de paramètres de fonctionnement est avantageux par rapport aux autres.
Cette seconde partie du procédé de l'invention permet ainsi de déterminer automatiquement un ensemble de paramètres de fonctionnement permettant de s'adapter à des variations de conditions de fonctionnement. 11
Par exemple, si pour des raisons quelconques la température des articles en entrée de l'enceinte 2 est plus élevée que prévue, l'opérateur peut déterminer des consignes strictes sur la température d'entrée et de sortie des articles et une consigne plus large sur le débit du fluide à injecter dans l'enceinte 2 de manière à obtenir à l'issue de l'étape 42 et avantageusement 44 un ensemble complet de paramètres de fonctionnement comprenant les températures d'entrée et de sortie des articles telles que spécifiées et un débit de fluide adapté pour la réalisation du traitement.
Le procédé de l'invention peut être mis en œuvre par un ou plusieurs programmes informatiques ou tout autre moyen logiciel adapté exécuté par des calculateurs tels que des ordinateurs.
Notamment, le procédé de l'invention peut être mis en œuvre par deux programmes informatiques différents, un premier programme comprenant des instructions de code adaptées pour la mise en œuvre de la première partie du procédé, telle que décrite en référence à la figure 2a, comprenant l'étape 18 de détermination de l'ensemble modulable de paramètres de fonctionnement et le cycle 30 de répétition de l'étape 20 de simulation. Un tel programme permet d'obtenir automatiquement une cartographie de fonctionnement telle que définie précédemment. Un second programme informatique de détermination de paramètres de fonctionnement comprend alors des instructions de code adaptées pour la mise en œuvre au moins des étapes 40 de détermination de l'ensemble de consignes et 42 de comparaison automatique de l'ensemble de consignes avec la cartographie de fonctionnement afin de délivrer un ou plusieurs ensembles complets de paramètres de fonctionnement comprenant l'ensemble de consignes. Avantageusement, ce programme permet également la mise en œuvre de l'étape 44 définie précédemment.
Ces deux programmes informatiques peuvent être mis en œuvre sur des sites distants et indépendants l'un de l'autre, par exemple le premier sur le site de fabrication de l'installation et le second sur le site d'utilisation de l'installation.
Ainsi, le procédé de l'invention peut être mis en œuvre par une installation de refroidissement thermique d'articles, telle que l'installation décrite en référence à la figure 1. 12 Dans cette installation, l'unité 15 permet d'accéder à une cartographie de fonctionnement obtenue grâce au procédé de l'invention tel que décrit en référence à la figure 2a, et se présentant par exemple sous la forme d'une base de données. Dans cette installation, le module 14 d'interface homme-machine permet la mise en œuvre de l'étape 40 de détermination d'un ensemble de consigne par un opérateur.
Dans le mode de réalisation décrit, l'étape 40 de détermination d'un ensemble de consigne est également mise en œuvre par le biais des capteurs 8a et 8b qui délivrent respectivement des estimations de la température d'entrée et de sortie des articles A formant des consignes.
Le module 16 de correction ou encore un programme informatique stocké dans un support de stockage accessible grâce à l'unité 15, est adapté pour la mise en œuvre de l'étape 42 de comparaison automatique et avantageusement de l'étape 44 de détermination automatique d'un ensemble complet de paramètres de fonctionnement optimal.
La mise en œuvre du procédé de l'invention permet ainsi d'obtenir au moins un ensemble de paramètres de fonctionnement comprenant l'ensemble de consignes. Le module 16 de correction compare ensuite cet ensemble de paramètres avec les paramètres mis en œuvre sur l'installation afin de déterminer les corrections à apporter notamment aux paramètres de réglage de l'installation.
En outre, les corrections peuvent être appliquées automatiquement par le module 16 notamment au module 12 de commande du débit de fluide cryogénique 4.
Il apparaît donc que l'installation comprenant une cartographie de fonctionnement obtenue grâce à la première partie du procédé de l'invention et adaptée pour la mise en œuvre de la seconde partie du procédé de l'invention, permet de déterminer aisément et automatiquement les corrections à apporter aux paramètres de fonctionnement de l'installation pour suivre un ensemble de consignes.

Claims

13REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination de profiles thermiques d'articles (A), notamment alimentaires, en sortie d'une installation de refroidissement cryogénique, installation comprenant une enceinte de traitement (2) traversée par lesdits articles (A) entre une entrée et une sortie et utilisant un fluide cryogénique de refroidissement (4), ce procédé comprenant :
- une étape (18) de détermination d'une valeur et/ou d'une plage de valeurs de validité pour des paramètres de fonctionnement de l'installation formant un ensemble modulable de paramètres de fonctionnement ; - une étape (20) de simulation du fonctionnement de l'installation à partir de caractéristiques thermodynamiques et physiques de l'enceinte (2) et des articles (A) et de paramètres de réglage de l'installation pour obtenir un ensemble complet de paramètres de fonctionnement comprenant des paramètres de réglage et des grandeurs caractéristiques du fonctionnement de l'installation, ladite étape (20) de simulation délivrant un profil thermique des articles (A) traités comprenant au moins une température en surface et une température à cœur de ceux-ci ;
- un cycle (30) de répétition automatique de l'étape (20) de simulation pour toutes les valeurs autorisées des paramètres de fonctionnement de l'ensemble modulable pour obtenir pour chaque simulation, un ensemble complet de paramètres de fonctionnement formant une cartographie de fonctionnement de l'installation.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite étape (20) de simulation délivre un profil thermique des températures à l'intérieur de ladite enceinte de traitement (2).
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit cycle (30) de répétition automatique comporte une étape (22) d'enregistrement de chaque ensemble complet de paramètres de fonctionnement délivré par ladite étape (20) de simulation, dans une structure de données, afin de former ladite cartographie de fonctionnement.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit cycle (30) de répétition automatique comporte à chaque itération, une étape (26) de modification automatique d'un ou plusieurs 14 paramètres de fonctionnement dudit ensemble modulable des paramètres de fonctionnement.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite étape (18) de détermination dudit ensemble modulable est adaptée pour limiter automatiquement l'importance desdites plages de valeurs de validité en fonction des ressources matérielles disponibles pour la mise en œuvre dudit procédé.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - une étape (40) de détermination d'une valeur et/ou d'une plage de valeurs de consignes pour des paramètres de fonctionnement formant un ensemble de consignes ; et
- une étape (42) de comparaison automatique dudit ensemble de consignes avec ladite cartographie de fonctionnement de l'installation, pour obtenir un ou plusieurs ensembles complets de paramètres de fonctionnement comprenant paramètres de réglage et grandeurs caractéristiques du fonctionnement de l'installation, ce ou ces ensembles complets de paramètres comprenant ledit ensemble de consignes.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite étape (40) de détermination dudit ensemble de consignes est adaptée pour la détermination automatique d'au moins une consigne à partir de mesures physiques.
8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ladite étape (42) de comparaison automatique comprend une interpolation entre des ensembles complets de paramètres de fonctionnement formant ladite cartographie afin de délivrer au moins un ensemble complet de paramètres de fonctionnement comprenant ledit ensemble de consignes.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape (44) de détermination automatique d'un ensemble complet de paramètres de fonctionnement optimal parmi le ou les ensembles complets de paramètres de fonctionnement délivrés par ladite étape (42) de comparaison automatique. 15
10. Installation de refroidissement thermique d'articles (A) comprenant une enceinte de traitement (2) traversée par lesdits articles (A) entre une entrée et une sortie et utilisant un fluide de refroidissement (4), comprenant au moins des moyens (10) de pilotage de son fonctionnement associés à des moyens de stockage de données (15), caractérisée en ce que lesdits moyens de stockage (15) comportent une cartographie de fonctionnement de ladite installation déterminée par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et en ce que ladite installation est adaptée pour la mise en œuvre d'un procédé de détermination de paramètres de fonctionnement, selon l'une quelconque des revendications 6 à 9.
11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens (8) de mesure de paramètres de fonctionnement permettant la détermination de tout ou partie de l'ensemble de consignes tel que déterminé lors de la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9.
12. Installation selon l'une quelconque des revendications 10 et 11 , caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (14) d'interface homme-machine permettant la détermination de tout ou partie de l'ensemble de consignes tel que déterminé lors de la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9.
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