FR2959139A1 - METHOD FOR CONTROLLING THE OPERATION OF MIXER OR MILL TYPE SPEAKERS - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une méthode de régulation d'un procédé de refroidissement d'une masse de produit contenue dans une enceinte, enceinte de type mélangeur, malaxeur, broyeur ou encore pétrin, le refroidissement étant obtenu par mise en contact de la masse de produit avec un liquide cryogénique, la méthode se caractérisant en ce qu'elle prend en compte au moins les trois paramètres suivants : - l'ampérage pris par le moteur d'agitation du contenu de l'enceinte, - la température du produit ; et - la température des gaz dans l'enceinte, l'ampérage étant un paramètre couperet, par le fait que le régulateur arrête le cycle de refroidissement et coupe l'injection de cryogène quand sa consigne est atteinte, quelles que soient les valeurs des deux autres paramètres de température de produit et température des gaz dans l'enceinte.The invention relates to a method for regulating a method for cooling a mass of product contained in an enclosure, a mixer, mixer, kneader or kneader enclosure, the cooling being obtained by contacting the product mass. with a cryogenic liquid, the method being characterized in that it takes into account at least the following three parameters: the amperage taken by the agitation motor of the contents of the enclosure, the temperature of the product; and the temperature of the gases in the enclosure, the amperage being a chopper parameter, in that the regulator stops the cooling cycle and cuts off the cryogen injection when its setpoint is reached, regardless of the values of the two. other product temperature and gas temperature parameters in the enclosure.
Description
La présente invention concerne le domaine des procédés de refroidissement du contenu d'une enceinte à l'aide d'un liquide cryogénique. Elle concerne, en particulier, le refroidissement de produits alimentaires dans des appareils du type mélangeurs, malaxeurs, broyeurs ou pétrins, le contenu de l'appareil pouvant être alors solide ou pâteux comme c'est le cas de la viande, ou encore liquide. Et l'invention s'intéresse tout particulièrement aux procédés de régulation du fonctionnement de telles enceintes. Dans de telles applications d'utilisation des liquides cryogéniques pour le refroidissement de produits alimentaires dans des malaxeurs/broyeurs, l'utilisation de CO2 est privilégiée, pour sa capacité à transférer beaucoup de frigories au changement d'état. En considérant l'exemple des mélangeurs de viande, on sait qu'il existe une littérature très abondante concernant l'utilisation de CO2 liquide, tout particulièrement en injection dans la partie basse du malaxeur, afin d'améliorer les conditions d'échange thermique entre le liquide cryogénique et la viande. On se reportera, par exemple, aux documents US-4,476,686 et EP-744,578. L'application au domaine de la viande est en effet tout à fait massive et emblématique (les produits concernés sont très variés, steak haché (boeuf, veau), viande égrainée, haché de porc (saucisses..), haché de volailles (cordon bleu, nuggets etc....)), d'un domaine où le contrôle de la température dans le malaxeur doit être très efficace : - il est nécessaire de compenser l'échauffement mécanique lié au mélange et au hachage ; - il est souhaitable d'obtenir une texture compatible pour le formage ultérieur. Mais il faut noter que pour plusieurs raisons, la demande de ce secteur industriel pour le contrôle de température de malaxeurs broyeurs s'oriente vers l'utilisation d'azote liquide. Or on sait que pour l'azote liquide, la valorisation des frigories au changement d'état est deux fois moins importante que pour le CO2. The present invention relates to the field of methods for cooling the contents of an enclosure using a cryogenic liquid. It relates, in particular, the cooling of food products in devices such as mixers, kneaders, grinders or kneaders, the contents of the device can then be solid or pasty as is the case of meat, or liquid. And the invention is particularly interested in methods of regulating the operation of such speakers. In such applications of using cryogenic liquids for cooling food products in kneaders / grinders, the use of CO2 is preferred for its ability to transfer a lot of frigories to the change of state. Considering the example of meat mixers, it is known that there is a very abundant literature concerning the use of liquid CO2, especially by injection into the lower part of the mixer, in order to improve the conditions of heat exchange between cryogenic liquid and meat. Reference is made, for example, to US-4,476,686 and EP-744,578. The application to the field of meat is indeed quite massive and emblematic (the products concerned are very varied, ground beef (beef, veal), ground meat, minced pork (sausages ..), chopped poultry (cordon blue, nuggets etc ....)), an area where the control of the temperature in the mixer must be very effective: - it is necessary to compensate for the mechanical heating associated with mixing and hashing; it is desirable to obtain a compatible texture for the subsequent forming. But it should be noted that for several reasons, the demand of this industrial sector for the temperature control of grinding mills is moving towards the use of liquid nitrogen. However, it is known that for liquid nitrogen, the value of frigories at the change of state is twice as low as for CO2.
On résume alors dans ce qui suit pour mémoire les principales caractéristiques des procédés d'injection haute ou basse, en CO2 ou en azote, dans de tels malaxeurs. The following is a summary of the main characteristics of high or low injection processes, in CO2 or nitrogen, in such kneaders.
L'injection haute CO2 : - on valorise la seule phase solide du CO2 mais le rendement frigorifique est intéressant à 64 kcal/kg à 20 bar ; - la technique nécessite un niveau de chargement optimum et demande d'adapter le nombre de tromblons (injecteurs) de façon à déposer la neige carbonique sur la totalité de la surface des viandes sans créer d'amas de neige, mais il faut reconnaître que la mise en oeuvre en injection haute est aisée ; - elle se caractérise par une grande facilité de mélange des phases solide viande/solide neige, la neige carbonique est générée au coeur du produit ; - la technique présente toujours le risque d'extraire de la neige carbonique, il est donc préférable de privilégier le mode d'extraction par débordement ; - cette technique est traditionnellement limitée aux petits mélangeurs et petits volumes de production (typiquement inférieurs à 100 tonnes par an) ; - le CO2 présente par ailleurs un effet bactériostatique, il empêche les micro-organismes de se multiplier. High CO2 injection: - we value the only solid phase of CO2 but the cooling efficiency is interesting at 64 kcal / kg at 20 bar; - the technique requires an optimum level of loading and requires to adapt the number of blunderbusses (injectors) so as to deposit the dry ice on the entire surface of the meat without creating a pile of snow, but we must recognize that the implementation in high injection is easy; - it is characterized by a great ease of mixing solid meat / solid snow phases, the dry ice is generated in the heart of the product; - the technique always has the risk of extracting dry ice, it is therefore preferable to favor the overflow extraction mode; - this technique is traditionally limited to small mixers and small production volumes (typically less than 100 tonnes per year); - CO2 also has a bacteriostatic effect, it prevents microorganisms to multiply.
L'injection haute azote : - on l'a signalé plus haut, cette technique est limitée par un rendement frigorifique faible, voisin de 36 kcal/kg à 1,5 bar ; - elle se caractérise également par le fait qu'elle présente des risques de points froids et donc par une répartition difficile ; - l'injection haute azote nécessite donc de contrôler et de maîtriser une pression basse d'injection ; - pour l'ensemble de ces raisons, il faut noter que l'injection haute azote est très peu utilisée. High nitrogen injection: - it was pointed out above, this technique is limited by a low refrigeration efficiency, close to 36 kcal / kg at 1.5 bar; - it is also characterized by the fact that it presents risks of cold spots and therefore by a difficult distribution; the high nitrogen injection therefore requires controlling and controlling a low injection pressure; - For all these reasons, it should be noted that the high nitrogen injection is very little used.
L'injection basse CO2 et azote : elle permet de valoriser la chaleur latente du changement d'état des fluides cryogéniques ainsi qu'une partie de la chaleur spécifique des gaz. Cette valorisation des gaz dépend du temps de contact avec le produit. Si en injection haute l'azote liquide présentait un handicap de rendement frigorifique très important par rapport au CO2, en injection basse, le rendement frigorifique de l'azote se rapproche de celui du CO2 (le temps de contact entre le gaz et le produit permet de valoriser les gaz). L'azote présente par ailleurs l'avantage d'offrir une solubilité dans les matières grasses et l'eau bien plus faible que le CO2. La consommation de fluide constaté est environ 20% plus importante en injection basse azote par rapport à l'injection basse CO2. The low CO2 and nitrogen injection: it makes it possible to valorize the latent heat of the change of state of the cryogenic fluids as well as a part of the specific heat of the gases. This valuation of gases depends on the contact time with the product. If in high injection liquid nitrogen had a very high refrigeration efficiency handicap compared to CO2, in low injection, the nitrogen cooling efficiency approaches that of CO2 (the contact time between the gas and the product allows to value the gases). Nitrogen also has the advantage of offering much lower solubility in fat and water than CO2. The observed fluid consumption is about 20% higher in low nitrogen injection compared to low CO2 injection.
Mais il faut également noter que ce secteur industriel est en demande de plusieurs améliorations : - il souhaite améliorer la reproductibilité de la qualité de refroidissement des produits dans un tel mélangeur, malaxeur etc... - il souhaite améliorer la reproductibilité de la texture du produit en sortie d'un tel mélangeur, malaxeur, etc... - il souhaite également optimiser la consommation de fluide cryogénique. But it should also be noted that this industrial sector is in demand for several improvements: - it wants to improve the reproducibility of the cooling quality of products in such a mixer, kneader etc ... - he wants to improve the reproducibility of the product texture at the output of such a mixer, kneader, etc ... - he also wants to optimize the consumption of cryogenic fluid.
Les approches proposées dans cette industrie pour tenter d'apporter une réponse, au moins partielle, à ces demandes techniques peuvent être résumées ainsi et on va expliquer ci-dessous pourquoi de l'avis de la Demanderesse elles sont insuffisantes : 1 °) l'Injection pendant un temps donné Selon cette approche, l'injection du cryogène, typiquement d'azote ou de CO2, se fait uniquement via un temps prédéfini. Lors du démarrage du cycle, une électrovanne s'ouvre et se ferme une fois le temps écoulé. Cette ouverture peut être cadencée. The approaches proposed in this industry to try to answer, at least partially, to these technical demands can be summarized thus and one will explain below why in the opinion of the Claimant they are insufficient: 1 °) the Injection for a given time According to this approach, the injection of the cryogen, typically nitrogen or CO2, is only via a predefined time. When starting the cycle, a solenoid valve opens and closes after the elapsed time. This opening can be clocked.
Dans ce fonctionnement, on n'exerce aucun contrôle, ni sur le gaz, ni sur le produit, ni sur le malaxeur. Dans ce fonctionnement, la durée du cycle de refroidissement dépend de la durée d'injection. Le résultat au niveau du produit est alors relativement aléatoire, car on ne connaît ni sa texture, ni sa température. In this operation, there is no control over the gas, the product or the mixer. In this operation, the duration of the cooling cycle depends on the injection time. The result at the product level is then relatively random, because we know neither its texture nor its temperature.
2°) Réqulation de l'iniection par rapport à la température du produit. Selon cette approche, l'injection d'azote ou de CO2 se fait de façon continue ou cadencée et est fonction de la température du produit : tant que le 1 o produit n'a pas atteint la température souhaitée, l'injection de cryogène est poursuivie. Typiquement, une sonde de température indique à un calculateur en permanence la température du produit. La fin de cycle est déclarée lorsque la température du produit est atteinte. On peut réguler selon cette approche l'injection de gaz soit par une régulation Tout ou Rien, soit par une régulation 15 de type PID. Selon cette approche, le résultat au niveau du produit reste aléatoire car on ne connaît que sa température, sa texture est aléatoire, non maitrisée. Et un des effets pernicieux de cette approche de régulation est lié au fait que dans le cas d'un produit à descendre sur son palier de congélation, 20 l'opérateur ne saura pas avec précision où il se situe sur ce palier, par exemple à 10%, par exemple à 90% ? En d'autres termes ce phénomène induit une surconsommation de gaz car le produit consomme du gaz alors que sa température ne descend plus. 2 °) Inquiry of the iniection with respect to the temperature of the product. According to this approach, the injection of nitrogen or CO2 is continuous or timed and is a function of the product temperature: as long as the product has not reached the desired temperature, the injection of cryogen is continued. Typically, a temperature sensor indicates to a computer the temperature of the product at all times. End of cycle is declared when the product temperature is reached. According to this approach, the gas injection can be regulated either by an on-off regulation or by a PID-type regulation. According to this approach, the result at the product level remains random because we only know its temperature, its texture is random, not mastered. And one of the pernicious effects of this regulatory approach is related to the fact that in the case of a product to go down on its freezing stage, the operator will not know exactly where it is located on this level, for example to 10%, for example 90%? In other words this phenomenon induces overconsumption of gas because the product consumes gas while its temperature does not go down.
25 3°) Réqulation de l'iniection de cryoqène par rapport à l'ampéraqe adopté par le moteur de malaxaqe. L'injection d'azote ou de CO2 se fait ici de façon continue ou cadencée, le seul paramètre surveillé étant l'ampérage du moteur. L'injection de gaz est réalisée dés le début du cycle. Le produit en se refroidissant change de 30 texture, le moteur doit alors exercer une force plus importante pour combattre ce durcissement de texture, ce qui fait donc augmenter sa consommation en électricité. 3 °) Inquiry of the cryogenic iniection with respect to the amperage adopted by the malaxaqe engine. The injection of nitrogen or CO2 is done here continuously or clockwise, the only parameter monitored being the amperage of the engine. The gas injection is performed from the beginning of the cycle. As the coolant changes in texture, the motor must exert a greater force to combat this hardening of the texture, thus increasing its electricity consumption.
La mesure de l'ampérage permet donc d'évaluer de façon très précise la texture du produit et donc sa température. Cette mesure permet également d'obtenir une bonne reproductibilité du traitement, le produit en sort avec la même texture, avec la même température. The measurement of the amperage makes it possible to evaluate very precisely the texture of the product and therefore its temperature. This measurement also makes it possible to obtain a good reproducibility of the treatment, the product comes out with the same texture, with the same temperature.
En résumé, le régulateur connaît en temps réel l'ampérage pris par le moteur d'entraînement, et le régulateur commande en temps réel, en réaction, l'injection de fluide cryogénique. Et néanmoins cette méthode de régulation n'optimise pas la consommation de gaz, celle-ci n'est pas contrôlée : durant l'injection du 1 o cryogène, le débit de gaz est constant (la quantité de gaz injectée n'est pas modifiée en fonction de la température du produit) alors que le produit et l'appareil sont déjà refroidis, le besoin de frigories est donc moindre, ce qui n'est pas pris en compte par cette régulation, d'où une surconsommation inutile. 15 Un des objectifs de la présente invention est alors de proposer une nouvelle approche de régulation de telles enceintes de type mélangeur, malaxeur, broyeur ou encore pétrin (donc munie d'un organe d'agitation du contenu de l'enceinte), permettant d'apporter une meilleure réponse car une 20 réponse plus complète, à l'ensemble des attentes techniques de ce secteur industriel. Comme on le verra plus en détail dans ce qui suit, la présente invention propose une méthode de régulation du fonctionnement d'une telle enceinte, tenant compte à la fois, et de façon synergétique, des paramètres suivants : 25 l'ampérage pris par le moteur de malaxage (d'agitation), la température du produit, et la température des gaz dans l'enceinte (typiquement dans la partie haute de l'enceinte, ou encore dans un conduit d'évacuation des gaz hors de l'enceinte). En d'autres termes, le régulateur (ou autre système d'acquisition et de 30 traitement de données) connaît en temps réel : - la température du produit dans l'équipement ; - l'ampérage pris par le moteur d'entraînement (d'agitation); - et la température des gaz dans l'enceinte de l'équipement. Le régulateur commande alors en temps réel l'injection de fluide cryogénique, mais peut également (selon le type d'enceinte concerné) commander également un ou d'autres paramètres tels que la vitesse des ventilateurs présents dans l'enceinte, ventilateurs qui mettent en place une convection forcée. In summary, the controller knows in real time the amperage taken by the drive motor, and the controller controls in real time, in response, the injection of cryogenic fluid. And yet this method of regulation does not optimize the consumption of gas, it is not controlled: during the injection of 1 o cryogen, the gas flow is constant (the amount of gas injected is not changed depending on the temperature of the product) while the product and the device are already cooled, the need for frigories is therefore lower, which is not taken into account by this regulation, resulting in unnecessary consumption. One of the objectives of the present invention is then to propose a new approach for regulating such mixing, mixing, milling or kneader-type enclosures (thus provided with a stirrer of the contents of the enclosure), making it possible to to provide a better answer because a more complete answer to all the technical expectations of this industrial sector. As will be seen in more detail in the following, the present invention proposes a method of regulating the operation of such a chamber, taking into account, both synergistically, the following parameters: the amperage taken by the mixing motor (agitation), the product temperature, and the temperature of the gases in the enclosure (typically in the upper part of the enclosure, or in a gas evacuation pipe outside the enclosure) . In other words, the controller (or other data acquisition and processing system) knows in real time: the temperature of the product in the equipment; - the amperage taken by the drive motor (stirring); - and the temperature of the gases in the enclosure of the equipment. The controller then controls in real time the injection of cryogenic fluid, but can also (depending on the type of enclosure concerned) also control one or other parameters such as the speed of the fans present in the enclosure, fans that implement place a forced convection.
Expliquons mieux ci-dessous l'approche de l'invention : - la régulation conforme à l'invention prend donc en compte le trio « ampérage moteur/température produit/température des gaz dans l'enceinte » ; - l'ampérage est un paramètre couperet : en d'autres termes quand sa consigne est atteinte, quelles que soient les valeurs des deux autres paramètres, l'unité de gestion arrête le cycle de refroidissement et coupe l'injection de cryogène ; - l'injection de gaz est, elle, réalisée, adaptée, en fonction de la température du produit et de la prise en compte de la température des gaz dans l'enceinte du malaxeur : - - > en prenant en compte la température des gaz dans l'enceinte on évite la surconsommation de gaz se produisant quand on ne prend en compte que la seule température du produit (incertitude de la position du produit sur le pallier de congélation qui entraine la poursuite superflue de la consommation gaz) ; - -> en d'autres termes, à titre illustratif, la prise en compte de la température des gaz dans la partie haute de l'enceinte, par exemple très froide, permet de détecter que le gaz ne transmet plus de frigories au produit alors que la consigne de température produit n'est pas atteinte, ou encore de détecter que toutes les frigories ne sont pas encore transférées au produit mais qu'il n'est plus nécessaire de continuer l'injection. Let us explain better below the approach of the invention: the regulation in accordance with the invention therefore takes into account the trio "engine amperage / product temperature / temperature of the gases in the enclosure"; the amperage is a chopper parameter: in other words when its setpoint is reached, regardless of the values of the other two parameters, the management unit stops the cooling cycle and cuts off the cryogen injection; - The gas injection is made, adapted, depending on the temperature of the product and taking into account the temperature of the gases in the chamber of the mixer: - -> taking into account the temperature of the gases in the enclosure avoids overconsumption of gas occurring when we take into account only the temperature of the product (uncertainty of the position of the product on the freezing stage which causes the unnecessary continuation of gas consumption); - -> in other words, by way of illustration, taking into account the temperature of the gases in the upper part of the enclosure, for example very cold, makes it possible to detect that the gas no longer transmits frigories to the product then that the set temperature temperature is not reached, or to detect that all the frigories are not yet transferred to the product but it is no longer necessary to continue the injection.
Pour fixer les idées par des exemples numériques : - pour une masse de 1200 kg de produit initialement à 20°C, l'injection d'un litre d'azote liquide va abaisser la température de cette masse de quelque millièmes de degrés, et réchauffer le gaz à environ 20°C, donc la mesure de la température du gaz en partie haute va montrer que l'azote a parfaitement été valorisé mais qu'en tout état de cause le produit n'est pas suffisamment refroidi ; - pour une masse de 1200 kg de produit initialement à 20°C, l'injection de 1200 litres d'azote liquide va abaisser la température de cette masse jusqu'à environ -18° C, mais au début du processus la température du gaz en partie haute sera très basse, par exemple -150°C, l'enceinte devient très froide et les gaz froids sont extraits par le système. On a donc effectivement refroidi le produit, mais en consommant beaucoup de gaz puisqu'il sortait du système à -150°C ce qui est inutile. Il faut donc d'arrêter l'injection lorsque la température de l'enceinte est suffisamment basse, afin de ne pas gaspiller de gaz. To fix the ideas by numerical examples: - for a mass of 1200 kg of product initially at 20 ° C, the injection of a liter of liquid nitrogen will lower the temperature of this mass by a few thousandths of degrees, and warm up the gas at about 20 ° C, so the measurement of the gas temperature in the upper part will show that the nitrogen has been fully recovered but that in any case the product is not sufficiently cooled; - For a mass of 1200 kg of product initially at 20 ° C, the injection of 1200 liters of liquid nitrogen will lower the temperature of this mass to about -18 ° C, but at the beginning of the process the temperature of the gas in the upper part will be very low, for example -150 ° C, the enclosure becomes very cold and the cold gases are extracted by the system. So we actually cooled the product, but consuming a lot of gas since it left the system at -150 ° C which is useless. It is therefore necessary to stop the injection when the temperature of the enclosure is low enough, so as not to waste gas.
Selon l'invention, l'injection du cryogène liquide, par exemple l'azote ou le CO2, se fait de façon continue ou bien cadencée, et est adaptée, modifiée, en fonction de ces paramètres mesurés de température du produit, température des gaz dans l'enceinte et ampérage du moteur d'entrainement. According to the invention, the injection of the liquid cryogen, for example nitrogen or CO2, is done in a continuous or well-timed manner, and is adapted, modified, as a function of these measured temperature parameters of the product, the temperature of the gases in the enclosure and amperage of the drive motor.
Ce qui signifie que ces paramètres sont surveillés et que des actions (rétroactions) sont prises en fonction des valeurs de ces paramètres mesurés et reçus par un système d'acquisition et de traitement de données. This means that these parameters are monitored and that actions (feedbacks) are taken based on the values of these parameters measured and received by a data acquisition and processing system.
A titre illustratif et sans à aucun moment être lié par les propositions d'explications développées ci-dessous, on peut avancer les éléments suivants : - l'ampérage est contrôlé, ce paramètre indiquera la fin de cycle : le produit en se refroidissant change de texture, le moteur doit s'adapter et exercer une force plus importante et donc sa consommation en électricité augmente ; - l'injection de gaz est réalisée en fonction de la température du produit, mais la prise en compte de la température des gaz dans l'enceinte du malaxeur permet comme on l'a dit d'optimiser la consommation de gaz en palliant à l'inconvénient de surconsommation signalé ci-dessus dans le cas d'une des méthodes de l'art antérieur : l'écart entre la consigne de température du produit et la température du produit mesurée donne une consigne de température des gaz à obtenir dans l'enceinte. On y reviendra plus en détail ci-dessous mais cette consigne de température des gaz dans l'enceinte est donnée par l'algorithme de la régulation, tel que programmé par le constructeur du régulateur (par exemple PID) utilisé, régulateur qui est utilisé et paramétré aux présents besoins. L'algorithme prend ainsi en compte la consigne de température « produit » que l'opérateur a entrée dans le régulateur, et la compare en temps réel avec la mesure de température « produit » qui lui parvient. A titre d'exemple, l'opérateur souhaite un produit à 7°C (consigne), la mesure de température produit donne à un instant donné 25°C. En utilisant l'algorithme, le régulateur va calculer et considérer qu'il nécessite 100% de la puissance disponible pour refroidir le produit, Il va alors injecter une certaine consigne dans la boucle de régulation de la température des gaz dans l'enceinte, cette consigne va logiquement être très basse puisque qu' il veut mettre en oeuvre 100% de la puissance disponible, Il va donc par exemple demander -150°C dans l'enceinte. As an illustration and without being bound at all by the explanatory propositions developed below, the following elements can be advanced: - the amperage is controlled, this parameter will indicate the end of the cycle: the product when cooling changes from texture, the engine must adapt and exert a greater force and therefore its electricity consumption increases; the injection of gas is carried out as a function of the temperature of the product, but taking into account the temperature of the gases in the chamber of the kneader makes it possible, as has been said, to optimize the consumption of gas by overcoming the disadvantage of overconsumption indicated above in the case of one of the methods of the prior art: the difference between the temperature setpoint of the product and the measured product temperature gives a temperature setpoint of the gases to be obtained in the pregnant. We will come back to it in more detail below but this setpoint of temperature of the gases in the enclosure is given by the algorithm of the regulation, as programmed by the manufacturer of the regulator (for example PID) used, regulator which is used and parameterized to the present needs. The algorithm thus takes into account the "product" temperature setpoint that the operator has entered into the regulator, and compares it in real time with the "product" temperature measurement that reaches him. For example, the operator wants a product at 7 ° C (set point), the temperature measurement produced gives at a given instant 25 ° C. Using the algorithm, the regulator will calculate and consider that it requires 100% of the available power to cool the product, It will then inject a certain setpoint into the regulation loop of the temperature of the gases in the enclosure, this setpoint will logically be very low since it wants to implement 100% of the available power, so it will for example ask -150 ° C in the enclosure.
Le produit va se refroidir, pendant environ 1 minute, jusqu'à atteindre une température de 12°C, stade où le régulateur va refaire un calcul via l'algorithme de régulation, et va calculer une nouvelle action : l'opérateur souhaite un produit à 7°C, le système a atteint 12°C, il faut alors mettre en oeuvre 25% de la puissance, le régulateur va donc injecter une nouvelle consigne de -75°C pour les gaz dans l'enceinte etc... The product will cool, for about 1 minute, until reaching a temperature of 12 ° C, where the regulator will redo a calculation via the regulation algorithm, and will calculate a new action: the operator wants a product at 7 ° C, the system reached 12 ° C, it is then necessary to implement 25% of the power, the regulator will inject a new set -75 ° C for gases in the enclosure etc ...
Dans tous les cas la fin de cycle sera dictée par la valeur de l'ampérage. In any case the end of the cycle will be dictated by the value of the amperage.
On l'a compris on peut mettre en oeuvre l'invention par une régulation 3o Tout ou Rien, ou encore par une régulation PID, par exemple de type Cascade Bi-Boucles, les deux boucles étant le contrôle de la température du produit et le contrôle de la température des gaz dans l'enceinte. It has been understood that the invention can be implemented by an on-off control 3o, or else by a PID regulation, for example of the Cascade Bi-Loops type, the two loops being the control of the temperature of the product and the control of the temperature of the gases in the enclosure.
Grâce à l'invention, le résultat observé au niveau du produit est maitrisé et reproductible puisque l'on maitrise à la fois sa température et sa texture, la consommation de gaz étant dans le même temps optimisée puisque l'injection de gaz suit la descente en température du produit. Thanks to the invention, the result observed at the product level is mastered and reproducible since it controls both its temperature and its texture, the gas consumption being at the same time optimized since the gas injection follows the descent in product temperature.
La présente invention concerne alors une méthode de régulation d'un procédé de refroidissement d'une masse de produit contenue dans une enceinte, enceinte de type mélangeur, malaxeur, broyeur ou encore pétrin, munie d'un organe d'agitation du contenu de l'enceinte, le refroidissement étant obtenu par mise en contact de la masse de produit avec un liquide cryogénique, la méthode se caractérisant en ce qu'elle prend en compte au moins les trois paramètres suivants : - l'ampérage pris par le moteur de l'organe d'agitation du contenu de l'enceinte, - la température du produit ; et - la température des gaz dans l'enceinte, et en ce que l'ampérage est un paramètre couperet, le régulateur arrêtant le cycle de refroidissement et coupant l'injection de fluide cryogénique quand la consigne d'ampérage est atteinte, quelles que soient les valeurs des deux autres paramètres de température de produit et température des gaz dans l'enceinte. The present invention thus relates to a method of regulating a method for cooling a mass of product contained in an enclosure, a mixer, mixer, kneader or kneader-type enclosure provided with a stirring member of the contents of the container. enclosure, the cooling being obtained by bringing the mass of product into contact with a cryogenic liquid, the method being characterized in that it takes into account at least the following three parameters: the amperage taken by the engine of the engine; agitator of the contents of the enclosure, the temperature of the product; and the temperature of the gases in the enclosure, and in that the amperage is a chopper parameter, the regulator stopping the cooling cycle and cutting the cryogenic fluid injection when the amperage setpoint is reached, whatever the values of the other two product temperature and gas temperature parameters in the enclosure.
Selon un des modes de mise en oeuvre de l'invention, le régulateur connaît en temps réel : - l'ampérage pris par le moteur d'agitation du contenu de l'enceinte, - la température du produit ; et - la température des gaz dans l'enceinte, et commande en temps réel l'injection de fluide cryogénique dans l'enceinte. According to one of the embodiments of the invention, the regulator knows in real time: the amperage taken by the stirring motor of the contents of the enclosure, the temperature of the product; and the temperature of the gases in the chamber, and controls in real time the injection of cryogenic fluid into the chamber.
Selon un autre des modes de mise en oeuvre de l'invention, l'enceinte est munie en sa partie haute d'un système de convection forcée, par exemple constitué par un ou plusieurs ventilateurs à pâles, et le régulateur connaît en temps réel : - l'ampérage pris par le moteur d'agitation du contenu de l'enceinte, - la température du produit ; et - la température des gaz dans l'enceinte, et commande en temps réel non seulement l'injection de fluide cryogénique dans l'enceinte mais également la vitesse de rotation des moyens 1 o constituant ledit système de convection forcée. According to another embodiment of the invention, the enclosure is provided in its upper part with a forced convection system, for example constituted by one or more fans with blades, and the regulator knows in real time: - the amperage taken by the stirring motor of the contents of the enclosure, - the temperature of the product; and the temperature of the gases in the chamber, and controls in real time not only the injection of cryogenic fluid into the chamber but also the speed of rotation of the means constituting said forced convection system.
Selon un des modes de mise en oeuvre de l'invention, le régulateur commande en temps réel l'injection de fluide cryogénique dans l'enceinte en fonction de la température du produit et de la température des gaz dans 15 l'enceinte, l'écart entre la consigne de température du produit et la température du produit mesurée donnant en temps réel une consigne de température des gaz à obtenir dans l'enceinte. According to one of the embodiments of the invention, the controller controls, in real time, the injection of cryogenic fluid into the chamber as a function of the temperature of the product and the temperature of the gases in the chamber. difference between the temperature setpoint of the product and the temperature of the measured product giving in real time a set temperature of the gases to be obtained in the enclosure.
On l'aura compris ce mode représente un mode préféré selon 20 l'invention, considéré comme le plus pointé, mais selon les applications d'autres modes de mise en oeuvre pourraient être envisagés. A titre illustratif : - on pourrait prérégler dans le régulateur en fonction de l'expérience une courbe de température dans l'enceinte en fonction du temps du cycle, par 25 exemple pendant les 30 premières secondes -150°C, puis pendant les 30 secondes suivantes -100°C, puis pendant les 2 minutes suivantes -60°C.... - ou encore on peut linéariser la température de l'enceinte en fonction de la température du produit : par exemple le produit est à 25°C on fixe -150°C, le produit est 12 °C on fixe -75°C, le produit arrive à 7°C on fixe -60°C 30 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront ainsi plus clairement dans la description suivante, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec la figure unique annexée qui est une représentation schématique partielle d'un mode de mise en oeuvre de l'invention sur une installation de malaxage de viandes. On reconnaît sur la figure la présence des éléments suivants : - l'équipement de malaxage 2 ; - le moteur 1 d'entraînement du malaxeur ; - un système 3 d'extraction des gaz ; - des ventilateurs 4 dans la partie haute du malaxeur, régissant la convection dans l'enceinte ; - le système 5 d'injection de fluide cryogénique (N2 liquide, CO2 liquide) ici dans la partie basse du malaxeur, - un régulateur ou autre système d'acquisition et de traitement de données. It will be understood that this mode represents a preferred mode according to the invention, considered as the most pointed, but according to the applications of other modes of implementation could be envisaged. By way of illustration: - a temperature curve in the chamber could be preset in the regulator according to the experiment as a function of the cycle time, for example during the first 30 seconds -150 ° C, then for 30 seconds following -100 ° C, then for the next 2 minutes -60 ° C .... - or we can linearize the temperature of the enclosure depending on the temperature of the product: for example the product is at 25 ° C on fixed at -150 ° C, the product is 12 ° C fixed at -75 ° C, the product reaches 7 ° C fixed -60 ° C Other features and advantages of the present invention will appear more clearly in the description following, given by way of illustration but not limited to, in connection with the single appended figure which is a partial schematic representation of an embodiment of the invention on a meat mixing plant. The figure shows the presence of the following elements: - mixing equipment 2; the motor 1 for driving the kneader; a system 3 for extracting gases; - Fans 4 in the upper part of the mixer, governing the convection in the enclosure; - The cryogenic fluid injection system 5 (liquid N2, liquid CO2) here in the lower part of the mixer, - a controller or other data acquisition and processing system.
Explicitons alors ci-dessous un exemple de mode de mise en oeuvre de l'invention, en en détaillant les lois de régulations suivies : 10) Loi de contrôle de l'autorisation d'iniection du fluide cryoqénique : - une consigne de température de produit est fixée, - une consigne d'ampérage maximum est fixée (seuil dépendant du moteur, de la masse de produit traitée etc.... que l'on fixera par exemple lors de pré-essais de caractérisation d'une telle enceinte de production). Si la température est atteinte et que l'ampérage du moteur souhaité est atteint on considère que le produit a la texture souhaitée et que le traitement peut être arrêté. Let us then explain below an example of an embodiment of the invention, by detailing the control laws followed: 10) Control law of the cryogenic fluid iniection authorization: - a product temperature setpoint is fixed, - a maximum amperage setpoint is set (threshold depending on the engine, the mass of processed product etc .... that will be fixed for example during pre-testing characterization of such a production enclosure ). If the temperature is reached and the desired motor amperage is reached, it is considered that the product has the desired texture and the treatment can be stopped.
Dans tous les cas, si l'ampérage est atteint, même si la consigne produit n'est pas atteinte on arrête le traitement (l'ampérage étant considéré comme le paramètre le plus précis, le plus pertinent). In all cases, if the amperage is reached, even if the product setpoint is not reached, the treatment is stopped (the amperage being considered as the most accurate parameter, the most relevant).
2°) La réqulation d'iniection : Une régulation PID discontinue gère l'injection Tout Ou Rien du fluide cryogénique selon la température du produit. 2 °) Iniection control: A discontinuous PID control manages the injection All or Nothing of the cryogenic fluid according to the temperature of the product.
Le rapport cyclique de la sortie discontinue est fonction de la température des gaz dans l'enceinte. Ceci permet de limiter la quantité de gaz injecté alors que toutes les frigories ne sont pas encore transférées au produit. The duty cycle of the discontinuous output is a function of the temperature of the gases in the enclosure. This limits the amount of gas injected while all the frigories are not yet transferred to the product.
Comme évoqué précédemment, la consigne de température des gaz dans l'enceinte est donnée par l'algorithme de la régulation, tel que programmé par le constructeur du régulateur (par exemple PID) utilisé, régulateur qui est utilisé et paramétré aux présents besoins. L'algorithme prend ainsi en compte la consigne de température « produit » que l'opérateur a entrée dans le régulateur, et la compare en temps réel avec la mesure de température « produit » qui lui parvient, pour en déduire une consigne de température de gaz en fonction de la puissance d'action à mettre en oeuvre. La sortie discontinue du régulateur PID permet d'agir de façon Tout Ou Rien sur le procédé, il autorise l'injection, il arrête l'injection etc (a contrario, une sortie continue agirait en permanence). La puissance d'action est un pourcentage, un rapport cyclique d'ouverture des injecteurs : pour fixer les idées sur un exemple simple, si le régulateur veut mettre en place une action à 50% de la puissance, il va ordonner une ouverture de la sortie discontinue à 100% durant la moitié du temps (rapport cyclique = 1/2). Une sortie continue serait ouverte à 50% durant 100% du temps. As mentioned above, the temperature setpoint of the gases in the chamber is given by the regulation algorithm, as programmed by the regulator manufacturer (for example PID) used, which regulator is used and parameterized to the present needs. The algorithm thus takes into account the "product" temperature setpoint that the operator has entered into the regulator, and compares it in real time with the "product" temperature measurement that reaches it, in order to deduce a temperature setpoint of gas depending on the power of action to be implemented. The discontinuous output of the PID regulator makes it possible to act in an all or nothing way on the process, it allows the injection, it stops the injection etc (on the other hand, a continuous output would act permanently). The power of action is a percentage, a cyclic ratio of opening of the injectors: to fix the ideas on a simple example, if the regulator wants to set up an action at 50% of the power, it will order an opening of the discontinuous output at 100% for half the time (duty cycle = 1/2). A continuous output would be open at 50% for 100% of the time.
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