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EP2041026B1 - Système d'injection de fluide cryogénique permettant le traitement de produits en vrac et procédé de refroidissement le mettant en oeuvre - Google Patents

Système d'injection de fluide cryogénique permettant le traitement de produits en vrac et procédé de refroidissement le mettant en oeuvre Download PDF

Info

Publication number
EP2041026B1
EP2041026B1 EP07803959.1A EP07803959A EP2041026B1 EP 2041026 B1 EP2041026 B1 EP 2041026B1 EP 07803959 A EP07803959 A EP 07803959A EP 2041026 B1 EP2041026 B1 EP 2041026B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
injection device
cryogenic fluid
central
channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP07803959.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP2041026B2 (fr
EP2041026A2 (fr
Inventor
Hervé Flamant
Olivier Pouchain
Jacques Fouche
Jo Algoet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=37928620&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP2041026(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Priority to PL07803959.1T priority Critical patent/PL2041026T5/pl
Publication of EP2041026A2 publication Critical patent/EP2041026A2/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP2041026B1 publication Critical patent/EP2041026B1/fr
Publication of EP2041026B2 publication Critical patent/EP2041026B2/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/12—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using solidified gases, e.g. carbon-dioxide snow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/30—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages
    • B05B1/3033—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages the control being effected by relative coaxial longitudinal movement of the controlling element and the spray head
    • B05B1/3073—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages the control being effected by relative coaxial longitudinal movement of the controlling element and the spray head the controlling element being a deflector acting as a valve in co-operation with the outlet orifice
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/30—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages
    • B05B1/32—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages in which a valve member forms part of the outlet opening
    • B05B1/323—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages in which a valve member forms part of the outlet opening the valve member being actuated by the pressure of the fluid to be sprayed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B15/00—Details of spraying plant or spraying apparatus not otherwise provided for; Accessories
    • B05B15/60—Arrangements for mounting, supporting or holding spraying apparatus
    • B05B15/65—Mounting arrangements for fluid connection of the spraying apparatus or its outlets to flow conduits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/90—Heating or cooling systems
    • B01F2035/98—Cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/90—Heating or cooling systems
    • B01F35/91—Heating or cooling systems using gas or liquid injected into the material, e.g. using liquefied carbon dioxide or steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a device for injecting, in a chamber, a cryogenic fluid under a pressure greater than that prevailing in the chamber.
  • a known device for the implementation of this method comprises several injection devices, arranged in the bottom of the tank, and supplied with liquid CO 2 by a set of pipes, this assembly being provided with a common control valve, unique.
  • the pipes connecting the valve to the injection devices are flexible, which allows disassembly, and therefore accelerates the restart of the system. This disassembly is however a relatively long and painful operation.
  • a device for injecting into a chamber a liquid capable of solidifying by expansion is known from the document EP-A-376 823 .
  • the patent EP-744,578 describes an injection device to avoid the disadvantages caused by clogging incidents under normal conditions of use. This device is such that the connection between the shut-off valve and the injection nozzle is calculated so that a plug possibly formed in said connection and said nozzle following a closure of the injection valve can be expelled to the chamber by the pressurized liquid when reopening the injection valve.
  • the device does not have means to prevent plug formation, but the expulsion of this plug is possible from the restart, so that it is possible to proceed to a new injection to any time after the end of an earlier period of injection.
  • this device can be plugged by the entry of the material to be cooled in the injection device, and therefore the use of this device is limited to the cooling of solid product.
  • the present invention relates to an injection device intended to be fixed on the lower part of a container containing a product to be cooled in bulk, said injection device comprising a hollow cylindrical body into which is inserted a valve forced by a spring, said injection device comprising a through channel substantially parallel to said valve to be supplied with cryogenic fluid under pressure, one end of said through channel being connected to the cryogenic fluid supply system and the opposite end opening at the seat of the valve.
  • the spring is calibrated so that the valve can not slide without being subjected to a pressure of the cryogenic fluid at least equal to a threshold pressure.
  • a pressure of the cryogenic fluid at least equal to a threshold pressure.
  • the device according to the invention it is impossible for the material contained in the enclosure can be introduced into the device and create fillings requiring disassembly and cleaning, whatever the physical state of this material.
  • the device according to the invention is therefore suitable for cooling product both in liquid form, pasty, solid or granular.
  • pasty product any product whose viscosity is between liquid and solid.
  • the device may advantageously replace the cooling devices from the top of the tanks containing liquid or powdery products for which the systems of the prior art cooling down were not suitable.
  • the cryogenic fluid used is liquid nitrogen or liquid CO 2 especially when the product to be cooled is a food product.
  • the device according to the invention can be implemented with any type of cryogenic fluid.
  • the device may comprise several transverse channels, one of whose ends opens at the seat of the valve.
  • the device comprises n through channels, n being between 1 and 20, an even number, their number increases when the pressure of use of the cryogenic fluid decreases, said channels being arranged symmetrically with respect to the longitudinal axis of the valve.
  • two channels are arranged symmetrically with respect to the longitudinal axis of the valve.
  • the device of the invention is subject to very large temperature differences. Indeed, the wall of the enclosure to which the device is attached is generally at room temperature, while the opposite portion of the device which receives the cryogenic fluid supply is at a temperature of -196 ° C. Icing phenomena on the external surface of the enclosure are therefore inevitable. There may therefore be sticking on the frosted wall of the enclosure of the material to be cooled. The icing points become points of attachment of the product contained in the enclosure. These points become larger and end up closing the valve, no longer allowing the injection of cryogenic fluid.
  • the thermal break may be made of any insulating material, in particular polymer resin or any other insulating plastic material.
  • the various constituent elements are made of steel, preferably of steel stainless steel with the exception of the thermal bridge which is made of an insulating material.
  • the various constituent elements are held together by means of a quick disassembly coupling or screw-type or bayonet type or the like.
  • the device according to the invention must be able to be disassembled with a view in particular to calibrating the spring forcing the valve, or cleaning which is obligatory in the case of food products and which may be made necessary by abnormal operation or else by pollution. accidental.
  • the device is connected to the cryogenic fluid supply via a flexible fluid conduit. This is to allow quick disassembly. Indeed, the flexible conduit does not have to be removed for cleaning.
  • the cleaning is further facilitated by the maintenance of the various component parts using a rapid mechanical maintenance system ("quick" connection).
  • a rapid mechanical maintenance system (“quick" connection).
  • the device of the invention being intended to be used under pressure, means are provided so that only authorized personnel can disassemble the device.
  • the constituent parts of the device are fixed together by means of tamper-proof screws and a whiplash-proof cable is fixed on the one hand to the flexible hose, on the other hand on both sides of the hose. "quick" connection, on the lower part of the device and on the upper part of it. The withdrawal of the whiplash antibody cable is only possible by using a specific key whose use is reserved for authorized persons.
  • the device according to the invention is fixed tangentially on the previously perforated wall of the enclosure.
  • the enclosure is a kneader
  • part of the cryogenic fluid is already converted into a solid before coming into contact with the mass to be cooled.
  • the cryogenic solid is formed as soon as the fluid hits the seat of the valve in the space between the seat and the support. In view of the fact that it is the cryogenic solid which comes into contact with the material to cool the cooling efficiency is therefore greater than that obtained with the devices of the prior art.
  • the product can of course be in motion in the enclosure, which promotes heat exchange and thus the cooling of the contents.
  • the device according to the invention is fixed on the lower part of the mixing tank.
  • the figure 1 shows the lower part of an enclosure 1 on the wall of which are fixed, preferably by welding, two cryogenic fluid injection devices 3 according to the invention.
  • the devices 3 are connected by a flexible pipe 4 and a heat-insulated pipe 5 to a solenoid valve 6 allowing the opening and closing of the cryogenic fluid supply.
  • the figure 2 shows in more detail an injection device 3, comprising an upper part 7 whose free end 8 is intended to be fixed on the outer wall of an enclosure, and a lower part 9, the two parts being connected by a coupling 10.
  • a flexible hose 4 At the lower part 9 of said device 3 is connected a flexible hose 4.
  • a whiplash antibody cable 11 connecting the flexible hose 4, the lower part 9 and the upper part 7. This cable is fixed with hooks 12 so that only authorized persons can undo for example for disassembly.
  • the injection device 3 comprises a body composed of two parts made integral, the lower part 9 and the upper part 7.
  • the upper part itself consists of 3 elements, a substantially cylindrical outer wall 14 of stainless steel, one end indirectly comes to bear on the lower part 9 and whose other end is intended to be fixed on the wall of the enclosure.
  • thermal bridge also hollow, insulating, inside which is disposed a third element 16 made of stainless steel crossed at its center by the valve 17 and by two through-channels 18 opening on the beveled upper part of the part 16 intended to receive the seat 13 of the valve 17.
  • the central through opening of the part 16 comprises three zones, a central zone 19a of diameter substantially equal to that of the valve so that the valve can be slidably placed in this zone and a lower zone 19b of greater diameter, of so that it can receive around the axis of the valve spring 19 forcing it.
  • This spring 19 being maintained by the shoulder 20 formed between the zones 19a and 19b.
  • the zone 19c is of beveled shape, of larger diameter at its free end, the shape of the bevel being adapted to sealingly receive the seat of the valve when the valve is forced by the spring.
  • the lower part 9 is in turn made of a single element made of stainless steel, generally cylindrical. This part comprises a central blind recess 21 which when the device is mounted coincides with the opening 19b of the upper part. This recess is intended to receive the end of the valve held by the spring 19 and the setting nut 22 of the spring.
  • the lower part 9 is fixed to the central part 16 by screws 27 and 28.
  • the screw 28 is an anti-disassembly screw allowing compliance with the safety standards of the devices under pressure.
  • the parts 14 and 15 are made integral with the part 9 by the connection 10 (shown on the figure 2 ).
  • the connector 10 is a quick disconnect fitting. It could also be screw-type or bayonet type or the like.
  • the valve 6 In operation, the valve 6 is open, and the cryogenic fluid is sent by the pipes 5 and the hose 4 into the interior of the device 3, through the channel 25 and each of the channels 18.
  • the pressurized fluid then exerts a pressure on the seat of the valve, a space is then formed between the portion 19c and the seat of the valve.
  • the cryogenic solid begins to form in this space by the shock between the fluid and the seat of the valve, and is forced inside the enclosure.
  • the valve 6 When it is necessary to stop the supply of cryogenic fluid, the valve 6 is closed.
  • the invention also relates to the use of an injection device as described above for the cooling of bulk product.
  • It also relates to a method of cooling bulk material contained in an enclosure, according to which a cryogenic fluid is injected into the core of the material to be cooled using at least one injection device, preferably m devices. injection symmetrically distributed in the lower part of the enclosure, m being an integer between 2 and 20, preferably an even number.
  • the enclosure is a mixer.
  • the method is particularly well suited for cooling any type of material regardless of its physical state, especially for products, liquid, pasty, solid or powdery.

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Description

  • La présente invention est relative à un dispositif destiné à injecter, dans une enceinte, un fluide cryogénique, sous une pression supérieure à celle qui règne dans l'enceinte.
  • Il est connu de refroidir le contenu d'un malaxeur ou d'un pétrin en introduisant du CO2 liquide ou de l'azote liquide (LN2) à la base de la cuve du malaxeur ou pétrin. Le CO2 liquide, introduit sous pression par l'intermédiaire d'une buse d'injection, se transforme, dès sa détente, dans la buse, en solide (neige carbonique), et en gaz froid. Le solide se mélange au contenu du malaxeur et le refroidit, cependant que le gaz froid contribue également au refroidissement en traversant l'ensemble de la masse contenue dans la cuve.
  • Un dispositif connu pour la mise en oeuvre de ce procédé comporte plusieurs dispositif d'injections, disposés dans le fond de la cuve, et alimentés en CO2 liquide par un ensemble de canalisations, cet ensemble étant pourvu d'une vanne de commande commune, unique.
  • Lors d'une fermeture de la vanne, le CO2 liquide qui se trouve dans les canalisations en aval de cette vanne ne peut être évacué très rapidement par les dispositif d'injections, et, lorsque la pression tombe au-dessous de 5,18 bars environ dans les canalisations, il se transforme en neige carbonique dans ces canalisations qui sont ainsi obstruées. Il est donc impossible de reprendre l'injection tant que cette neige n'a pas disparu en se transformant en gaz par réchauffement.
  • Le document US-3 848 624 illustre l'état de la technique des vannes de régulation du débit de fluides cryogéniques diphasiques liquide/solide.
  • On peut prévoir que les conduites reliant la vanne aux dispositif d'injections sont flexibles, ce qui permet un démontage, et par conséquent permet d'accélérer la remise en marche du système. Ce démontage est cependant une opération relativement longue et pénible.
  • Les mêmes inconvénients subsistent si, au lieu d'une vanne commune à tous les dispositif d'injections, il est prévu plusieurs vannes indépendantes, reliées chacune à un dispositif d'injection par un conduit flexible distinct : des bouchages se produisent alors dans le conduit flexible.
  • Il a été constaté que les bouchages se produisent lorsque la pression du CO2 liquide devient inférieure à 14 bars, ce qui arrive assez fréquemment lorsqu'on utilise des récipients de stockage dits "super-isolés", qui sont par ailleurs souvent préférés dans le but de limiter les pertes thermiques.
  • Un dispositif destiné à injecter dans une enceinte un liquide susceptible de se solidifier par détente est connu du document EP-A-376 823 .
  • Le Brevet EP-744 578 décrit un dispositif d'injection permettant d'éviter les inconvénients provoqués par les incidents de bouchage dans les conditions normales d'utilisation. Ce dispositif est tel que la liaison entre la vanne d'arrêt et la buse d'injection est calculée pour qu'un bouchon éventuellement formé dans ladite liaison et ladite buse à la suite d'une fermeture de la vanne d'injection puisse être expulsé vers l'enceinte par le liquide sous pression lors de la réouverture de la vanne d'injection.
  • Ainsi le dispositif ne comporte pas de moyens pour empêcher la formation de bouchon, mais l'expulsion de ce bouchon est possible dès la remise en marche, si bien qu'il est possible de procéder à une nouvelle injection à n'importe quel moment après la fin d'une période antérieure d'injection. Cependant, il s'avère que ce dispositif peut être bouché par l'entrée de la matière à refroidir dans le dispositif d'injection, et de ce fait l'utilisation de ce dispositif est limitée au refroidissement de produit solide.
  • Il existe donc un réel besoin en un dispositif d'injection de fluide cryogénique ne présentant pas les problèmes rencontrés avec les dispositifs de l'art antérieur et pouvant permettre le refroidissement de tout type de produit quel que soit son état physique.
  • Ainsi la présente invention porte sur un dispositif d'injection destiné à être fixé sur la partie inférieure d'un récipient contenant un produit à refroidir en vrac, ledit dispositif d'injection comprenant un corps cylindrique creux dans lequel est insérée une soupape forcée par un ressort, ledit dispositif d'injection comprenant un canal traversant sensiblement parallèle à ladite soupape destiné à être alimenté en fluide cryogénique sous pression, une extrémité dudit canal traversant étant relié au système d'alimentation en fluide cryogénique et l'extrémité opposée débouchant au niveau du siège de la soupape.
  • Le ressort est taré de telle sorte que la soupape ne puisse pas coulisser sans être soumise à une pression du fluide cryogénique au moins égale à une pression seuil. Ainsi dès que la pression de fluide cryogénique est inférieure à un seuil déterminé, la pression nécessaire pour faire coulisser la soupape ne sera plus atteinte et le siège de soupape se repositionnera de façon étanche contre la paroi support.
  • Grâce au dispositif conforme à l'invention, il est impossible que de la matière contenue dans l'enceinte puisse s'introduire dans le dispositif et créer des obturations nécessitant un démontage et nettoyage, et ce quelque soit l'état physique de cette matière.
  • Le dispositif selon l'invention est donc adapté au refroidissement de produit aussi bien sous forme liquide, que pâteuse, solide ou granulaire.
  • Par « produit pâteux », on entend tout produit dont la viscosité est comprise entre liquide et solide.
  • Le dispositif pourra avantageusement remplacer les dispositifs de refroidissement par le haut des cuves contenant des produits liquides ou pulvérulents pour lesquels les systèmes de l'art antérieur de refroidissement par le bas n'étaient pas adaptés.
  • Le fluide cryogénique utilisé est de l'azote liquide ou du CO2 liquide notamment quand le produit à refroidir est un produit alimentaire. Cependant, le dispositif selon l'invention peut être mis en oeuvre avec tout type de fluide cryogénique.
  • Le choix du ressort et son tarage sont bien entendu fonction du fluide cryogénique qui est utilisé. Ainsi pour de l'azote il doit pouvoir être taré typiquement entre 0 et 7 bars et pour le CO2 jusqu'à 25 bars.
  • Afin d'optimiser le fonctionnement de la soupape, le dispositif peut comporter plusieurs canaux tranversaux dont l'une des extrémités débouche au niveau du siège de la soupape. Ainsi, selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif comprend n canaux traversant, n étant compris entre 1 et 20,un nombre pair,leur nombre augmente lorsque la pression d'utilisation du fluide cryogénique diminue, lesdits canaux étant disposés symétriquement par rapport à l'axe longitudinal de la soupape. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, deux canaux sont disposés symétriquement par rapport à l'axe longitudinal de la soupape.
  • Le dispositif de l'invention est soumis à des différences de températures très importantes. En effet, la paroi de l'enceinte sur laquelle est fixé le dispositif est généralement à la température ambiante, alors que la partie opposée du dispositif qui reçoit l'alimentation en fluide cryogénique est à une température de -196°C. Des phénomènes de givrage de la surface externe de l'enceinte sont donc inévitables. Il peut donc y avoir collage sur la paroi givrée de l'enceinte de la matière à refroidir. Les points de givrage deviennent des points d'accroche du produit contenu dans l'enceinte. Ces points s'agrandissent et finissent par obturer la soupape, ne permettant plus l'injection de fluide cryogénique.
  • Afin d'éviter ces phénomènes de givrage, selon un mode de réalisation avantageux, il est prévu de disposer un pont thermique, c'est-à-dire d'insérer une pièce en matériau isolant entre l'élément du dispositif en liaison directe avec l'arrivée de fluide cryogénique et l'élément du dispositif placée directement sur la paroi de la cuve, les éléments constitutifs étant alors dissociables.
  • La rupture pont thermique peut être réalisée en tout matériau isolant, notamment en résine polymère ou toute autre matière plastique isolante.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif conforme à l'invention comprend :
    • un élément inférieur, qui en position de fonctionnement est le plus éloigné de la paroi de l'enceinte et qui est relié au système d'alimentation en fluide cryogénique,
    • un élément central dont l'extrémité inférieure est en appui sur l'élément inférieur,
    • une soupape placée en coulissement dans un trou traversant pratiqué axialement dans l'élément central, le siège de la soupape étant en appui hermétique contre la partie supérieure biseautée dudit trou traversant,
    • un pont thermique entourant l'élément central et dont l'extrémité inférieure est en appui sur l'élément inférieur,
    • un élément de paroi entourant le pont thermique dont l'extrémité inférieure est en appui sur le bord inférieur du pont thermique et dont l'extrémité supérieure est destinée à être fixée sur la paroi de l'enceinte,
    ledit élément inférieur comprenant :
    • au moins un canal d'alimentation dont une extrémité est en liaison avec le système d'alimentation et l'autre extrémité est en liaison avec une extrémité d'un canal traversant présent dans l'élément central, ledit canal traversant étant sensiblement parallèle à l'axe de la soupape, son autre extrémité débouchant au niveau du siège de la soupape,
    • un évidement aveugle central destiné à recevoir l'extrémité libre de l'axe de la soupape entouré d'un ressort de tarage,
    ledit trou traversant de la partie centrale présentant en son extrémité inférieure un diamètre supérieur de telle sorte qu'en position de montage, le ressort de tarage soit maintenu contre ledit épaulement dans le trou central de plus grand diamètre et dans l'évidement central de l'élément inférieur.
  • De façon avantageuse, les différents éléments constitutifs sont réalisés en acier, de préférence en acier inoxydable à l'exception du pont thermique qui est réalisé en un matériau isolant.
  • De façon avantageuse, les différents éléments constitutifs sont maintenus ensemble à l'aide d'un raccord à démontage rapide ou du type vissé ou à baïonnette ou analogue.
  • Le dispositif selon l'invention doit pouvoir être démonté en vue notamment du tarage du ressort forçant la soupape, ou d'un nettoyage qui est obligatoire en cas de produits alimentaires et qui peut être rendu nécessaire par un fonctionnement anormal ou encore, par une pollution accidentelle.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif est relié à l'alimentation en fluide cryogénique par l'intermédiaire d'un conduit flexible fluidique. Ceci afin de permettre un démontage rapide. En effet, le conduit flexible n'a pas à être démonté pour le nettoyage.
  • Suivant un mode de réalisation préférée, le nettoyage est encore facilité par le maintien des différentes pièces constitutives à l'aide d'un système de maintient mécanique rapide(raccord « rapide »).
  • Suivant un mode de réalisation préférée, le dispositif de l'invention étant destiné à être utilisé sous pression, des moyens sont prévus pour que seul le personnel autorisé puisse démonter le dispositif. A cet effet, les parties constitutives du dispositif sont fixées entre elles à l'aide de vis inviolables et un câble anti-coup de fouet est fixé d'une part sur le tuyau flexible,d'autre part de part et d'autre du raccord « rapide » , sur la partie basse du dispositif et sur la partie haute de celui-ci. Le retrait du câble anticorps de fouet n'est possible qu'en utilisant une clé spécifique dont l'utilisation est réservée aux personnes habilitées.
  • Le dispositif selon l'invention est fixé de façon tangentielle sur la paroi préalablement perforée de l'enceinte. Dans le cas où l'enceinte est un malaxeur, il est avantageux de disposer les dispositifs à environ 45° des bras de malaxage dans un secteur compris entre un angle de 0° (c'est à dire vertical) à 50° par rapport à un angle de 90° (c'est à dire horizontal aux bras de malaxage) de telle sorte que le fluide cryogénique soit injecté au coeur de la matière à refroidir.
  • Par ailleurs, contrairement aux dispositifs de l'art antérieur, une partie du fluide cryogénique est déjà transformé en solide avant d'entrer en contact avec la masse à refroidir. En effet, le solide cryogénique se forme dès que le fluide frappe le siège de la soupape dans l'espace compris entre le siège et l'appui. Compte tenu du fait que c'est le solide cryogénique qui entre en contact avec la matière à refroidir le rendement de refroidissement est donc supérieur à celui obtenu avec les dispositifs de l'art antérieur.
  • Le produit peut bien entendu être en mouvement dans l'enceinte, ce qui favorise les échanges thermiques et donc le refroidissement du contenu.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif conforme à l'invention est fixé sur la partie inférieure de la cuve de malaxage.
  • L'invention va maintenant être exposée de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple pratique, illustré avec les dessins, sur lesquels :
    • la Figure 1 est une vue en coupe d'une installation comprenant une enceinte et des dispositifs conformes à l'invention,
    • la Figure 2 est une vue, en élévation, d'un dispositif conforme à l'invention,
    • la Figure 3 est une vue, en coupe, selon le plan III-III de la figure 2, et
    • et la Figure 4 est une vue, en coupe, selon le plan IV-IV de la figure 2.
  • La figure 1 montre la partie inférieure d'une enceinte 1 sur la paroi de laquelle sont fixés, de préférence par soudure, deux dispositifs 3 d'injection de fluide cryogénique conformes à l'invention. Les dispositifs 3 sont reliés par un tuyau flexible 4 et un tuyau calorifugé 5 à une électrovanne 6 permettant l'ouverture et la fermeture de l'alimentation en fluide cryogénique.
  • La figure 2 montre plus en détail un dispositif 3 d'injection, comprenant une partie supérieure 7 dont l'extrémité libre 8 est destinée à être fixée sur la paroi externe d'une enceinte, et une partie basse 9, les deux parties étant reliées par un raccord rapide 10. A la partie basse 9 dudit dispositif 3 est relié un tuyau flexible 4. Un câble anticorps de fouet 11 reliant le tuyau flexible 4, la partie basse 9 et la partie supérieure 7. Ce câble est fixé à l'aide de crochets de sécurité 12 de telle sorte que seuls des personnes habilitées puissent le défaire par exemple en vue d'un démontage.
  • A l'intérieur du dispositif 3 est logée la soupape dont seule la face supérieure 13 est visible.
  • Comme cela est plus visible sur les figures 3 et 4, le dispositif d'injection 3 comprend un corps composé de deux parties rendues solidaires, la partie inférieure 9 et la partie supérieure 7. La partie supérieure est elle même constituée de 3 éléments, une paroi sensiblement cylindrique 14 externe en acier inoxydable dont une extrémité vient indirectement en appui sur la partie inférieure 9 et dont l'autre extrémité est destinée à être fixée sur la paroi de l'enceinte.
  • A l'intérieur de cette paroi 14, est disposée une pièce de forme complémentaire, appelée pont thermique, également creuse, isolante, à l'intérieur de laquelle est disposée un troisième élément 16 en acier inoxydable traversé en son centre par la soupape 17 et par deux canaux 18 traversants débouchant sur la partie supérieure biseautée de la pièce 16 destinée à recevoir le siège 13 de la soupape 17.
  • L'ouverture traversante centrale de la pièce 16 comprend trois zones, une zone centrale 19a de diamètre sensiblement égale à celui de la soupape de telle sorte que la soupape peut être placée en coulissement dans cette zone et une zone inférieure 19b de diamètre supérieur, de telle sorte qu'elle puisse recevoir autour de l'axe de la soupape le ressort 19 forçant celle-ci. Ce ressort 19 étant maintenu par l'épaulement 20 formé entre les zones 19a et 19b.
  • A l'extrémité opposée supérieure, la zone 19c est de forme biseautée, de diamètre plus large en son extrémité libre, la forme du biseau étant adaptée pour recevoir de manière étanche le siège de la soupape lorsque la soupape est forcée par le ressort.
  • La partie inférieure 9 est quant à elle constituée d'un seul élément en acier inoxydable, de forme générale cylindrique. Cette pièce comporte un évidement aveugle central 21 qui lorsque le dispositif est monté coïncide avec l'ouverture 19b de la partie supérieure. Cet évidement est destiné à recevoir l'extrémité de la soupape maintenue par le ressort 19 et l'écrou de tarage 22 du ressort.
  • Elle comporte également de part et d'autre de l'évidement aveugle deux canaux verticaux 23, 24 qui en position de montage débouchent à une extrémité chacun sur un canal traversant 18 et l'autre extrémité dans un canal perpendiculaire 25 dont l'une des extrémités débouche sur le canal 23 et l'autre est destinée à être reliée au système d'alimentation en fluide cryogénique par l'intermédiaire du raccord 26.
  • La partie inférieure 9 est fixée à la pièce centrale 16 par des vis 27 et 28.
  • La vis 28 est une vis anti-démontage permettant le respect des normes de sécurité des dispositifs sous pression.
  • Les parties 14 et 15 sont rendues solidaires de la partie 9 par le raccord 10 (représenté sur la figure 2).
  • Le raccord 10 est un raccord à démontage rapide. Il pourrait être aussi du type vissé ou à baïonnette ou analogue.
  • En fonctionnement, la vanne 6 est ouverte, et le fluide cryogénique est envoyé par les tuyaux 5 puis le flexible 4 dans l'intérieur du dispositif 3, à travers le canal 25 puis chacun des canaux 18. Le fluide sous pression exerce alors une pression sur le siège de la soupape, un espace est alors formé entre la partie 19c et le siège de la soupape. Le solide cryogénique commence à se former dans cet espace par le choc entre le fluide et le siège de la soupape, et est forcé à l'intérieur de l'enceinte. Lorsqu'il est nécessaire d'arrêter l'alimentation en fluide cryogénique, la vanne 6 est fermée.
  • On observera que les opérations de démontage-remontage de l'ensemble d'injection 3 sont très faciles. Si on démonte le raccord 10, les différentes pièces constitutives se désolidarisent, ce qui permet de les inspecter, et les nettoyer.
  • L'invention porte également sur l'utilisation d'un dispositif d'injection tel que décrit précédemment pour le refroidissement de produit en vrac.
  • Elle porte également sur un procédé de refroidissement de matériau en vrac contenu dans une enceinte, selon lequel un fluide cryogénique est injecté au coeur du matériau à refroidir à l'aide d'au moins un dispositif d'injection, de préférence m dispositifs d'injection répartis symétriquement dans la partie basse de l'enceinte, m étant un entier compris entre 2 et 20, de préférence un nombre pair.
  • De façon avantageuse, l'enceinte est un malaxeur.
  • Le procédé est particulièrement bien adapté pour refroidir tout type de matériau quel que soit son état physique, notamment pour des produits, liquides, pâteux, solides ou pulvérulents.

Claims (9)

  1. Dispositif d'injection (3) fixé sur la paroi (2) de la partie inférieure d'un récipient (1) destiné à contenir un produit à refroidir en vrac, ledit dispositif d'injection (3) comprenant un corps cylindrique creux dans lequel est inséré une soupape (17) forcée par un ressort (19), ledit dispositif d'injection comprenant un canal traversant(18) sensiblement parallèle à ladite soupape destiné à être alimenté en fluide cryogénique sous pression, une extrémité dudit canal traversant étant reliée au système d'alimentation en fluide cryogénique et l'extrémité opposée débouchant au niveau du siège (13) de la soupape, caractérisé en ce que le ressort est taré de telle sorte que la soupape ne puisse pas coulisser sans être soumise à une pression du fluide cryogénique au moins égale à une pression seuil et ainsi permettre le fait que dès que la pression de fluide cryogénique est inférieure à un seuil déterminé, la pression nécessaire pour faire coulisser la soupape (17) n'est plus atteinte et le siège (13) de la soupape se repositionne de façon étanche contre ladite paroi (2).
  2. Dispositif d'injection selon la revendication 1, comprenant n canaux traversant (18), n étant compris entre 2 et 5, lesdits canaux étant disposés symétriquement par rapport à l'axe longitudinal de la soupape (17).
  3. Dispositif d'injection selon la revendication 1 ou 2, comprenant un pont thermique (15), c'est-à-dire une pièce en matériau isolant, entre l'élément du dispositif d'injection en liaison directe avec l'arrivée de fluide cryogénique et l'élément du dispositif d'injection placé directement sur la paroi de l'enceinte.
  4. Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant :
    - un élément inférieur (9), qui en position de fonctionnement est le plus éloigné de la paroi de l'enceinte et qui est relié au système d'alimentation en fluide cryogénique, un élément central (16) dont l'extrémité inférieure est en appui sur l'élément inférieur,
    - une soupape (17) placée en coulissement dans un trou traversant pratiqué axialement dans l'élément central, le siège (13) de la soupape étant en appui étanche contre la partie supérieure biseautée (19c) dudit trou traversant,
    - un pont thermique (15) entourant l'élément central et dont l'extrémité inférieure est en appui sur l'élément inférieur,
    - un élément de paroi (14) dont l'extrémité inférieure est en appui sur le bord inférieur du pont thermique et dont l'extrémité supérieure est destinée à être fixée sur la paroi de l'enceinte,
    ledit élément inférieur comprenant :
    - au moins un canal d'alimentation (25) dont une extrémité est en liaison avec le système d'alimentation et l'autre extrémité est en liaison avec une extrémité d'un canal traversant (23) présent dans la pièce centrale (16), ledit canal traversant étant sensiblement parallèle à l'axe de la soupape, son autre extrémité débouchant au niveau du siège de la soupape,
    - un évidement aveugle central (21) destiné à recevoir l'extrémité libre de l'axe de la soupape entouré d'un ressort de tarage (19),
    ledit trou traversant de l'élément central présentant en son extrémité inférieure un diamètre supérieur de telle sorte qu'en position de montage, le ressort de tarage (19) soit maintenu contre ledit épaulement (20).
  5. Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, qui est relié à l'alimentation en fluide cryogénique par l'intermédiaire d'un flexible fluidique.
  6. Utilisation d'un dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour le refroidissement de produit en vrac sous forme solide, pâteuse, liquide ou pulvérulente.
  7. Procédé de refroidissement de matériau en vrac contenu dans une enceinte, selon lequel un fluide cryogénique est injecté au coeur du matériau à refroidir à l'aide d'au moins un dispositif d'injection tel que décrit à l'une quelconque des revendications 1 à 5, de préférence m dispositifs d'injection répartis symétriquement dans la partie basse de l'enceinte, m étant un entier compris entre 2 et 20, de préférence un nombre pair.
  8. Procédé selon la revendication 7, suivant lequel l'enceinte peut être une cuve de malaxeur.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, suivant lequel le matériau à refroidir est sous forme de pulvérulente, liquide, pâteuse ou solide.
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