WO2013034826A1 - Systeme d'amelioration de l'equilibrage des gaz froids dans un tunnel de surgelation par la mise en œuvre de zones tampon et de volets interieurs - Google Patents

Systeme d'amelioration de l'equilibrage des gaz froids dans un tunnel de surgelation par la mise en œuvre de zones tampon et de volets interieurs Download PDF

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WO2013034826A1
WO2013034826A1 PCT/FR2012/051858 FR2012051858W WO2013034826A1 WO 2013034826 A1 WO2013034826 A1 WO 2013034826A1 FR 2012051858 W FR2012051858 W FR 2012051858W WO 2013034826 A1 WO2013034826 A1 WO 2013034826A1
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WO
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tunnel
products
cryogenic
buffer zone
zone
Prior art date
Application number
PCT/FR2012/051858
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English (en)
Inventor
Didier Pathier
Thierry Dubreuil
Mohammed Youbi-Idrissi
Antony Dallais
Jérôme Levy
Original Assignee
L'air Liquide,Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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    • 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
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • F25D3/11—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air with conveyors carrying articles to be cooled through the cooling space
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25D3/005—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies combined with heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25D2400/00—General features of, or devices for refrigerators, cold rooms, ice-boxes, or for cooling or freezing apparatus not covered by any other subclass
    • F25D2400/28—Quick cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25D2400/30—Quick freezing

Definitions

  • the present invention relates to the field of methods for cooling food products in tunnel-type appliances, putting into operation the method of cooling foodstuffs in tunnels. direct or indirect injections of a cryogenic fluid such as liquid nitrogen.
  • tunnels include:
  • cryogenic liquid means for supplying a cryogenic liquid inside the enclosure to allow direct contact of the products with this source of cryogenic cold (most commonly, these supply means comprise liquid projection ramps) on the products) or indirect by the fact that the cryogen is injected into internal exchangers tunnels (commonly called in this trade "cold batteries"), the transfer of cold products passing through an exchange with the internal air tunnel by the intervention of ventilation means associated with each battery;
  • the agri-food industry is constantly looking for increasingly economically efficient equipment and in particular increasingly compact (using the least floor space). This allows in many cases to increase the production capacity of a given site without investing in new buildings. Recent freezer tunnels thus offer increasingly sophisticated techniques to increase production capacity while reducing the ground surface of the equipment.
  • the ventilation power is often difficult to control especially after several hours of production, when the characteristics of the ventilation system have been modified by its fouling (frost or other deposit).
  • the air flow and the ventilation speeds are very important, and there is an asymmetry in the distribution of cold gas, which causes air inlets on one side of the device and outputs air on the other side.
  • frost comes mainly from external air infiltration. These infiltrations of air from the production room in the freezing tunnel are of course accompanied by an entry of water vapor (moisture of the air) which will be deposited in the form of frost inside the machine. .
  • this poor control of the equilibrium of the gases causes not only a refrigerated overconsumption and an additional cost of production but also an accelerated fouling of the ventilation system of the plates producing the impacting jets and possibly exchangers put in place, which causes a car -amplification of the phenomenon.
  • this solution proposes to combat one of the phenomena observed in such tunnels, where when the jets impact at high speed the sole, some of the cold air is expelled outside the tunnel, the amount of air in the tunnel being constant, this automatically creates infiltrations of hot air.
  • the product loading zone in the tunnel then acts as a "pipe" that guides the flow of air but does not significantly reduce air infiltration.
  • One (or more) buffer zone is then positioned, sort of advanced, immediately downstream of the loading zone for one and immediately upstream of the tunnel exit for the second, buffer zones that are not ventilated, this by enlarging the outer shell of the tunnel (from 50 cm to 1.5 m for each zone entering and leaving the freezer), creating on each side a dead space that dampens the gas velocities, which naturally reduces the air inlets and the cold gas outlets.
  • this system has a major drawback which is to increase the size of the machine, which goes in the opposite direction of the effect initially sought by the adoption of impacting jets.
  • the tunnel loading area consists of most of the cases in a simple structure of advance of the carpet, ie extension of the carpet upstream, to facilitate the loading by leaving time (ie the length of carpets) to arrange the items to be frozen in this advance / loading area.
  • this solution involves placing plastic or stainless steel curtains at the entrance / exit of the appliance. These curtains indeed limit the air inlets and the cold gas outlets. But they are all the more effective as they consistently close the entries of the freezer. In practice, they are often not very effective because being located on the passage of the products, they can not really close the entrances / exits. In addition, they sometimes pose hygiene problems when they touch the products that parade.
  • this solution consists of installing at the entrance and exit of the tunnel an air blowing system intended to compensate the imbalance of the tunnel. This system can sometimes give satisfactory results when the imbalance is very low, however when it comes to compensate for a medium to high imbalance, this system has not yet shown its ability to restore the balance of cold gases.
  • the present invention provides a novel tunnel structure that implements a combination of arrangements that synergistically cooperate for the purpose intended. Thanks to the combination proposed here, it is sought to dampen the speed of the gases in the inlet / outlet zones on the one hand and to restore on the other hand the balance of the cold gases inside the apparatus, to the very place where the imbalance is created. Indeed, the work carried out by the Applicant show that it is the combination of these two arrangements (provisions) that makes it possible to achieve the desired objective and restore the aeraulic balance of the tunnel:
  • the tunnel loading zone is melted with a buffer zone inserted between this loading zone and the first battery.
  • the infiltrations are reduced without increasing the footprint. This can be done by maintaining a simple, parallelepipedic design (shown schematically in Figure 2 attached).
  • this first arrangement can also be expressed by the fact that the buffer zone encroaches on at least part of the loading area by creating a "fused common area". In a preferred way according to the invention, the buffer zone encroaches on 10 to 90% of the loading zone.
  • this configuration acts statically on the gas inlets / outlets, by reducing the cold gas outlets and the air inlets. They are not deleted but diminished. This configuration can be compared to a brake for a vehicle.
  • a second, complementary configuration is then implemented, according to which devices are placed inside the tunnel, at the entry / exit and / or inside the tunnel, that can be described as ""shutters”,"splitters” or “baffles”, whose action is here on the contrary clearly dynamic: they create gas movements, the strength of which is higher or lower depending on the type of shutter and its location, allowing to modify the dynamic pressure of the indoor air in the considered zones and consequently to modify the direction of the air flows (effect of canalization of the flows), allowing to limit again the infiltrations of air to reach almost no entries .
  • two 1 ⁇ 2 flaps are positioned on the first impaction line of the first cold battery seen by the articles at the inlet and on the last impaction line of the last cold battery. seen by the articles at the exit (structure illustrated by the appended FIG. 3).
  • the present invention thus relates to a cryogenic cooling or cryogenic product freezing installation, comprising a cryogenic tunnel in which products to be cooled or frozen, circulating, the tunnel being of indirect injection type of a cryogenic fluid in exchangers (batteries) present in the internal space of the tunnel and distributed along the path of the products in the tunnel, the tunnel being equipped with means for injecting a cryogenic fluid and a first buffer zone, interposed between the loading zone of the tunnel and the first battery seen by the products, and a second buffer zone, located between the last battery seen by the products and the exit of the tunnel, characterized by the implementation of the following measures:
  • said first buffer zone encroaches on at least a part of the loading zone
  • the tunnel is equipped with at least one system shutters inside the tunnel, able to create gas movements inside the tunnel and change the direction of gas flows inside the tunnel.
  • the invention also relates to a cryogenic cooling or freezing process for products, the products to be cooled or deep-frozen circulating in a cryogenic tunnel, the tunnel being of the indirect injection type of a cryogenic fluid in exchangers (batteries) present in the internal space of the tunnel and distributed along the path of the products in the tunnel, the tunnel being equipped with means for injecting a cryogenic fluid and a first buffer zone, interposed between the loading zone of the tunnel and the first battery as seen from the products, and a second buffer zone, located between the last battery seen by the products and the exit of the tunnel, characterized in that the balancing of the cold gases in the tunnel is improved by the implementation following measures: said first buffer zone encroaches on at least a part of the loading zone;
  • the tunnel is provided with at least one system of shutters inside the tunnel, able to create gas movements inside the tunnel and to modify the direction of the gas flows inside this tunnel;
  • the balancing in question can be carried out automatically, by taking into account the measurement of a sensor that measures the imbalance of the cold tunnel gas (for example via a temperature measurement, or oxygen or even light) and the implementation of a computation loop coupled to a mechanical actuator that automatically positions the flap so that equilibrium is restored.
  • Figure 1 is a partial schematic view of the entrance area of a conventional tunnel of the prior art, for viewing the loading area, a buffer zone, and the first battery seen by the items entering the tunnel.
  • FIG. 2 is a partial schematic view of the entrance zone of a tunnel according to the present invention where the loading zone and the first buffer zone are partially fused.
  • FIG. 3 illustrates an embodiment of flap systems according to the invention, such as consisting of two 1 ⁇ 2 flaps positioned on the first impaction line of the first cold battery view by the items at the entrance and two 1 ⁇ 2-flaps positioned on the last impaction line of the last cold battery seen by the items at the exit.
  • FIG. 4 illustrates another embodiment of shutter systems according to the invention (in a partial schematic view from above of the first fan of the first battery seen by the products).
  • FIG. 5 shows, for the flap devices of FIG. 4 (on the first and on the last fan) the results of two adjustments making it possible to obtain an effect pushing the gases towards the right within the tunnel, or to the left within the tunnel when the controls are reversed.
  • Figure 6 in its different views (a) to g)) illustrates another embodiment of the invention by a shutter system (s) inside the tunnel.
  • FIG. 1 thus makes it possible to visualize the entry zone of a conventional tunnel, with its loading zone (ZC), and a buffer zone (ZT) interposed between the loading zone and the first impaction battery seen by the items entering the tunnel.
  • ZC loading zone
  • ZT buffer zone
  • the two incoming and outgoing arrows at the edge of the cargo area carpet symbolize the cold gas outlets and the outside air intakes in the tunnel.
  • FIG. 3 makes it possible to visualize an embodiment of flap systems according to the invention, such as consisting of two 1 ⁇ 2 flaps positioned on the first impaction line of the first cold battery seen by the items at the entrance. and on the last impaction line of the last cold battery seen by the items at the output.
  • Their inclination with respect to impacting jets makes it possible to bend more or less the direction of circulation of the cold gases.
  • the fact that the devices are independent in half (two half-flaps on the first battery, two half-flaps on the last battery) allows different inclinations for the one and the other of the halves and thus to counterbalance the lateral imbalance of pressure between the right side and the left side of each battery and therefore the tunnel.
  • the view a) is a side view (along the length) of the tunnel, between the entry E and the exit S, the reference 1 designating the partially fused zones of loading and buffer, whereas the reference 2 designates the buffer zone existing at the end of the tunnel.
  • the view b) is then an enlarged view of the entrance zone of the tunnel (the system of half-shutters is substantially identical on the exit zone), where V denotes a half-shutter which is displayed between two positions of distance, as actuated by an actuator A, here in this case a metal rod adapted to be locked in an appropriate position when the position of the half-flap can be fixed.
  • V denotes a half-shutter which is displayed between two positions of distance, as actuated by an actuator A, here in this case a metal rod adapted to be locked in an appropriate position when the position of the half-flap can be fixed.
  • FIG. 4 illustrates another embodiment of shutter systems in accordance with the invention.
  • the air flow is created by a fan located at the top of a distribution box.
  • the box distributes the cold gases vertically from top to bottom, it ends with a system that creates jets impacting cold gas (eg nozzles).
  • This set often has a slight asymmetry of distribution, even when the system has been manufactured in a symmetrical way.
  • the gases are then oriented not perfectly vertically but towards the front or the rear of the machine.
  • Figure 4 is a top view of the first fan
  • This flaps are movable and their angle can be modified by an operator located outside the machine or in an automated manner, for example by means of a sensor which measures the imbalance of the cold gases of the tunnel and a computation loop coupled to an actuator mechanics automatically positions the shutter so that the balance is restored.
  • the sensor used to measure the imbalance of cold tunnel gas may be based on a measurement of temperature, a measurement of light or oxygen levels in and out of the tunnel.
  • metal boxes 10 are added (typically stainless steel) around the first and of the last fan, closed on 3 sides, they are open on the inlet for the first fan and on the outlet for the last fan.
  • Adjustable vertical flaps 1 1 (actuated here by a system of rods 12) are arranged on each side of the boxes, between the first battery and the fused zone loading / buffer (the flaps can be sized only on the height of the box which encloses the fan but are preferably dimensioned over the entire height of the battery).
  • the flaps allow to obtain a ventilation equilibrium and minimum air inlets.
  • FIG. 5 in its views a) and b) (side views, along the length of the tunnel) makes it possible to better visualize, for the shutter devices of FIG. 4, the results of two adjustments making it possible to obtain a pushing effect. the gases to the right within the tunnel, or to the left within the tunnel when the controls are reversed:
  • FIG. 6 in its various views, illustrates another embodiment of the invention with a flap system (s) within the tunnel itself.
  • the or each of these flaps (we can position several of this type inside the tunnel) is formed of fixed parts above a given battery and below the portion carpet corresponding to it, and parts pivoting on both sides of the battery considered.
  • the air flow is created by a fan located at the top of a distribution box.
  • the box distributes the cold gases vertically from top to bottom, it ends with a system that creates jets impacting cold gas (eg nozzles). It is this assembly that often has a slight asymmetry of distribution, even when the system has been manufactured in a symmetrical way. The gases are then directed towards the front or the rear of the machine.
  • one or more shutters are installed in the machine, on the circuit rising cold gases. These shutters are mobile and their angle can be modified by an operator located outside the machine or in an automated manner. These flaps control the flow of gas rising on both sides of the distribution box. Depending on their position, the cold gases will be directed forwards or backwards so as to restore equilibrium with the downward flow. Thus, by way of illustration, if the boxes create a movement of the cold gases towards the front, the shutters will be oriented so that they create a movement of the cold gases towards the rear (opposite side) and of the same amplitude. Thus, in the machine, these two movements will cancel each other out and the cold gases will be at equilibrium in the tunnel. Air intakes and cold gas outlets will be virtually eliminated which is the goal.
  • the view a) schematizes the flow of gas down through the distribution box, while the view b) also schematizes the flow of gas naturally rising vertically on the sides of the distribution box, in this ideal situation cold gases are at the balance.
  • the view e) then schematically illustrates a case where the flow of gas down through the distribution box is unbalanced to the right, while the upward gas flow is naturally vertical on the sides of the distribution box (view f)), in this situation, there is an imbalance between the rising flow and the descending flow, the tunnel draws outside air by the left side.

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Abstract

Une installation de refroidissement ou surgélation cryogénique de produits, comprenant un tunnel cryogénique dans lequel circulent des produits à refroidir ou surgeler, le tunnel étant de type à injection indirecte d'un fluide cryogénique dans des échangeurs (batteries) présents dans l'espace interne du tunnel et répartis sur le parcours des produis dans le tunnel, le tunnel étant équipé de moyens d'injection d'un fluide cryogénique ainsi que d'une première zone tampon (ZT), intercalée entre la zone de chargement (ZC) du tunnel et la première batterie vue par les produits, et d'une seconde zone tampon, située entre la dernière batterie vue par les produits et la sortie du tunnel, se caractérisant par la mise en œuvre des mesures suivantes : ladite première zone tampon empiète sur au moins une partie de la zone de chargement; le tunnel est muni d'au moins un système de volets (V) intérieurs au tunnel, aptes à créer des mouvements de gaz à l'intérieur du tunnel et à modifier le sens des flux de gaz à l'intérieur de ce tunnel.

Description

SYSTEME D'AMELIORATION DE L'EQUILIBRAGE DES GAZ FROIDS DANS UN TUNNEL DE SURGELATION PAR LA MISE EN ŒUVRE DE ZONES TAMPON ET DE VOLETS INTERIEURS La présente invention concerne le domaine des procédés de refroidissement de produits alimentaires dans des appareils du type tunnels, mettant en œuvre 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 cette source de froid cryogénique (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 utilise souvent le terme « 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 alors elle aussi très élevée.
Cette technique très intéressante présente cependant des inconvénients techniques.
D'une part, la puissance de ventilation est souvent difficile à maîtriser 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 maîtrise de l'équilibre des gaz provoque non seulement une surconsommation frigorifique et un surcoût 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 d'entrées d'air, et notamment :
- la mise en place de zones tampon (schématisée dans la figure 1 annexée) : 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, sortes d'avancées , 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.
Comme on le sait, la zone de chargement du tunnel consiste la plupart des cas dans une structure simple d'avancée du tapis, i.e. de prolongation du tapis vers l'amont, permettant de faciliter le chargement en laissant du temps (i.e. de la longueur de tapis) pour disposer les articles à surgeler dans cette avancée/zone de chargement.
- 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.
Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, la présente invention propose une nouvelle structure de tunnel qui met en œuvre une combinaison d'arrangements qui coopèrent de façon synergétique en vue de l'objectif visé. Grâce à la combinaison proposée ici, on cherche à amortir la vitesse des gaz dans les zones d'entrée / sortie d'une part et à rétablir d'autre part l'équilibre des gaz froids à l'intérieur de l'appareil, à l'endroit même ou le déséquilibre est créé. En effet, les travaux menés par la Demanderesse montrent que c'est bien la combinaison de ces deux arrangements (dispositions) qui permet d'atteindre l'objectif visé et de rétablir l'équilibre aéraulique du tunnel :
- selon la première disposition, on réalise la fusion d'au moins une partie de la zone de chargement du tunnel avec une zone tampon intercalée entre cette zone de chargement et la première batterie. Ainsi, on réduit les infiltrations sans augmenter l'empreinte au sol. On peut pour cela conserver un design simple, parallélépipédique (schématisé en figure 2 annexée).
En d'autres termes on peut aussi exprimer cette première disposition par le fait que la zone tampon empiète sur au moins une partie de la zone de chargement en créant une « zone commune fusionnée ». De façon préférée selon l'invention la zone tampon empiète sur 10 à 90 % de la zone de chargement.
Sans être aucunement liés par les explications qui vont suivre, on peut penser que cette configuration agit de manière statique sur les entrées/sorties de gaz, en diminuant les sorties de gaz froids et les entrés d'air. Elles ne sont pas supprimées mais diminuées. Cette configuration peut être comparée à un frein pour un véhicule. - on met alors en œuvre également une seconde configuration, complémentaire, selon laquelle on positionne à l'intérieur du tunnel, au niveau des entrée / sortie et/ou à l'intérieur du tunnel, des dispositifs que l'on peut qualifier de « volets », de « répartiteurs » ou encore de « déflecteurs », dont l'action est ici au contraire clairement dynamique : ils créent des mouvements de gaz, dont la force est plus ou moins élevée selon le type de volet considéré et son emplacement, permettant de modifier la pression dynamique de l'air intérieur dans les zones considérées et par conséquences de modifier le sens des flux d'air (effet de canalisation des flux), permettant de limiter encore les infiltrations d'air pour atteindre des entrées quasi nulles.
Dans ce qui suit, nous proposons une série d'exemples de solutions techniques de mise en œuvre pour le dispositif « volets ». Ces solutions peuvent être combinées individuellement ou collectivement avec le premier dispositif « zones tampon » pour atteindre l'objectif visé.
A titre d'exemple de tels dispositifs « volets », on positionne deux ½ volets sur la première ligne d'impaction de la première batterie froide vue par les articles à l'entrée et sur la dernière ligne d'impaction de la dernière batterie froide vue par les articles à la sortie (structure illustrée par la figure 3 annexée).
Leur inclinaison par rapport aux jets permet d'infléchir plus ou moins le sens de l'air froid.
Le fait que les dispositifs soient indépendant par moitié permet des inclinaisons différentes pour l'une et l'autre des moitiés et ainsi de contrebalancer le déséquilibre latéral de pression entre le côté droit et le coté gauche du tunnel.
Ils peuvent être commandés manuellement (par exemple pour chaque recette de production : vitesse, forme du produit...) à l'aide d'une tige métallique et d'un blocage en position, ou bien être asservis à un système de commande automatique fonctionnant selon un algorithme qui commande l'angle d'ouverture/fermeture en fonction de paramètres mesurés tels que la température, la lumière ou le taux d'oxygène dans le tunnel. D'autres modes de réalisation de tels volets intérieurs au tunnel seront décrits plus loin dans la présente demande.
La présente invention concerne alors une installation de refroidissement ou surgélation cryogénique de produits, comprenant un tunnel cryogénique dans lequel circulent des produits à refroidir ou surgeler, le tunnel étant de type à injection indirecte d'un fluide cryogénique dans des échangeurs (batteries) présents dans l'espace interne du tunnel et répartis sur le parcours des produis dans le tunnel, le tunnel étant équipé de moyens d'injection d'un fluide cryogénique ainsi que d'une première zone tampon, intercalée entre la zone de chargement du tunnel et la première batterie vue par les produits, et d'une seconde zone tampon, située entre la dernière batterie vue par les produits et la sortie du tunnel, se caractérisant par la mise en œuvre des mesures suivantes :
- ladite première zone tampon empiète sur au moins une partie de la zone de chargement ;
- le tunnel est muni d'au moins un système de volets intérieurs au tunnel, aptes à créer des mouvements de gaz à l'intérieur du tunnel et à modifier le sens des flux de gaz à l'intérieur de ce tunnel.
L'invention concerne également un procédé de refroidissement ou surgélation cryogénique de produits, les produits à refroidir ou surgeler circulant dans un tunnel cryogénique, le tunnel étant de type à injection indirecte d'un fluide cryogénique dans des échangeurs (batteries) présents dans l'espace interne du tunnel et répartis sur le parcours des produis dans le tunnel, le tunnel étant équipé de moyens d'injection d'un fluide cryogénique ainsi que d'une première zone tampon, intercalée entre la zone de chargement du tunnel et la première batterie vue par les produits, et d'une seconde zone tampon, située entre la dernière batterie vue par les produits et la sortie du tunnel, se caractérisant en ce que l'on améliore l'équilibrage des gaz froids dans le tunnel par la mise en œuvre des mesures suivantes : - ladite première zone tampon empiète sur au moins une partie de la zone de chargement ;
- le tunnel est muni d'au moins un système de volets intérieurs au tunnel, aptes à créer des mouvements de gaz à l'intérieur du tunnel et à modifier le sens des flux de gaz à l'intérieur de ce tunnel ;
- et l'on actionne si nécessaire le dit système de volets pour rétablir l'équilibrage du tunnel, soit manuellement soit de façon automatisée telle qu'asservie par un système de commande automatique. L'équilibrage en question peut être effectué de façon automatisée, par la prise en compte de la mesure d'un capteur qui mesure le déséquilibre des gaz froids du tunnel (par exemple via une mesure de température, ou encore d'oxygène ou encore de lumière) et la mise en œuvre d'une boucle de calcul couplée à un actionneur mécanique qui positionne automatiquement le volet de telle sorte que l'équilibre soit rétabli.
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 de la zone d'entrée d'un tunnel classique de l'art antérieur, permettant de visualiser la zone de chargement, une zone tampon, et la première batterie vue par les articles entrant dans le tunnel.
la figure 2 est une vue schématique partielle de la zone d'entrée d'un tunnel conforme à la présente invention où zone de chargement et première zone tampon sont partiellement fusionnées.
la figure 3 (vues (a) et (b)) illustre un mode de réalisation de systèmes de volets selon l'invention, tels que constitués de deux ½ volets positionnés sur la première ligne d'impaction de la première batterie froide vue par les articles à l'entrée et de deux ½ volets positionnés sur la dernière ligne d'impaction de la dernière batterie froide vue par les articles à la sortie.
la figure 4 illustre un autre mode de mise en œuvre de systèmes de volets conformes à l'invention (dans une vue schématique partielle de dessus du premier ventilateur de la première batterie vue par les produits). la figure 5 (vues (a) et (b)) illustre, pour les dispositifs de volets de la figure 4 (sur le premier et sur le dernier ventilateur) les résultats de deux réglages permettant d'obtenir un effet poussant les gaz vers la droite au sein du tunnel, ou vers la gauche au sein du tunnel quand les commandes sont inversées.
La figure 6 en ses différentes vues (a) à g)) illustre un autre mode de mise en œuvre de l'invention par un système de volet(s) à l'intérieur du tunnel.
La figure 1 permet donc de visualiser la zone d'entrée d'un tunnel classique, avec sa zone de chargement (ZC), et une zone tampon (ZT) intercalée entre la zone de chargement et la première batterie d'impaction vue par les articles entrant dans le tunnel. Les deux flèches entrante et sortante au raz du tapis de la zone de chargement symbolisent les sorties de gaz froids et les entrées d'air extérieur dans le tunnel.
Conformément à l'invention, on procède (figure 2) à la fusion de tout ou partie de la zone de chargement et de la zone tampon, i.e au fait que la zone tampon empiète sur une large part de la zone de chargement, seul un morceau de convoyeur reste en dehors de la structure.
La figure 3 permet quant à elle de visualiser un mode de réalisation de systèmes de volets selon l'invention, tels que constitués de deux ½ volets positionnés sur la première ligne d'impaction de la première batterie froide vue par les articles à l'entrée et sur la dernière ligne d'impaction de la dernière batterie froide vue par les articles à la sortie. Leur inclinaison par rapport aux jets impactant permet d'infléchir plus ou moins le sens de circulation des gaz froids. Le fait que les dispositifs soient indépendants par moitié (deux demi-volets sur la première batterie, deux demi- volets sur la dernière batterie) permet des inclinaisons différentes pour l'une et l'autre des moitiés et ainsi de contrebalancer le déséquilibre latéral de pression entre le côté droit et le coté gauche de chaque batterie et donc du tunnel.
Dans cette figure 3, la vue a) est une vue de coté (sur la longueur) du tunnel, entre l'entrée E et la sortie S, la référence 1 désignant les zones partiellement fusionnées de chargement et tampon, tandis que la référence 2 désigne la zone tampon existant en sortie de tunnel.
La vue b) est alors une vue agrandie de la zone d'entrée du tunnel (le système de demi-volets est sensiblement identique sur la zone de sortie), où V désigne un demi-volet que l'on visualise entre deux positions d'écartement, tel qu'actionné par un actionneur A, ici en l'occurrence une tige métallique apte à être bloquée en position adéquate quand la position du demi-volet peut être figée.
Lorsque le volet V situé en entrée du tunnel est orienté vers la gauche de la figure, i.e en direction du centre de la machine, son extrémité dévie alors le premier jet d'air impactant. Ce dernier n'est donc plus vertical mais il est orienté vers l'intérieur du tunnel. Par effet d'entraînement, c'est tout l'air froid dans cette zone qui est finalement orienté vers l'intérieur du tunnel et un mouvement général d'entrée d'air dans cette zone est créé. Cela a pour conséquence de mettre toute l'enceinte froide du tunnel sous une légère pression et de créer une sortie de gaz froid du coté de la sortie du tunnel.
En revanche, lorsque le volet est tiré vers la droite de la figure, i.e vers l'extérieur, on ne note pas d'effet significatif sur les mouvements de gaz dans le tunnel.
Par contre, pour créer le mouvement inverse, on utilisera le volet situé en sortie du tunnel : en l'inclinant vers l'intérieur du tunnel, on crée une entrée d'air coté sortie et une sortie d'air coté entrée du tunnel. La figure 4 illustre alors un autre mode de réalisation de systèmes de volets conformes à l'invention.
Comme il est bien connu de l'homme du métier, dans un appareil à jets impactant, le flux d'air est créé par un ventilateur situé en haut d'un caisson de distribution. Le caisson distribue verticalement les gaz froids de haut en bas, il se termine par un système qui crée les jets impactant de gaz froid (par exemple des tuyères). Cet ensemble présente souvent une légère dissymétrie de distribution, même lorsque le système a été fabriqué de manière bien symétrique. Les gaz sont alors orientés non pas parfaitement verticalement mais vers l'avant ou l'arrière de la machine.
Pour compenser cela, on propose ici de canaliser l'aspiration du premier et du dernier ventilateur dans le tunnel (la figure 4 est une vue de dessus du premier ventilateur) et l'on place pour cela un ou plusieurs volets de part et d'autre de ces batteries froides pour mettre en légère dépression les zones d'entrée et de sortie. Ces volets sont mobiles et leur angle peut être modifié par un opérateur situé à l'extérieur de la machine ou de façon automatisée, par exemple grâce à un capteur qui mesure le déséquilibre des gaz froids du tunnel et une boucle de calcul couplée à un actionneur mécanique positionne automatiquement le volet de telle sorte que l'équilibre soit rétabli. Le capteur utilisé pour mesurer le déséquilibre des gaz froids du tunnel pourra être basé sur une mesure de température, une mesure de lumière ou encore de taux d'oxygène en entrée et sortie de tunnel.
Ces volets contrôlent le flux de gaz venant des zones d'entrée, de sortie et venant de l'intérieur du tunnel. Suivant leur position, les gaz froids seront orientés vers l'extérieur ou l'intérieur du tunnel. Les volets ajustés en position intermédiaire permettent d'obtenir un équilibre aéraulique et des entrées d'air minimum.
Comme on le visualise sur la figure 4, qui est une vue schématique partielle de dessus du premier ventilateur (le dispositif est identique pour le dernier ventilateur de la dernière batterie vue par les articles en sortant), on ajoute des caissons métalliques 10 (typiquement en inox) autour du premier et du dernier ventilateur, fermés sur 3 côtés, ils sont ouverts sur l'entrée pour le premier ventilateur et sur la sortie pour le dernier ventilateur.
Des volets verticaux orientables 1 1 (actionnés ici par un système de tiges 12) sont disposés de chaque côté des caissons, entre la première batterie et la zone fusionnée chargement/tampon (les volets peuvent être dimensionnés seulement sur la hauteur du caisson qui enserre le ventilateur mais sont préférentiel lement dimensionnés sur toute la hauteur de la batterie).
Lorsque les volets sont ouverts, l'air circule librement à l'aspiration du ventilateur et la dépression est modérée, ce qui favorise la sortie de gaz froids. En revanche, lorsque les volets sont fermés, une forte dépression est créée à l'aspiration du ventilateur ce qui favorise les entrées d'air dans le tunnel pour aller combler cette dépression.
Comme signalé ci-dessus, ajustés en position intermédiaire les volets permettent d'obtenir un équilibre aéraulique et des entrées d'air minimum.
Et la figure 5 en ses vues a) et b) (vues de coté, sur la longueur du tunnel) permet de mieux visualiser, pour les dispositifs de volets de la figure 4, les résultats de deux réglages permettant d'obtenir un effet poussant les gaz vers la droite au sein du tunnel, ou vers la gauche au sein du tunnel quand les commandes sont inversées :
- dans la vue a) on favorise un effet poussant vers la droite : les volets coté droit sont ouverts tandis que les volets coté gauche sont fermés.
A gauche, les volets étant fermés, les flux d'air sont équilibrés dans la partie basse et fortement déséquilibrés dans la partie haute à l'aspiration : La résultante de ces flux est un mouvement horizontal des gaz froids allant vers la droite.
A droite, les volets étant ouverts, les flux d'air sont équilibrés en partie haute et basse. - dans la vue b) les commandes de volets étant inversées on favorise un effet poussant les gaz vers la gauche (les volets de droite sont fermés, les volets de gauche sont ouverts).
La figure 6, en ses différentes vues, illustre quant à elle un autre mode de réalisation de l'invention avec un système de volet(s) à l'intérieur même du tunnel.
Comme on va le décrire grâce à ces vues, le ou chacun des ces volets (on peut en positionner plusieurs de ce type à l'intérieur du tunnel) est formé de parties fixes au dessus d'une batterie donnée et en dessous de la portion de tapis lui correspondant, et de pièces pivotant sur les deux cotés de la batterie considérée.
En effet on s'attache ici à rétablir l'équilibre des gaz froids à l'intérieur de l'appareil, à l'endroit même où le déséquilibre est créé.
Comme on l'a déjà signalé plus haut, dans un appareil à jets impactant, le flux d'air est créé par un ventilateur situé en haut d'un caisson de distribution. Le caisson distribue verticalement les gaz froids de haut en bas, il se termine par un système qui crée les jets impactant de gaz froid (par exemple des tuyères). C'est cet ensemble qui présente souvent une légère dissymétrie de distribution, même lorsque le système a été fabriqué de manière bien symétrique. Les gaz sont alors orientés vers l'avant ou l'arrière de la machine.
Pour compenser cela, on utilise le flux montant des deux coté du caisson de distribution pour rétablir la situation. Pour cela, un ou plusieurs volets sont installés dans la machine, sur le circuit montant des gaz froids. Ces volets sont mobiles et leur angle peut être modifié par un opérateur situé à l'extérieur de la machine ou de façon automatisée. Ces volets contrôlent le flux de gaz montant sur les deux cotés du caisson de distribution. Suivant leur position, les gaz froids seront orientés vers l'avant ou vers l'arrière de manière à rétablir l'équilibre avec le flux descendant. Ainsi à titre illustratif, si les caissons créent un mouvement des gaz froids vers l'avant, on orientera les volets de telle sorte qu'ils créent un mouvement des gaz froids vers l'arrière (coté opposé) et de même amplitude. Ainsi, dans la machine, ces deux mouvements s'annuleront et les gaz froids seront à l'équilibre dans le tunnel. Les entrées d'air et les sorties de gaz froids seront pratiquement supprimées ce qui est le but recherché.
Les vues annexées sont alors les suivantes :
- la vue a) schématise le flux de gaz descendant à travers le caisson de distribution, tandis que la vue b) schématise également le flux de gaz remontant naturellement verticalement sur les cotés du caisson de distribution, dans cette situation idéale les gaz froids sont à l'équilibre.
- on ajoute alors un volet (vues c) et d)) qui comme on l'a dit, est formé de parties fixes au dessus d'une batterie donnée et en dessous de la portion de tapis lui correspondant, et de pièces pivotantes sur les deux cotés de la batterie considérée (vue d)).
- la vue e) illustre alors de façon schématique un cas où le flux de gaz descendant à travers le caisson de distribution est déséquilibré vers la droite, alors que le flux de gaz remontant est lui naturellement vertical sur les cotés du caisson de distribution (vue f)), dans cette situation, il y a déséquilibre entre le flux montant et le flux descendant, le tunnel aspire de l'air extérieur par le coté gauche.
L'ajout du volet conforme à l'invention (vue g)) tel qu'orienté de façon adéquate (figure 6 g)) induit un mouvement du gaz montant vers la gauche, qui rétabli l'équilibre.

Claims

Revendications
1. Installation de refroidissement ou surgélation cryogénique de produits, comprenant un tunnel cryogénique dans lequel circulent des produits à refroidir ou surgeler, le tunnel étant de type à injection indirecte d'un fluide cryogénique dans des échangeurs (batteries) présents dans l'espace interne du tunnel et répartis sur le parcours des produis dans le tunnel, le tunnel étant équipé de moyens d'injection d'un fluide cryogénique ainsi que d'une première zone tampon (ZT), intercalée entre la zone de chargement (ZC) du tunnel et la première batterie vue par les produits, et d'une seconde zone tampon, située entre la dernière batterie vue par les produits et la sortie du tunnel, se caractérisant par la mise en œuvre des mesures suivantes :
- ladite première zone tampon empiète sur au moins une partie de la zone de chargement ;
- le tunnel est muni d'au moins un système de volets (V) intérieurs au tunnel, aptes à créer des mouvements de gaz à l'intérieur du tunnel et à modifier le sens des flux de gaz à l'intérieur de ce tunnel.
2. Procédé de refroidissement ou surgélation cryogénique de produits, les produits à refroidir ou surgeler circulant dans un tunnel cryogénique, le tunnel étant de type à injection indirecte d'un fluide cryogénique dans des échangeurs (batteries) présents dans l'espace interne du tunnel et répartis sur le parcours des produis dans le tunnel, le tunnel étant équipé de moyens d'injection d'un fluide cryogénique ainsi que d'une première zone tampon (ZT), intercalée entre la zone de chargement (ZC) du tunnel et la première batterie vue par les produits, et d'une seconde zone tampon, située entre la dernière batterie vue par les produits et la sortie du tunnel,
se caractérisant en ce que l'on améliore l'équilibrage des gaz froids dans le tunnel par la mise en œuvre des mesures suivantes :
- ladite première zone tampon empiète sur au moins une partie de la zone de chargement ; - le tunnel est muni d'au moins un système de volets (V) intérieurs au tunnel, aptes à créer des mouvements de gaz à l'intérieur du tunnel et à modifier le sens des flux de gaz à l'intérieur de ce tunnel ;
- et l'on actionne si nécessaire le dit système de volets pour rétablir l'équilibrage du tunnel, soit manuellement soit de façon automatisée telle qu'asservie par un système de commande automatique.
3. Procédé selon la revendication 2, se caractérisant en ce que l'équilibrage est effectué de façon automatisée, par la prise en compte de la mesure d'un capteur qui mesure le déséquilibre des gaz froids du tunnel et la mise en œuvre d'une boucle de calcul couplée à un actionneur mécanique qui positionne automatiquement le volet de telle sorte que l'équilibre soit rétabli.
4. Procédé selon la revendication 3, se caractérisant en ce que ledit capteur effectue une mesure de température, d'oxygène ou de lumière.
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