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WO ~~~ PCTIP'R98/00302
TUNNBL DE CONCiELATION
La présente invention concerne une installation de
~ 5 traitement d'articles du type comportant un appareil de
traitement desdits articles associé â un convoyeur
d'introduction des articles dans l'appareil et d'extraction
desdits articles dudit appareil, l'installation comportant
en outre des moyens de détection des articles traités par
lo ledit appareil, ces moyens étant adaptés pour la
détermination d'une valeur représentative de la qualité
et/ou de la quantité d'articles traités par ledit appareil.
L'invention concerne en particulier les
installations de traitement d'articles alimentaires, par
15 exemple des installations de cuisson, ou encore de
surgélation d'articles alimentaires, tels que des portions
de viande hachée ou encore des filets de poisson, des plats
préparés, des produits laitiers, ou bien des produits de
viennoiserie. on comprendra que la liste donnée
20 précédemment ne peut étre considérée comme limitative mais
est en fait purement illustrative des nombreuses
possibilités de l'industrie alimentaire.
Les installations connues de surgélation comportent
par exemple un tunnel de surgélation traversé de part en
25 part par un convoyeur à bande sur lequel sont déposés les
articles â congeler. Le convoyeur â bande circule en
continu au travers du tunnel de surgélation.
Le tunnel de surgélation est alimenté par un fluide
cryogénique, tel que de l'azote liquide ou du dioxyde de
3o carbone liquide. Ce fluide cryogénique est mis en contact
avec les articles à traiter. Au contact des articles, le
fluide cryogénique se vaporise, transférant ainsi des
' frigories aux articles.
Il est connu de disposer en amont des tunnels de
~ 35 surgélation des moyens de détection des articles introduits
dans le tunnel. Ces moyens assurent par exemple la
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détermination du nombre d'articles ou de la masse d'arti-
cles traités par le tunnel. Ils comportent de manière
classique des balances permettant de détenainer en continu -
le poids des articles introduits dans le tunnel de
surgélation.
Ces balances comportent généralement un convoyeur â
bande disposé en amont du convoyeur à bande du tunnel de
surgélation. Des organes de pesée sont disposés au-dessous
du convoyeur afin de déterminer en continu le poids des
articles circulant sur celui-ci. Dans le cas où plusieurs
articles, par exemple des portions de viande hachée, sont
disposés côte à c8te dans la largeur du convoyeur,
plusieurs organes de pesée sont disposés côte à côte
suivant les trajets de déplacement des articles.
Les organes de pesée utilisés dans les moyens de
dêtection connus actuellement comportent des pièces mobi-
les et mettent en oeuvre un mécanisme de pesage
sophistiqué. Ce mécanisme est sensible â l'influence de la
température. En particulier, les organes de pesée sont
sujets à des blocages dus au gel lorsque ceux-ci sont mis
en oeuvre à une très basse température.
Dans ces conditions, les balances connues doivent
ëtre disposées à l'écart du tunnel de surgélation afin
d'éviter les dysfonctionnements résultant des basses
températures.
Aussi, les organes de pesée ne peuvent être
associés directement au convoyeur du tunnel de surgélation.
En conséquence, il est nécessaire de prévoir des
moyens de transfert des articles depuis le convoyeur propre
3o aux balances vers le convoyeur propre au tunnel de
surgélation. L'utilisation de tels moyens de transfert
occasionne des dégradations sur les articles lors de leur
transfert.
Toujours à titre illustratif des exemples
d'applications où il est avantageux de pouvoir déterminer
la masse, taille, ou surface des articles entrant dans de
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tels tunnels ou appareils de traitement de produits
alimentaires, on peut citer le cas des machine de
conditionnement de produits alimentaires sous emballage,
emprisonnant une atmosphère comportant de l'ozone.
On utilise ainsi par exemple
- des atmosphëres NZ/C02/OZ/Og, par exemple pour des
viandes ou encore des poissons. A titre illustratif, on
utilisera ici typiquement, selon le produit visé, des
atmosphères à 1000 à 15000 ppm/poids d'ozone, comportant de
. 1o quelques % à quelques dizaines de % d'oxygàne, et quelques
dizaines de % de CO2;
- des atmosphéres N2/02/03, par exemple pour des
végétaux (méme si dans certains cas il peut se produire que
pour des végétaux l'atmosphëre comporte un peu de Co2), de
telles atmosphères comportant typiquement, selon le produit
visé, jusqu'â 1500 ppm/poids d'ozone.
Or, on a par ailleurs clairement démontré que
l'ozone réagit davantage en fonction de la surface du
produit en présence, qu'en fonction par exemple de sa masse
ou son volume. On comprend alors tout l'intérét qu'il y a à
déterminer correctement la surface des produits entrant, de
façon par exemple à rétroagir sur la quantitë d'ozone
produite par l'ozoneur afin de s'adapter efficacement à
cette surface, par exemple en fonction d'une courbe
d'étalonnage préétablie.
L'invention a pour but d'apporter une solution aux
inconvénients mentionnés précédemment et en particulier de
fournir une installation de traitement d'articles assurant
une détection des articles traités par l'appareil
directement sur le convoyeur associé à l'appareil et qui
soit insensible à l'influence de la température.
A cet effet, l'invention a pour objet une
installation de traitement d'articles du type précité,
caractérisée en ce que lesdits moyens de détection
comportent une caméra adaptée pour produire une image
numérique d'un tronçon du convoyeur destiné au transport
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des articles, ladite image numérique faisant apparaftre
lesdits articles portés par ledit tronçon du convoyeur,
laquelle caméra est reliée à une unité de traitement
d'informations comportant des moyens de traitement d'image
adaptés pour déterminer la valeur représentative de la
qualité et/ou la, quantité d'articles traités par ledit
appareil à partir de ladite image numérique.
On comprend que la caméra associée aux moyens de
traitement d'image permet de déterminer une valeur
l0 représentative de la qualité et/ou la quantité d'articles
introduits dans l'appareil, par exemple le nombre des
articles ou le volume de ceux-ci, ou encore le taux
d'occupation du convoyeur, sans mettre en oeuvre de moyen
mécanique sensible aux effets de la température. De plus,
l'image étant prise directement sur le convoyeur de
transfert de l'appareil de traitement, l'installation est
d'un encombrement réduit et ne nécessite aucun transfert
entre des moyens de caractérisation et l'appareil de
traitement proprement dit.
Suivant des modes particuliers de réalisation,
l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des
caractéristiques suivantes
- la direction de prise de vue de ladite caméra
s'étend sensiblement perpendiculairement au plan de
déplacement dudit convoyeur ;
- ladite unité de traitement d'informations
comporte des moyens de déclenchement de la prise d'une
image à des instants de déclenchement prédéfinis et lesdits
moyens de traitement d'image comportent des moyens de
calcul d'une valeur représentative de la densité d'articles
sur le convoyeur à chaque instant de déclenchement à partir
de ladite image numérique dudit tronçon du convoyeur à cet
instant ; '
- ladite caméra est une caméra du type monochrome
ou couleur ;
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- ladite caméra est une caméra du type couleur et
ledit traitement d'image comprend une analyse des teintes
présentes sur l'image, permettant; par une comparaison avec
une teinte de référence, de détenainer ladite valeur
représentative de la densité d'articles sur le convoyeur;
On comprend alors que selon un tel mode de
réalisation, il est possible. de se « contenter » de
l'information « densité d'articles sur le convoyeur », ou
encore d'utiliser cette information en combinaison avec la
vitesse de défilement du convoyeur, pour avoir~accès â la
quantité moyenne de produits traités dans l'enceinte par
unité de temps;
- l'installation comporte des moyens de mise en
place des articles sur ledit convoyeur suivant un motif
prédéterminé, reproduit séquentiellement sur ledit
convoyeur avec une quantité variable d'articles pour chaque
motif, et elle comporte, reliés à ladite unité de
traitement d'informations, des moyens de comptage du nombre
de motifs circulant en regard de la caméra, et ladite unitë
de traitement d'informations comporte des moyens d'éva-
luation de la valeur représentative de la quantité
d'articles traités à partir de ladite valeur représentative
de la densité d'articles sur le convoyeur calculé à chaque
instant de déclenchement et du nombre de motifs comptés ;
- lesdits moyens de comptage comportent une
barrière optique reliée à ladite unité de traitement
d'infonaations et disposée transversalement au convoyeur,
le faisceau de ladite barrière étant disposé dans le plan
de_ déplacement des articles de manière à étre interrompu
par les articles circulant sur le convoyeur ;
- la barrière optique comporte, au voisinage du
convoyeur, une extrémité d'émission du faisceau et une
extrémitë de rëception du faisceau et ces deux extrémités
sont associëes â des buses d'éjection d'un gaz de
' 35 protection desdites extrémités, notamment d'un gaz chaud;
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- selon un autre mode de réalisation des moyens de
comptage, ceux-ci comportent, au voisinage du convoyeur,
une barrière d'ultrasons ou de micro-ondes, reliée à ladite .
unité de traitement d'informations et disposée
transversalement au convoyeur, le faisceau de ladite
barrière étant disposé dans le plan de déplacement des
articles (P) de manière à étre interrompu par les articles
(P) circulant sur le convoyeur ;
- ladite caméra est une caméra du type Infra-Rouge
et ledit traitement d'image permet d'obtenir outre une
valeur représentative de la densité d'articles sur le
convoyeur (comme dans le cas des autres types de caméra
évoqués) une valeur représentative de la température des
articles sur le convoyeur ;
- lesdits moyens de traitement d'image comportent
des moyens de différenciation sur ladite image des zones du
convoyeur recouvertes par un article et des zones du
convoyeur laissées libres, ainsi que des moyens d'analyse
desdites zones différenciées sur ladite image pour la
détermination d'une valeur représentative de la quantité
d'articles traités ;
- lesdits moyens d'analyse desdites zones diffé-
renciées comportent des moyens d'établissement, sur toute
l'étendue de l'image, d'un premier histogramme représen-
tatif du nombre de pixels correspondant aux zones du
convoyeur recouvertes par un article pour chaque ligne de
l'image suivant la direction de déplacement du convoyeur,
des moyens d'établissement, sur toute l'étendue de l'image,
d'un second histogramme représentatif du nombre de pixels
correspondant aux zones du convoyeur recouvertes par un
article pour chaque ligne de l'image suivant la direction
perpendiculaire à la direction de déplacement du convoyeur
et des moyens de comparaison des valeurs des pics des
premier et second histogrammes ainsi établis avec des
premières et secondes valeurs de seuil pour la détermina-
tion de la densité d'articles traités ;
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- ledit appareil de traitement est un appareil de
refroidissement d'articles alimentaires par mise en pré-
sence des articles avec un fluide cryogénique, elle
comporte, reliés à ladite unité de traitement d'informe-
tions, des moyens de mesure de la quantité de fluide
cryogénique avec lequel les articles sont mis en présence
et ladite unité de traitement d'informations comporte des
moyens de calcul de la température de chaque article en
sortie dudit appareil en fonction de la valeur représen-
lo tative de la quantité d'articles traités et de la quantité
de fluide cryogénique mesurée ; et
- ladite unité de traitement d'informations compor-
te des moyens de mémorisation de la courbe de variation
d'enthalpie d'un article en fonction de sa température, et
des moyens de détermination de la température de sortie
d'un article à partir de ladite courbe d'enthalpie, de la
quantité de fluide cryogénique mesurée, de la valeur
représentative de la quantité d'articles traités et de la
température initiale des articles.
L'invention sera mieux comprise â la lecture de la
description qui va suivre, donnée uniquement à titre
d' exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels
- la figure 1 est une vue schématique d'une
installation de surgélation de produits alimentaires, par
exemple de portions de viande hachée selon l'invention, le
tunnel de surgélation étant vu de dessus ;
- la figure 2 est une vue schématique de côté du
tunnel de surgélation de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue schématique explicitant
le fonctionnement des moyens de traitement d'images ;
- la figure 4 est un organigramme explicitant les
ëtapes mises en oeuvre par les moyens de traitement
d'images ;
- la figure 5 est une courbe représentant
l'enthalpie transférée à un kilogramme d'articles
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introduits dans le tunnel en fonction de la température ;
et
- la figure 6 est une courbe représentant l'évo- ,
lution de l'enthalpie d'un litre d'azote initialement
liquide en fonction de la température finale, pour _
différentes pressions.
L'installation représentée sur les figures 1 et 2
comporte un tunnel de surgélation l0 ouvert à ses deux
extrémités. I1 comporte une ligne d'alimentation 11 en
fluide cryogénique, de l'azote liquide par exemple. Le
tunnel est traversé par un convoyeur à bande 12 circulant
suivant la direction X-X dans le sens de la fléche F1. Le
convoyeur fait saillie de chaque caté du tunnel de
surgélation lo. En particulier, il comporte un tronçon
d'entrée 14 pour l'introduction dans le tunnel des articles
à congeler et un tronçon de sortie 16 pour l'évacuation des
articles congelés.
Le tunnel représentê est supposé adapté pour la
congélation de portions de viande hachée de forme sensi
blement ovale. Ces portions sont désignées par la lettre P
sur les figures.
Le tronçon d'entrée 14 du convoyeur est disposé en
sortie d'une machine M de mise en forme des portions. Cette
machine est adaptée pour produire simultanément de une à
six portions de viande hachée.
Des moyens de transfert non représentés sont prévus
afin de prélever les portions en sortie de la machine de
mise en forme M et de déposer celles-ci sur le tronçon
d'entrée 14. En particulier, les moyens de transfert sont
adaptés pour déposer les portions P séquentiellement sur le
convoyeur circulant en continu suivant un motif prédéfini.
Dans l'exemple décrit, les portions P sont dispo-
Bées en lignes suivant la largeur Y-Y du convoyeur 12,
comme représenté sur la figure 1. Ainsi, les portions P
sont alignées suivant des rangées pouvant comporter de une
à six portions, en fonction du nombre de portions
a
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simultanément produites par le dispositif de mise en forme
M.
Selon l'invention, l'installation comporte des
moyens 20 de détection des articles traités dans le tunnel.
. 5 Ces moyens 20 comportent ici une caméra 22 reliée à une
unité de traitement d'informations 23. Cette derniëre
comporte une unité centrale de calcul 24 comportant notam-
ment des moyens de traitement d'une image numérique
recueillie par ladite caméra.
Comme représenté sur les figures 1 et 2, la caméra
22 est disposée au-dessus du tronçon d'entrée 14 du
convoyeur avec sa direction de prise de vue s'étendant
sensiblement perpendiculairement au plan de déplacement du
convoyeur 12.
La caméra est pour ie mode de réalisation
représenté adaptée pour la prise d'une image numërique
monochrome couvrant l'essentiel de la surface du tronçon
14.
Un exemple d'image recueillie par la caméra 22 est
représenté sur la figure 3. Cette image, désignée par la
référence 25, fait apparaftre deux rangées, notées R1, R2,
comportant chacune cinq taches noires correspondant aux
zones du convoyeur recouvertes par un article. La surface
du convoyeur laissée libre apparaft en blanc sur l'image
25.
Les moyens 24 de traitement de l'image numërique
sont adaptés pour déterminer une valeur représentative de
la quantité d'articles traités par le tunnel. Cette quan-
tité est par exemple le nombre n d'articles introduits, le
volume d'articles introduits, ou encore le taux
d'occupation du convoyeur.
L'unité centrale de calcul 24 est par exemple
formée par un- micro-ordinateur comportant une interface de
liaison à la caméra 22 adaptée pour le recueil d'une image
numérisée. Un programme de traitement d'images est chargé
dans le micro-ordinateur afin d'analyser l'image produite
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par ladite caméra. Celui-ci sera décrit ultérieurement en
référence à la figure 4.
L'unité de traitement d'informations 23 comporte
des moyens de déclenchement de la prise d'une image à une
fréquence prédéterminée (c'est à dire de transfert d'une -
image de la caméra vers l'unité); fréquence qui on le
comprend dépendra du type de traitement réalisé ensuite par
l'unité, fréquence donc suffisamment faible pour permettre
un traitement informatique de l'image. Cette fréquence est
par exemple de l'ordre de 0,3 Hertz mais pourra couramment
varier entre quelques dixièmes d'Hertz et quelques dizaines
d'Hertz.
Par ailleurs, l'installation représentée sur la
figure 1 comporte une barrière optique 26 comportant deux
tronçons de fibre optique 28, 30 alignés, dont les
extrémités en regard 28A, 30A sont disposées face à face de
part et d'autre du convoyeur 12.
Le mode de réalisation illustré ici repose donc sur
l'utilisation combinée d'une caméra monochrome et d'une
barrière optique.
Le tronçon 28 de fibre optique comporte à son autre
extrémité une diode électroluminescente 32 alimentée par
une source d'alimentation électrique en vue de
l'établissement d'un faisceau lumineux permanent au travers
de la fibre 28. L'autre extrémité de la fibre 30 est
associée à un photodétecteur 34 relié à l'unité centrale de
calcul 24. Les fibres 28 et 30 sont disposées à un niveau
tel que le faisceau lumineux traversant le convoyeur
suivant la direction Y-Y et s'étendant depuis la ffibre 28
vers la fibre 3o est interrompu par les rangées d'articles
circulant sur le convoyeur.
Le photodétecteur 34, relié à l'unité 23, permet
ainsi de déterminer le nombre d'interruptions du faisceau,
lequel correspond au nombre de rangées d'articles pénétrant
dans le tunnel de surgélation 10. Si les articles sont
disposés suivant un motif différent d'une rangée, par
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exemple un arc de cercle, la barriére optique 26 exerce de
manière identique une fonction de comptage du nombre de
motifs entrant dans le tunnel, et ce indépendamment du
nombre d'articles contenus dans chaque motif.
A chacune des extrémités libres 28A, 30A des fibres
.
optiques, sont préwes des buses 36, 38 d'éjection d'un gaz
sec, notamment de l'azote, sur les extrémités des fibres
optiques afin d'assurer leur protection contre les effets
du froid.
Ces buses sont reliées â des moyens d'alimentation
en gaz sec, ce gaz étant à une température supérieure à la
température régnant dans l'enceinte du tunnel. La
température du gaz sec éjecté est par exemple égale à la
température ambiante (20°C).
L'unitë centrale de calcul 24 est reliée à un
débitmètre 40 adapté pour déterminer le débit de fluide
cryogénique introduit dans le tunnel 10.
En outre, l'unité 24 est reliée à des moyens de
mémorisation 42 comportant, pour chaque type d'article
pouvant ètre traité dans le tunnel, une courbe G5, propre à
l'article de variation de son enthalpie en fonction de sa
température.
Un ëcran d'affichage 44 est relié à l'unité
centrale de calcul 24 afin d'afficher la température des
articles en sortie du tunnel.
L'installation selon l'invention fonctionne de la
manière suivante.
Alors que les articles circulent en continu sur le
convoyeur, la caméra 22 relève à une fréquence donnée une
image du tronçon 14 et transmet celle-ci à l'unité de
traitement d'informations 23. Elle est alors analysée par
le programme de traitement d'image.
Le programme de traitement d'images mis en oeuvre
comporte une première étape de filtrage de l'image issue de
- 35 la caméra. Cette première étape, désignée par la référence
50 sur l'organigramme de la figure 4, consiste â comparer
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le niveau de gris de chaque pixel de l'image à une valeur
de référence et à remplacer le pixel considéré par un pixel
blanc si le niveau de gris est inférieur à la valeur de
référence et par un pixel noir si le niveau de gris est
supérieur à la valeur de référence. Ainsi, il en résulte _
une image telle que celle représentëe sur la figure 3 dans
laquelle les zones du convoyeur recouvertes par un article
forment des taches noires sur un fond blanc.
L'image est positionnée de sorte que la direction
X-X d'avancement du convoyeur s'étende suivant la hauteur
de l'image et que la largeur Y-Y du convoyeur, direction
perpendiculaire à la direction d'avancement du convoyeur
s'étende suivant la largeur de l'image.
A l'étape 52, le programme établit un histogramme
52A du nombre de pixels noirs suivant la direction X-X. Cet
histogramme représente, pour chaque ligne parallèle à l'axe
Y-Y de l'image numérisée, le nombre total de pixels noirs
contenus dans cette ligne. Le calcul est effectué pour
toutes les lignes de l'image.
Comme représenté sur la figure 3, l'histogramme 52A
comporte deux pics successifs correspondant aux deux
rangées Rl et R2.
De manière analogue, un histogramme 54A est établi
à l'étape 54 en effectuant la somme des pixels noirs pour
chaque ligne de l'image numérisée parallèle à l'axe X-X.
Comme représenté sur la figure 3, l'histogramme 54A
comporte cinq pics correspondant aux cinq articles contenus
dans les deux rangées R1 et R2.
Aux étapes 56 et 58, le programme détermine le
nombre de pics contenus dans les histogrammes 52A et 54A.
A cet effet, le programme compte par exemple, pour
chaque histogramme, le nombre de pics dont la hauteur
excède une valeur de référence prédétenainée S1, S2
représentée par une ligne pointillée sur la figure 3.
A partir du nombre de pics identifiés sur les
histogrammes 52A et 54A, le programme calcule, à l'étape
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60, le nombre d'articles figurant sur l'image et en
particulier le nombre d'articles par rangée. Cette dernière
valeur est indicative de la densité d'articles sur le
convoyeur à l'instant considéré.
Comme il apparaitra clairement à l'homme du métier,
l'exemple ci-dessus développé illustre le cas de produits
déposës en ligne selon une forme régulière, on comprendra
qu'alors si la mise en place des produits sur le convoyeur
ne suit pas une telle régularité, l'algorithme utilisé sera
différent.
L'unité centrale de calcul 24 reliée â la barriëre
optique 26 permet de déterminer en continu avec précision
le nombre de rangëes d'articles traitées par le tunnel.
A partir du nombre d'articles par rangée et du
nombre réel de rangées pénétrant dans le tunnel, l'unité
centrale de calcul 24 détermine en continu le nombre
d'articles introduits à l'intérieur du tunnel.
En variante, à partir de la hauteur des pics de
chaque histogramme, le programme détermine, à l'étape 60,
les dimensions des articles suivant les deux directions
s'étendant perpendiculairement à la direction de prise de
vue de la caméra.
A partir de celles-ci, le programme détermine le
taux d'occupation du convoyeur, c'est-à-dire le rapport de
la surface occupée par les articles â traiter à la surface
libre du convoyeur contenue dans l'image analysée.
Le taux d'occupation du convoyeur constitue une
autre valeur représentative de la densité d'articles sur le
convoyeur.
Comme précédemment, l'unité centrale de calcul 24
détermine en continu à partir du taux d'occupation du
convoyeur et du nombre réel de rangées d'articles pénétrant
dans le tunnel, une valeur représentative de la quantité
d'articles pénétrant à l'instant donné dans le tunnel.
Cette valeur est par exemple le produit du taux
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d'occupation par le nombre de rangées entrant dans le
tunnel par unité de temps.
On comprend que dans les deux variantes, bien que
la caméra 22 ne fournisse pas une image de tous les
articles entrant dans le tunnel, du fait de la vitesse
élevée de circulation du convoyeur et de la lenteur
relative de l'unité de calcul, il est possible par
l'utilisation combinée de la caméra et de la barrière
optique de déterminer avec précision une valeur représen-
l0 tative de la quantité d'articles traités dans l'installa-
tion.
En vue du calcul de la température Ts des articles
en sortie du tunnel, l'unité centrale de calcul 24 comporte
un programme permettant de déterminer en continu cette
température à partir d'une courbe mémorisée GS de variation
d'enthalpie, du volume q de fluide cryogénique introduit
dans le tunnel par unité de temps, de la pression et de la
température du fluide cryogénique, ainsi que du nombre n
d'articles, dont la masse est connue, introduits par unité
2o de temps dans le tunnel et de leur température d'entrée Te.
Dans l'exemple décrit, le fluide cryogénique est de l'azote
liquide. I1 pourrait âtre remplacé par du bioxyde de
carbone, de l'argon ou tout autre fluide.
La courbe GS , représentée sur la figure 5 , traduit
la variation de l'enthalpie H d'un kilogramme d'articles
lorsque la température de celui-ci passe de la température
de -189°C (température de l'azote liquide à la pression de
stockage par exemple égale à 2 bars absolus) à une tempéra
ture T quelconque donnée en abscisse et à la pression
atmosphérique.
La courbe d'enthalpie G5, mémorisée dans les moyens
de mémorisation 42, est déterminée expérimentalement.
A cet effet, on immerge un kilogramme d'articles à
une température initiale T connue dans un récipient de
Dewar empli d'azote liquide et on mesure, par exemple à
l'aide d'une balance, la quantité d'azote vaporisé pour
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amener les articles de la température initiale à la
température de l'azote liquide (-196°C) à la pression
atmosphérique.
L'enthalpie H transférée aux articles dans le
S récipient de Dewar correspond â l'enthalpie de vaporisation
de l'azote â la pression considérêe. Cette valeur est
proportionnelle à la quantité mesurée d'azote vaporisé.
L'enthalpie de vaporisation à la pression consi
dérée d'un litre d'azote liquide est donnée sur les courbes
de la figure 6 représentant la variation d'enthalpie de
l'azote liquide en fonction de la température pour
différentes pressions de stockage à l'équilibre
thermodynamique. Sur cette figure, chaque courbe correspond
â une pression donnée.
L'expërience est reproduite pour différentes tempë-
ratures initiales, un nombre de fois suffisant pour établir
la courbe G5 dont l'axe des abscisses s'étend de -196°C à
+50°C.
Grâce à cette courbe G~, le programme chargé dans
l'unité centrale de calcul 24 détermine en continu la
température finale Ts d'un kilogramme d'articles en sortie
de tunnel, â partir de la température d'entrée Te et de
l'enthalpie DHT transférée a un kilogramme d'articles par
l'azote introduit dans le tunnel.
A cet effet, le programme détermine, à partir de la
courbe G5, l'enthalpie He correspondant à un kilogramme
d'articles entrant dans le tunnel à la température Te. A
partir de l'enthalpie DHT transférée aux articles par
l'azote, il calcule l'enthalpie Hs d'un kilogramme
d'articles en sortie du tunnel par la relation Hs - He -
DHT.
Grâce â la courbe G5, le programme détermine enfin
la température Ts de sortie des articles, cette température
correspondant â l'enthalpie Hs.
Afin de permettre le calcul de la température Te
d'entrée des articles, l'unité centrale de calcul 24 est
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reliée à une sonde de température mise au contact des
articles immédiatement avant leur entrée dans le tunnel.
Elle peut également être la température d'un bain de
stabilisation dans lequel les articles ont séjourné avant
leur introduction dans le tunnel.
L'enthalpie DHT transférée par l'azote aux articles
dans le tunnel est déterminée de la manière suivante.
La courbe G6 donne l'enthalpie DH libérée par un
litre d'azote liquide lorsque celui-ci passe, pour une
pression donnée; de sa température de liquéfaction à une
température quelconque T donnée en abscisse.
Afin de déterminer l'enthalpie libérée, le pro-
gramme détermine à partir de la courbe G6 l'enthalpie DHTa
libérée dans le tunnel par un litre d'azote liquide,
lorsque celui-ci se vaporise et passe de sa température de
stockage (-189°C) à la température Ta des gaz en sortie du
tunnel.
La température Ta est par exemple mesurée à l'in-
térieur de l' enceinte du tunnel à sa sortie (par exemple à
1 mètre avant la sortie des gaz) par une sonde de tempéra-
ture reliée à l'unité centrale de calcul 24. Cette
température Ta est généralement liée à la température de
consigne du tunnel et à la température d'entrée des arti-
cles. Elle est par exemple de l'ordre de -30°C.
Le programme déduit ensuite l'enthalpie brute DHB
transférée à un kilogramme d'articles en multipliant
l'enthalpie DHTa transférée pour un litre d'azote, par 1e
volume d' azote introduit dans le tunnel pour un kilogramme
d'articles (i. e. DHB - q.DHTa/MP o~l Mp est la masse
d'articles introduits dans le tunnel par unité de temps).
La masse MP d'articles introduits dans le tunnel
par unité de temps est déterminée à partir du nombre n
d'articles détectés en entrée du tunnel par unité de temps
et du poids moyen des articles.
a
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wo ~~ 1 ~ rcrnoa
L'enthalpie DHT est ensuite calculée à partir de
l'enthalpie brute DHB en tenant compte des pertes thermiques
du tunnel DHp.
Les pertes matérielles d'enthalpie DHp du tunnel
sont évaluées expérimentalement en laissant fonctionner le
tunnel en l'absence d'articles pour différentes valeurs de
température T régnant à l'intérieur de l'enceinte. Comme
précédemment, â partir du volume d'azote consommé par unité
de temps pour maintenir constante la température T à
l'intérieur de l'enceinte, on détermine l'enthalpie due aux
pertes du tunnel par unité de temps.
Les pertes d'enthalpie du tunnel sont proportion-
nelles au temps, le coefficient de proportionnalité pouvant
être approximé en fonction de la température moyenne dans
le tunnel par un polyn8me de degré 2.
L'enthalpie DHT est enfin calculée en soustrayant
de l'enthalpie DHB l'enthalpie DHp des pertes matérielles du
tunnel divisée par la masse d'articles introduits dans le
tunnel par unité de temps (i. e. DHT = DHg - DHp/Mp).
Les moyens de calcul utilisës ici pour le calcul de
la température de sortie des articles peuvent étre mis en
oeuvre sur un appareil dont les moyens de détermination de
la quantité d'articles traités sont différents de ceux
décrits ici. En particulier, la caméra 22 et la barrière
optique 26 peuvent être remplacées par des balances, des
organes de comptage ou des débitmètres (dans le cas de
crème glacée par exemple).
On comprend que l'installation décrite ici permet
de_ déterminer avec prëcision la température réelle de
sortie des articles et non simplement une température
estimée de ceux-ci. En effet, la température calculée dans
la présente installation tient compte du nombre d'articles
réellement introduits dans le tunnel de surgélation et de
la quantité de fluide cryogénique réellement introduite.
Les moyens de détection mis en oeuvre dans la
prësente installation sont insensibles à la température
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régnant à la proximité immédiate de l'entrée du tunnel de
surgélation. En effet, aucune pièce mécanique mobile n'est
mise en oeuvre et les moyens optiques de détection utilisés
sont peu influencés par les basses températures.
En particulier, la caméra 22 est disposée au-dessus
du convoyeur de sorte qu'elle est peu exposée au froid, les
températures les plus élevées se trouvant dans la partie
supérieure de l'installation.
Par ailleurs, les éléments électriques de la
barriëre optique, à savoir l'émetteur et le récepteur sont
écartés du convoyeur grâce à l'utilisation des fibres
optiques.
En variante non représentée, la caméra et la
barrière optique sont disposées sur le tronçon de sortie 16
du convoyeur.
Bien entendu, l'installation comporte des moyens de
sélection de la nature des articles traités dans le tunnel
de surgélation de sorte que l'unité centrale de calcul 24
utilise la courbe de variation d'enthalpie correspondant
aux articles en cours de traitement en vue du calcul de
leur température de sortie.
Par ailleurs, le débitmètre 4o peut étre remplacé
par une jauge de niveau installée dans le réservoir de
stockage de liquide cryogénique, cette jauge étant adaptée
pour indiquer à l'unité 24 l'évolution du niveau dans le
réservoir.
Les moyens de détection décrits ici peuvent être
mis en oeuvre dans une installation de traitement
d'articles en vue de la facturation de l'utilisation de
3o l'appareil de traitement en fonction de la quantité
d'articles réellement traités par l'appareil, par exemple
par heure de fonctionnement de l'installation, ou encore
par kilogramme de produit traité dans l'installation.
Quoique la présente invention ait ëté décrite en
relation avec des modes de réalisation particuliers, elle
ne s'en trouve pas limitée pour autant mais est au
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wo ~~ 19 rcrrn~roo3oi
contraire susceptible de modifications et de variantes
qui apparaftront à l'homme de l'art .
Ainsi, si l'invention a été tout particulièrement
exemplifié dans le cas d'appareils de surgélation de
- 5 produits alimentaires, elle trouve une application
beaucoup plus large dans d'autres domaines, alimentaires
ou non. A titre illustratif, on citera également dans le
domaine de l'alimentaire le cas des appareils de cuisson.
De même, si l'invention a été tout
particulièrement exemplifié dans le cas d'une
détermination quantitative du nombre de produits traités
dans l'enceinte, cela en utilisant la combinaison d'une
caméra monochrome et d'une barrière optique, il
apparaftra clairement à l'homme du métier que l'on peut,
sans sortir du cadre de la présente invention, par
exemple .
- utiliser d'autres types de caméra;
- utiliser une barriëre optique faite de
plusieurs faisceaux disposés l'un au dessus de l'autre
dans le plan de déplacement des articles (P) de manière à
être interrompus par les articles (P) circulant sur le
convoyeur, et permettant d'obtenir une information de
volume des articles (selon le nombre de faisceaux
interrompus en hauteur lors du passage);
- utiliser, en combinaison avec une caméra, un
autre moyen de comptage qu'une barrière optique (sans
exclure d'ailleurs un moyen de comptage humain), par
exemple une barrière d'ultrasons;
- utiliser la caméra' (quelque soit son type)
seule, par exemple pour obtenir une information
quantitative telle que le taux d'occupation du convoyeur
(qui on l'a w, en combinaison avec la vitesse de ce
convoyeur permet d'avoir accès à la quantité moyenne de
produits traités), ou encore une information qualitative
- 35 telle que la température des produits (que ce soit à
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l'entrée de l'enceinte ou ~ la sortie selon l'endroit où
l'on positionne le système).
