FR2980956A1

FR2980956A1 - Systeme ameliorant les problemes de givrage dans les tunnels de surgelation par impaction

Info

Publication number: FR2980956A1
Application number: FR1158990A
Authority: FR
Inventors: Thierry Dubreuil; Didier Pathier
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2013-04-12
Anticipated expiration: 2031-10-05
Also published as: US20150027140A1; WO2013050680A1; FR2980956B1; AU2012320311A1; CN103841841A; EP2763556A1; BR112014007701A2

Abstract

Un procédé et un dispositif de refroidissement de produits alimentaires par jets impactant dans un tunnel, tunnel qui comporte / . un convoyeur des produits au sein du tunnel, . au moins une plaque, située en regard du convoyeur, et dotée d'orifices traversants, la ou les plaques étant situées au dessus et/ou au dessous du convoyeur ; . et au moins un moyen de soufflage d'un fluide froid au travers des orifices traversants et vers les produits, se caractérisant en ce que l'on procède, pendant tout ou partie des périodes de fonctionnement du tunnel et/ou pendant tout ou partie des périodes d'arrêt du tunnel à une opération de désobstruction de tout ou partie desdits orifices traversants, à l'aide d'un réseau de canalisations permettant de distribuer un gaz de soufflage en regard de l'ensemble desdits orifices traversants.

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 ou indirectes 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 directe des produits avec ce liquide (le plus couramment, ces moyens d'amenée comprennent des rampes de projection du liquide sur les produits) ou indirecte par le fait que le cryogène est injecté dans des échangeurs internes au tunnels (appelés communément dans ce métier «batteries froides »), le transfert du froid aux produits passant par un échange avec l'air interne du tunnel par l'intervention de moyens de ventilation associés à chaque batterie; - et des moyens de ventilation, aptes à souffler du gaz froid sur les produits défilant.

L'industrie agro-alimentaire est en permanence à la recherche d'appareils de plus en plus performants économiquement et en particulier de plus en plus compacts (utilisant le moins de surface au sol). Cela permet dans de nombreux cas d'augmenter la capacité de production d'un site donné sans investir dans de nouveaux bâtiments. Les tunnels de surgélation récents proposent ainsi des techniques de plus en plus élaborées pour augmenter la capacité de production tout en réduisant la surface au sol de l'équipement. Pour ce faire, les appareils récents à haute performance doivent augmenter le coefficient de transfert thermique avec le produit à surgeler. Dans le cas où une ventilation de gaz froid est utilisée pour transférer le froid de la source froide au produit, une technique commune consiste à augmenter la vitesse de ce gaz froid. Le gaz froid est alors mis sous pression et injecté sous forme de jets impactant directement sur le produit (on parle souvent d' « impingement » dans cette industrie). Le coefficient de transfert thermique est alors très élevé et la puissance frigorifique de la machine par unité de surface est également très élevée. Le document EP-1 449 443-Al illustre cet état de la technique de l'impaction.

Cette technique très intéressante présente cependant des inconvénients et difficultés techniques. La puissance de ventilation est souvent difficile à maitriser surtout après plusieurs heures de production, lorsque les caractéristiques du système de ventilation ont été modifiées par son encrassement (givre ou autre dépôt). Par ailleurs, le débit d'air et les vitesses de ventilation sont très importants, et l'on observe une dissymétrie dans la distribution du gaz froid, ce qui provoque des entrées d'air d'un coté de l'appareil et des sorties d'air de l'autre coté.

Il a été démontré que le givre provient de façon majoritaire d'infiltrations d'air extérieur. Ces infiltrations d'air du local de production dans le tunnel de surgélation s'accompagnent bien entendu d'une entrée de vapeur d'eau (humidité de l'air) qui va se déposer sous forme de givre à l'intérieur de la machine. Ainsi, cette mauvaise maitrise de l'équilibre des gaz provoque non seulement une surconsommation frigorifique et un surcout de production mais aussi un encrassement accéléré du système de ventilation des plaques produisant les jets impactant et éventuellement des échangeurs mis en place, ce qui provoque une auto-amplification du phénomène.

Il a été proposé dans la littérature différentes solutions pour améliorer cette situation de givrage excessif par la limitation des entrées d'air et notamment : - la mise en place de zones tampon en entrée/sortie de tunnel : cette solution se propose de combattre un des phénomènes observés dans de tels tunnels où lorsque les jets impactent à grande vitesse la sole, une partie de l'air froid se trouve expulsé en dehors du tunnel, la quantité d'air dans le tunnel étant constante, ceci crée automatiquement des infiltrations d'air chaud. La zone de chargement des produits dans le tunnel agit alors comme un « tuyau » qui guide le flux d'air mais qui ne réduit pas significativement les infiltrations d'air. On positionne alors une (ou plusieurs) zone tampon, immédiatement en aval de la zone de chargement pour l'une et immédiatement en amont de la sortie du tunnel pour la seconde, des zones tampon qui ne sont pas ventilées, ceci par des agrandissements de la coque externe du tunnel (de 50 cm à 1.5 m pour chaque zone en entrée et en sortie du surgélateur), créant ainsi de chaque coté un espace mort qui amortit les vitesses de gaz, ce qui réduit naturellement les entrées d'air et les sorties de gaz froids. Cependant, ce système présente un inconvénient majeur qui est d'augmenter l'encombrement de la machine, ce qui va en sens inverse de l'effet recherché initialement par l'adoption des jets impactant. - l'utilisation de rideaux physiques : cette solution consiste à placer des rideaux en plastique ou en inox aux entrée/sortie de l'appareil. Ces rideaux limitent en effet les entrées d'air et les sorties de gaz froids. Mais ils sont d'autant plus efficaces qu'ils obturent de manière conséquente les entrées du surgélateur. Dans la pratique, ils sont souvent peu efficaces car étant situés sur le passage des produits, ils ne peuvent pas obturer réellement les entrées/sorties. De plus, ils posent parfois des problèmes d'hygiène lorsqu'ils touchent les produits qui défilent. - l'utilisation de rideaux gazeux : cette solution consiste à installer en entrée et sortie de tunnel un système de soufflage d'air destiné à compenser le déséquilibre du tunnel. Ce système peut parfois donner des résultats satisfaisants lorsque le déséquilibre est très faible, en revanche lorsqu'il s'agit de compenser un déséquilibre moyen à fort, ce système n'a pas encore montré sa capacité à rétablir l'équilibre des gaz froids.

Néanmoins dans cette industrie alimentaire, il faut garder à l'esprit le fait qu'une des origines des entrées d'humidité est également liée à l'évaporation d'une partie de l'eau contenue dans le produit entrant lui-même, et tout particulièrement de certains produits entrants. Ainsi, le givre apparait plus ou moins rapidement au niveau des orifices d'impaction mais il apparait toujours, et le débit de gaz injecté diminue avec le temps tout comme l'efficacité thermique de la machine. On sait alors qu'il a été proposé dans la littérature d'autres types de solutions et notamment : - le fait d'ajouter une source de vibration sur les plaques qui supportent 10 les orifices. Si les vibrations sont suffisamment puissantes pour décoller le givre, cette technique peut s'avérer intéressante. Cependant, ces puissantes vibrations présentent en elles même plusieurs inconvénients : elles fragilisent la machine (les soudures, le châssis, mais aussi les éléments électriques tels moteurs, sonde de température, 15 capteurs...),II faut aussi signaler que le système générateur de vibrations peut présenter une fiabilité insuffisante lorsqu'il fonctionne dans une ambiance très froide, de plus le coût du système est assez élevé. - la solution qui consiste à créer de temps en temps des surpressions dans le système qui alimente les orifices. Cette surpression est capable de 20 débarrasser les orifices du givre qui les gênent si la pression est suffisamment élevée. L'inconvénient de cette technique est son coût : en effet, elle nécessite l'utilisation d'un système de ventilation surdimensionné capable de délivrer temporairement une puissance importante. - l'utilisation d'un système électrique permettant de chauffer localement 25 les orifices, mais une telle utilisation se révèle en pratique très difficile. On conçoit alors que pour conserver un bon niveau d'échange thermique dans ce type de machine, il serait intéressant de pouvoir libérer les orifices d'impaction sans avoir besoin d'arrêter ou de réchauffer la machine. 30 Comme on le verra plus en détail dans ce qui suit, la présente invention s'attache à proposer une nouvelle solution permettant d'éviter le colmatage par formation de givre au niveau des orifices formant les jets impactant, sans utilisation de vibration mécanique ni de chauffage, ceci par un système de distribution de gaz de soufflage (par exemple d'air) bien conçu et dimensionné. A cet effet, l'invention propose un dispositif de refroidissement de produits alimentaires par jets impactant comprenant un tunnel qui comporte : - un convoyeur des produits au sein du tunnel - au moins une plaque, située en regard (au dessus et/ou au dessous) du convoyeur, et dotée d'orifices traversants, - et au moins un moyen de soufflage d'un fluide froid par impaction au travers des orifices traversant et vers les produits, le dispositif comprenant un réseau de canalisations permettant de distribuer un gaz de soufflage au dessus de la plaque supérieure et/ou au dessous de la plaque inférieure qui est munie d'orifices traversants, tout ou partie des canalisations étant munies d'orifices d'injection ou de tubes d'injections, dont le positionnement dans le réseau permet de diriger du gaz de soufflage vers les orifices traversants de la ou les plaques, afin de permettre de désobstruer simultanément tout ou partie de ces orifices traversants. Comme on l'aura compris à la lecture de ce qui précède, le soufflage est ainsi effectué du coté où le givre s'accumule : en effet en pratique dans un tel tunnel par impaction, le givre s'accumule au dessus de la plaque supérieure et au dessous de la plaque inférieure (celle située sous le convoyeur telle que projetant du gaz froid vers le haut pour impacter la face inférieure des produits), c'est-à-dire que l'on souffle ainsi du coté de l'arrivée des gaz froids dans le système (et non pas du coté de la sortie des jets d'impaction).

Si l'on peut envisager selon l'invention de désobstruer une partie des orifices (par exemple 80 à 90% de ces orifices) on préférera positionner un réseau de soufflage permettant de désobstruer l'ensemble des orifices traversant. Dans le dispositif de l'invention, la ou les plaques dotée(s) d'orifices traversants sont avantageusement en acier inoxydable de qualité alimentaire. Ces plaques sont démontables afin de faciliter leur nettoyage après fonctionnement. On rencontre dans cette industrie des plaques de forme très variée et notamment celles-ci peuvent être planes ou en forme de 'V' ou encore ondulées. A titre purement illustratif, les orifices traversants de la plaque peuvent être également de forme variée et notamment en forme de cylindres, de ronds, de fentes éventuellement chanfreinées (individuelles reparties le long de la plaques ou encore de plusieurs fentes réparties sur la longueur de la plaque, chaque fente occupant la quasi-totalité de la largeur de la plaque), ou encore de cônes avec des bords chanfreinés ou arrondis. De façon courante mais non limitative, le moyen de soufflage du fluide est un ventilateur centrifuge entraîné par un moteur.

De même, le tunnel peut mettre en oeuvre des couples de plaques, une plaque supérieure et une plaque inférieure, situées parallèlement de part et d'autre du convoyeur, l'une au moins, de préférence les deux, étant dotée(s) d'orifices traversants, L'invention concerne également un procédé de refroidissement de produits alimentaires par jets impactant dans un tunnel, tunnel qui comporte - un convoyeur des produits au sein du tunnel, - au moins un plaque, située en regard du convoyeur, et dotée d'orifices traversants, la ou les plaques étant situées au dessus et/ou au dessous du convoyeur ; - et au moins un moyen de soufflage d'un fluide froid au travers des orifices traversants et vers les produits, le procédé se caractérisant en ce que l'on procède, pendant tout ou partie des périodes de fonctionnement du tunnel et/ou pendant tout ou partie des périodes d'arrêt du tunnel, à une opération de désobstruction de tout ou partie desdits orifices traversants, de la manière suivante : - on dispose d'un réseau de canalisations permettant de distribuer un gaz de soufflage au dessus d'une plaque supérieure et/ou au dessous d'une plaque inférieure qui est munie d'orifices traversants, tout ou partie des canalisations étant munies d'orifices d'injection ou de tubes d'injections, dont le positionnement dans le réseau permet de diriger du gaz de soufflage vers les orifices traversants de la ou les plaques, - on alimente ledit réseau de canalisation avec du gaz de soufflage pour désobstruer simultanément tout ou partie mais préférentiellement l'ensemble desdits orifices traversants.

La figure 1 annexée, en ses différentes vues (a), b), c)..) illustre par des représentations schématiques et partielles un mode de réalisation de l'invention où : - la plaque d'impaction se présente sous la forme d'un tôle d'inox ondulée en forme de V successifs, chaque V étant muni d'une rangée de fentes/orifices, éventuellement chanfreinées; - la figure 1 a) permet de visualiser la structure de plaque à 7 « V » ainsi que le dispositif de soufflage, en mode éclaté pour une meilleure lecture (la vue de droite de cette figure 1 a) fournit le détail d'un V); - la figure 1 b) permet de visualiser la plaque et le dispositif de soufflage 25 en mode rassemblé ; - la figure 1c) permet de visualiser une situation où les orifices traversant sont obstrués par du givre ; - tandis que la figure 1 d) permet de visualiser l'effet de l'arrivée d'un jet d'air comprimé dans chaque V permettant de désobstruer chaque orifice 30 traversant (ici à nouveau la vue de droite fournit le détail d'un V); - comme on le voit clairement sur ces figures, on dispose pour ce mode de réalisation d'un tube nourrisse, fermé à l'une de ses extrémités, d'un diamètre voisin de 40 mm, qui longe l'extrémité des V d'un coté de la plaque, et en face de chaque V on trouve un petit injecteur ou tube raccordé à la nourrisse (ici de diamètre intérieur voisin de 2 à 5 mm) qui injecte de l'air comprimé au sein du V. L'air injecté va donc d'abord toucher le premier orifice et le déboucher, puis le deuxième, puis le troisième etc. Ainsi, un injecteur débouche une ligne de plusieurs orifices sur une distance d'environ 200 à 600mm suivant la pression et le débit d'air injecté. - lorsque l'injection est ordonnée (comme on l'a vu que ce soit durant une phase de production du tunnel ou durant un période où il est arrêté, et que ce soit sur ordre ponctuel d'un opérateur ou à intervalles réguliers préprogrammés, ou sur instruction d'un automate suite à la réception d'une information représentative d'un état d'obturation des orifices, par exemple une mesure de pression dans la ventilation) l'accumulation de givre située en face de chaque tube d'injection est balayée par la puissance du jet d'air, le givre décollé est emporté par le flux d'air, le tunnel peut continuer à fonctionner normalement. - les injections de gaz de soufflage peuvent être très courtes compte tenu des pressions envisagées (typiquement quelques secondes par exemple entre 0.2 et 2 secondes).

La consommation d'air comprimé peut être optimisée en espaçant le plus possible les injections tout en conservant une efficacité thermique satisfaisante de la machine entre les injections. Pour limiter le nombre d'injecteur d'air comprimé, les orifices sont alignés et l'injection d'air comprimé est disposée de telle sorte qu'elle impacte une ligne de plusieurs d'orifices. Comme on l'a vu ci-dessus, pour ce mode de réalisation on a mis en place un seul tube nourrisse disposé d'un coté de la plaque, mais on peut bien évidemment envisager, selon notamment la taille de la plaque d'impaction, de mettre en oeuvre deux nourrisses, une de chaque coté de la plaque et l'on souffle alors dans les deux sens opposés.

Des plaques encore plus grandes qui nécessiteraient plus de deux tubes nourrisses (un à chaque bout et un par exemple en milieu de plaque) sont suffisamment rares pour que l'on ne s'attarde pas ici sur cette situation.

La figure 2 illustre par une représentation schématique partielle une variante de réalisation du tube nourrisse de la figure 1, d'alimentation de chaque V de la plaque d'impaction.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de refroidissement de produits alimentaires par jets impactant comprenant un tunnel qui comporte - un convoyeur des produits au sein du tunnel, - au moins une plaque, située en regard du convoyeur, et dotée d'orifices traversant, la ou les plaques étant située(s) au dessus et/ou au dessous du convoyeur ; - et au moins un moyen de soufflage d'un fluide froid au travers des orifices traversants et vers les produits, le dispositif comprenant un réseau de canalisations permettant de distribuer un gaz de soufflage au dessus d'une plaque supérieure qui est munie d'orifices traversants et/ou au dessous d'une plaque inférieure qui est munie d'orifices traversants, tout ou partie des canalisations étant munies d'orifices d'injection ou de tubes d'injection, dont le positionnement dans le réseau permet de diriger du gaz de soufflage vers les orifices traversants de la ou les plaques, afin de permettre de désobstruer simultanément tout ou partie des orifices traversant, préférentiellement l'ensemble de ces orifices traversant.
2. Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant en ce que la ou les plaques se présentent sous la forme d'un tôle d'inox ondulée en forme de V successifs, chaque V étant muni d'une rangée d'orifices éventuellement chanfreinés, et en ce que le réseau de canalisation comporte au moins un tube nourrisse, associé à chaque plaque, fermé à l'une de ses extrémités, longeant une des extrémités des V, et en ce qu'il comporte en face de chaque V un injecteur raccordé à la nourrisse et permettant d'injecter du gaz de soufflage au sein du V lui correspondant.
3. Procédé de refroidissement de produits alimentaires par jets impactant dans un tunnel, tunnel qui comporte - un convoyeur des produits au sein du tunnel,- au moins une plaque, située en regard du convoyeur, et dotée d'orifices traversants, la ou les plaques étant situées au dessus et/ou au dessous du convoyeur ; - et au moins un moyen de soufflage d'un fluide froid au travers des orifices traversants et vers les produits, le procédé se caractérisant en ce que l'on procède, pendant tout ou partie des périodes de fonctionnement du tunnel et/ou pendant tout ou partie des périodes d'arrêt du tunnel à une opération de désobstruction de tout ou partie desdits orifices traversants, de la manière suivante : - on dispose d'un réseau de canalisations (C) permettant de distribuer un gaz de soufflage au dessus d'une plaque supérieure qui est munie d'orifices traversants et/ou au dessous d'une plaque inférieure qui est munie d'orifices traversants, tout ou partie des canalisations étant munies d'orifices d'injection ou de tubes d'injections, dont le positionnement dans le réseau permet de diriger du gaz de soufflage vers les orifices traversants de la ou les plaques, - on alimente ledit réseau de canalisation avec du gaz de soufflage pour désobstruer simultanément tout ou partie des orifices traversant, préférentiellement l'ensemble de ces orifices traversant.