FR2979421A1 - Procede et dispositif de refroidissement cryogenique de produits dans un tunnel - Google Patents

Abstract

Un procédé et une installation de refroidissement cryogénique de produits où l'on positionne des moyens de pompage au voisinage immédiat du tunnel, moyens de pompage par lesquels transite le liquide cryogénique avant d'entrer dans le tunnel, de manière à ce que l'on alimente la ou les rampes de projection en un liquide cryogénique dont la pression soit supérieure à 3 bars et allant jusqu'à 50 bars, se situant préférentiellement dans une gamme allant de 10 à 50 bars.

Description

La présente invention concerne le domaine des procédés de refroidissement de produits alimentaires dans des appareils du type tunnels, mettant en oeuvre des injections directes d'un fluide cryogénique tel l'azote liquide.

De façon traditionnelle, de tels tunnels comprennent : - une enceinte isolée munie d'une entrée et d'une sortie ; - des moyens de convoyage des produits entre l'entrée et la sortie ; - des moyens d'amenée d'un liquide cryogénique à l'intérieur de l'enceinte pour permettre la mise en contact des produits avec ce liquide (le plus couramment, ces moyens d'amenée comprennent des rampes de projection du liquide sur les produits, rampes de projection situées le plus souvent dans la zone du tunnel proche de la sortie) ; - et des moyens de ventilation, aptes à souffler du gaz froid sur les produits défilant, ces moyens de ventilation sont en général situés dans la zone du tunnel proche de l'entrée (dans ces tunnels traditionnels, on utilise le principe de l'échangeur contre-courant et ainsi on positionne la pulvérisation dans la zone de sortie du tunnel tandis que la ventilation est positionnée dans la zone plutôt proche de l'entrée). Dans de tels tunnels connus, la pression de liquide qui alimente les rampes de pulvérisation se situe dans une gamme allant de 0,5 à 3 bars. Dans ce domaine technique, le besoin de surgeler de façon rapide, en utilisant le moins de surface au sol, devient incontournable. Aussi, depuis quelques années, on voit apparaitre des équipements de surgélation mettant en oeuvre soit du froid mécanique soit du froid cryogénique, qui tentent d'améliorer les transferts thermiques. Il s'agit notamment des techniques de jets impactant (on dit « impingement » dans cette industrie) ou encore des lits fluidisées. L'utilisation de tels jets impactant permet certes de réduire la taille de l'équipement et d'en augmenter la production mais entraine la nécessité de changer d'équipement, pour adopter un nouvel équipement à jets impactant qui est deux à quatre fois plus onéreux qu'un tunnel cryogénique traditionnel.

Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, la présente invention propose une nouvelle configuration de tunnel cryogénique recherchant une augmentation de la vitesse d'impact du liquide cryogénique (par exemple de l'azote liquide) sur le produit, ceci sans qu'un nouvel investissement soit nécessaire i.e en permettant de modifier simplement le tunnel existant du site utilisateur. Pour cela, conformément à l'invention, on augmente de façon significative la pression du liquide cryogénique parvenant au produit à surgeler ou à refroidir, ceci en positionnant une pompe cryogénique au plus près de l'équipement. On expliquera plus loin ce que l'on doit entendre par cette notion de pompe positionnée « au plus près » mais l'on comprend bien que l'on cherche à réduire les entrées de chaleur dans le cryogène, ceci en considérant que ce liquide cryogénique en sortie de pompe est déséquilibré (sous-refroidi i.e à une température en dessous de son équilibre) et qu'il va donc chercher naturellement à absorber des calories pour se rapprocher de cet équilibre, ce que l'on cherche selon la présente invention à éviter.

On sait qu'il existe sur le marché un certain nombre de pompes pour liquides cryogéniques, qui utilisent diverses technologies telles que la compression par piston, les pompes à vis etc Le fait d'augmenter la vitesse d'impact sur le produit va sans conteste augmenter l'efficacité du transfert, d'une part du fait des volumes importants de cryogène apportés dans ce cas sur le produit en un temps donné, d'autre part par le fait que cette augmentation de vitesse va davantage inhiber le phénomène de caléfaction (on peut avancer un gain de l'ordre de 500 w/m2/0K).

Selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, on met en oeuvre, pour alimenter le tunnel, un réservoir de liquide cryogénique dit « basse pression » (donc typiquement où le liquide est stocké à une pression située dans la gamme de 0.1 bar à 3 bars selon l'usage des industries des gaz de l'air), pour limiter l'élévation de température dans le circuit avant pompe, et la pompe (compresseur, surpresseur) est de préférence alimentée par un liquide franc ou sous-refroidi, à la pression la plus basse possible. A cette fin, il est possible de positionner entre le réservoir et la pompe un système de purge de la phase gaz ou encore un séparateur de phase, systèmes en soi bien connus de l'homme du métier des gaz (purgeur, pot dégazeur...). Les gaz issus de ces équipements de purges peuvent être valorisés dans le procédé de surgélation (tunnel) et ainsi ne pas être perdus.

Selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, on met alors en oeuvre, pour réaliser tout ou partie de la liaison entre la pompe et le point de connexion sur le tunnel, une canalisation de structure bitubes concentriques, isolée (à l'aide d'une isolation extérieure en polyuréthane par exemple), où : - le liquide cryogénique à haute pression (par exemple l'azore liquide haute pression) transite par le tube intérieur ; - tandis que par le tube extérieur circulent les gaz froids résultant de la séparation de phase, à basse pression ou à pression atmosphérique. Ces gaz véhiculés à basse pression sont alors très froids, ils peuvent échanger thermiquement avec le tube intérieur qui est lui à haute pression (50 bars par exemple). Selon un autre des modes préférés de mise en oeuvre de l'invention, on régule la température régnant à l'intérieur du tunnel de la façon suivante : - on effectue une mesure représentative de la température du produit et l'on compare cette température mesurée avec une valeur de consigne ; - on rétroagit le cas échéant, selon le résultat de cette comparaison, sur la pression de sortie des moyens de pompage par l'intermédiaire d'un variateur de vitesse ; - on fait varier si nécessaire la hauteur de tout ou partie des rampes de projection dans le tunnel.

A titre d'exemple on peut mesurer la température de l'ambiance interne au tunnel, ou encore on effectue une mesure de la température d'un produit sans contact (IR, radiofréquence...), ou encore par contact (thermocouple).

Comme on l'aura compris à la lecture de ce qui précède, on cherche ici à réguler la température interne du tunnel en « jouant » sur le débit de cryogène injecté (comme cela est classique dans ce domaine des tunnels cryogéniques). Mais pour agir ici (dans la présente configuration) sur ce débit, i.e pour être en mesure d'injecter plus ou moins de cryogène dans le tunnel, on joue sur la pression de sortie des moyens de pompage, ce qui pourrait présenter l'inconvénient d'avoir un influence d'impact sur le produit donc de quantité de frigories transférées. Aussi pour palier à cette modification d'impact donc de frigories transférées, on fait le cas échéant varier la hauteur des rampes pour garder le débit d'injection et donc l'impact sur le produit requis.

Cette approche permet donc de limiter la perte d'impact sur le produit : la baisse de pression occasionne une baisse d'injection (de volume) mais aussi une baisse d'impacte sur le produit. Ainsi à titre illustratif pour mieux comprendre l'invention on donne ci-dessous des exemples de constatations et de rétroactions commandées : -- > on constate une température interne au tunnel trop élevée : le calculateur augmente la fréquence du moteur de la pompe cryogénique, ce qui augmente la pression d'injection du cryogène ; il ordonne également un écartement de la rampe du produit (augmentation de la distance rampe/produit) pour maintenir un impact sensiblement constant. -- > on constate une température interne au tunnel trop faible : le calculateur baisse la fréquence du moteur de la pompe cryogénique, ce qui baisse la pression d'injection de cryogène, il ordonne également un rapprochement de la rampe du produit (diminution de la distance rampe/produit) pour maintenir un impact sensiblement constant.

La présente invention concerne alors un dispositif de refroidissement de produits, notamment alimentaires, de type tunnel, comprenant : - une enceinte isolée munie d'une entrée et d'une sortie ; - des moyens de convoyage des produits entre l'entrée et la sortie ; - des moyens d'amenée d'un liquide cryogénique à l'intérieur de l'enceinte pour permettre la mise en contact des produits avec ce liquide, moyens d'amenée comprenant une ou plusieurs rampes de projection du liquide sur les produits ; - et des moyens de ventilation, aptes à souffler du gaz froid sur les produits défilant, se caractérisant en ce que lesdits moyens d'amenée de liquide cryogénique comprennent des moyens de pompage, par lesquels transite le liquide cryogénique avant son entrée dans le tunnel, moyens de pompage positionnés au voisinage immédiat du tunnel pour permettre que la pression de liquide cryogénique qui alimente la ou les rampes de projection soit supérieure à 3 bars et allant jusqu'à 50 bars, se situant préférentiellement dans une gamme allant de 10 à 50 bars. Le tunnel pourra mettre en oeuvre un des multiples moyens de projection du cryogène bien connus de l'homme du métier, qu'il s'agisse de rampes de buses de pulvérisation, de tubes munis d'une fente sur tout ou partie de leur longueur, ou encore de rampes constituées de mini tubes soudés sur un tube principal.

Comme on l'a vu, les moyens de pompage sont positionnés au voisinage immédiat du tunnel, typiquement à une distance ne dépassant pas quelques mètres, préférentiellement 2 à 3 mètres. On peut bien sur envisager une distance plus importante, par exemple telles qu'imposées par des raisons d'ergonomie ou de situations d'implantation complexes du site utilisateur, par exemple 10 à 20 m, mais cette situation n'est pas préférée selon l'invention car elle nécessite une ligne haute pression i.e d'apporter un soin extrême à l'isolation de la ligne.

Le dispositif selon l'invention pourra de plus adopter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - on met en oeuvre, entre le réservoir de liquide cryogénique en amont, à partir duquel le tunnel est alimenté, et les moyens de pompage, un système de purge de la phase gaz contenu dans le cryogène ou encore un séparateur de phase, afin d'alimenter les moyens de pompage en un liquide cryogénique franc ou substantiellement franc. - on met en oeuvre, pour réaliser tout ou partie de la liaison entre les 10 moyens de pompage et le point de connexion desdits moyens d'amenée sur le tunnel, une canalisation de structure bitubes concentriques isolée, et l'on fait circuler le liquide cryogénique dans le tube intérieur. La présente invention concerne également un procédé d e 15 refroidissement de produits, notamment alimentaires, dans un dispositif de type tunnel, dispositif qui comprend : - une enceinte isolée munie d'une entrée et d'une sortie ; - des moyens de convoyage des produits entre l'entrée et la sortie ; - des moyens d'amenée d'un liquide cryogénique à l'intérieur de 20 l'enceinte pour permettre la mise en contact des produits avec ce liquide, moyens d'amenée comprenant une ou plusieurs rampes de projection du liquide sur les produits ; - et des moyens de ventilation, aptes à souffler du gaz froid sur les produits défilant, 25 se caractérisant en ce que lesdits moyens d'amenée de liquide comprennent des moyens de pompage, par lesquels on fait transiter le liquide cryogénique avant son entrée dans le tunnel, moyens de pompage positionnés au voisinage immédiat du tunnel de manière à ce que l'on alimente la ou les rampes de projection en liquide cryogénique dont la pression soit supérieure à 30 3 bars et allant jusqu'à 50 bars, se situant préférentiellement dans une gamme allant de 10 à 50 bars.

Le procédé selon l'invention pourra de plus adopter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - on met en oeuvre, entre le réservoir de liquide cryogénique en amont, à partir duquel le tunnel est alimenté, et les moyens de pompage, un système de purge de la phase gaz contenu dans le cryogène ou encore un séparateur de phase, afin d'alimenter les moyens de pompage en un liquide cryogénique franc ou aussi franc que possible. - on met en oeuvre, pour réaliser tout ou partie de la liaison entre les moyens de pompage et le point de connexion desdits moyens d'amenée sur le tunnel, une canalisation de structure bitubes concentriques isolée, et l'on fait circuler le liquide cryogénique dans le tube intérieur. - on régule la température régnant à l'intérieur du tunnel de la façon suivante : a) on effectue une mesure représentative de la température du produit, telle qu'une mesure de la température de l'ambiance interne au tunnel, et l'on compare cette température mesurée avec une valeur de consigne ; b) on rétroagit le cas échéant, selon le résultat de cette comparaison, sur la pression de sortie des moyens de pompage par l'intermédiaire d'un variateur de vitesse ; c) on fait varier si nécessaire la hauteur de tout ou partie des rampes de projection dans le tunnel. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description suivante, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés pour lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle d'un tunnel classique de l'art antérieur comprenant des rampes de pulvérisation situées dans la zone du tunnel proche de la sortie tandis qu'une zone de ventilation est positionnée dans la zone proche de l'entrée du tunnel. - la figure 2 illustre par une vue schématique partielle un tunnel conforme à un des modes de réalisation de l'invention, où des rampes de pulvérisation sont situées dans la zone du tunnel proche de l'entrée tandis qu'une zone de ventilation est positionnée dans la zone proche de la sortie du tunnel. - les figures 3, 4, et 5 illustrent par des vues schématiques partielles un tunnel conforme à des modes de réalisation de l'invention, où des rampes de pulvérisation sont réparties le long du tunnel, en alternance avec des moyens de ventilation, où l'injection se fait respectivement : - uniquement au dessus du convoyeur ; - uniquement par le bas ; - à la fois par le dessus et par le bas. - la figure 6 illustre l'utilisation, pour réaliser tout ou partie de la liaison entre les moyens de pompage et le point de connexion des moyens d'amenée sur le tunnel, d'une canalisation de structure bitubes concentriques isolée, où l'on fait circuler le liquide cryogénique dans le tube intérieur. Comme signalé plus haut, la figure 1 illustre par une vue schématique partielle le cas d'un tunnel classique de l'art antérieur où des rampes (R, zone P) de pulvérisation d'azote liquide sont situées dans la zone du tunnel proche de la sortie tandis qu'une zone de ventilation (V) est positionnée dans la zone proche de l'entrée du tunnel (ventilateurs VT). La figure 2 illustre alors par une vue schématique partielle un tunnel conforme à un des modes de réalisation de l'invention, où des rampes de pulvérisation sont situées dans la zone du tunnel proche de l'entrée tandis qu'une zone de ventilation est positionnée dans la zone proche de la sortie du tunnel.

La figure 3 illustre par une vue schématique partielle un tunnel conforme à un des modes de réalisation de l'invention, où des rampes de pulvérisation sont réparties le long du tunnel, en alternance avec des moyens de ventilation, et où l'injection se fait uniquement au dessus du convoyeur. On peut visualiser grâce à cette figure 3 la présence des moyens de pompage 1, et notamment le moteur, le compresseur 2, avec l'arrivée (E) de fluide à basse pression (BP) et la sortie (S) de fluide à haute pression (HP) connectée à une canalisation d'alimentation de toutes les rampes de pulvérisation, par exemple à 35 bars. On utilise par exemple une pompe à piston cryogénique KPL offrant une haute pression dans la gamme requise ici et une haute fiabilité, y compris dans un fonctionnement 24h sur 24. A titre illustratif, pour mieux fixer les idées on peut envisager pour un tunnel de 6 mètres la mise en place de 6 ventilateurs avec 7 rampes de pulvérisation, par exemple un ensemble de 81 buses standards 1/8e (d'un diamètre d'orifice de 0,28 mm) permettant un débit de 0,23 litre/mn à 35 bars, chaque buse ayant un angle de pulvérisation voisin de 65°, les buses étant à environ une hauteur de 63 mm au dessus du convoyeur (13 buses par rampe). La figure 4 illustre un cas d'injection uniquement par le bas du convoyeur, mettant en oeuvre la même structure de pompe qu'à la figure 3, nous ne la redétaillerons pas ici de ce fait. Cette injection par le bas de produits est tout particulièrement intéressante pour traiter des produits en vrac tels des boulettes de viande, on approche ainsi alors l'effet du lit fluidisé.

La figure 5 illustre quant à elle une combinaison de rampes d'injections hautes et basses, alimentées toutes ici aussi au travers d'une pompe. Cette configuration convient tout particulièrement aux produits dont on veut éviter le déplacement, mais aussi la déformation, par exemple les steaks 3 0 hachés.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de refroidissement de produits, notamment alimentaires, de type tunnel, comprenant : - une enceinte isolée munie d'une entrée et d'une sortie ; - des moyens de convoyage (T) des produits entre l'entrée et la sortie ; - des moyens d'amenée (R) d'un liquide cryogénique à l'intérieur de l'enceinte pour permettre la mise en contact des produits avec ce liquide, moyens d'amenée comprenant une ou plusieurs rampes de projection du liquide sur les produits ; - et des moyens de ventilation (V), aptes à souffler du gaz froid sur les produits défilant, se caractérisant en ce que lesdits moyens d'amenée de liquide cryogénique comprennent des moyens de pompage (1), par lesquels transite le liquide cryogénique avant son entrée dans le tunnel, moyens de pompage positionnés au voisinage immédiat du tunnel pour permettre que la pression de liquide cryogénique qui alimente la ou les rampes de projection soit supérieure à 3 bars et allant jusqu'à 50 bars, se situant préférentiellement dans une gamme allant de 10 à 50 bars.
2. 2. Dispositif de refroidissement de produits selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, entre le réservoir de liquide cryogénique en amont, à partir duquel le tunnel est alimenté, et les moyens de pompage, un système de purge de la phase gaz contenu dans le cryogène ou encore un séparateur de phase, afin d'alimenter les moyens de pompage en un liquide cryogénique franc ou substantiellement franc.
3. 3. Dispositif de refroidissement de produits selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre, pour réaliser tout ou partie de la liaison entre les moyens de pompage et le point de connexion desdits moyens d'amenée sur le tunnel, une canalisation de structure bitubes concentriques isolée, apte à faire circuler le liquide cryogénique dans le tube intérieur, et àfaire circuler par le tube extérieur les gaz froids résultant de la purge ou de la séparation de phase.
4. 4. Procédé de refroidissement de produits, notamment alimentaires, dans un dispositif de type tunnel, dispositif qui comprend : - une enceinte isolée munie d'une entrée et d'une sortie ; - des moyens de convoyage (T) des produits entre l'entrée et la sortie ; - des moyens d'amenée d'un liquide cryogénique (R) à l'intérieur de l'enceinte pour permettre la mise en contact des produits avec ce liquide, moyens d'amenée comprenant une ou plusieurs rampes de projection du liquide sur les produits ; - et des moyens de ventilation (V), aptes à souffler du gaz froid sur les produits défilant, se caractérisant en ce que lesdits moyens d'amenée de liquide comprennent des moyens de pompage (1), par lesquels on fait transiter le liquide cryogénique avant son entrée dans le tunnel, moyens de pompage positionnés au voisinage immédiat du tunnel et en ce qu'ainsi on alimente la ou les rampes de projection en liquide cryogénique dont la pression est supérieure à 3 bars et allant jusqu'à 50 bars, se situant préférentiellement dans une gamme allant de 10 à 50 bars.
5. 5. Procédé de refroidissement de produits selon la revendication 4, caractérisé en ce que on met en oeuvre, entre le réservoir de liquide cryogénique en amont, à partir duquel le tunnel est alimenté, et les moyens de pompage, un système de purge de la phase gaz contenu dans le cryogène ou encore un séparateur de phase, et l'on alimente ainsi les moyens de pompage en un liquide cryogénique franc ou substantiellement franc.
6. 6. Procédé de refroidissement de produits selon la revendication 5, caractérisé en ce que on met en oeuvre, pour réaliser tout ou partie de la liaison entre les moyens de pompage et le point de connexion desdits moyens d'amenée sur le tunnel, une canalisation de structure bitubes concentriques isolée, et en ce que l'on fait circuler le liquide cryogénique dans le tubeintérieur tandis que l'on fait circuler par le tube extérieur les gaz froids résultant de la purge ou de la séparation de phase.
7. 7. Procédé de refroidissement de produits selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que on régule la température régnant à l'intérieur du tunnel de la façon suivante : a) on effectue une mesure représentative de la température du produit, telle qu'une mesure de la température de l'ambiance interne au tunnel, et l'on compare cette température mesurée avec une valeur de consigne ; b) on rétroagit le cas échéant, selon le résultat de cette comparaison, sur la pression de sortie des moyens de pompage par l'intermédiaire d'un variateur de vitesse ; c) on fait varier si nécessaire la hauteur de tout ou partie des rampes de projection dans le tunnel.15