Brevet FR2008701A1 — publié le 19700123

T5962 2008701 La présente invention concerne un appareil de traitement des matières solides, par exemple des fruits, des légumes, des grains, des aliments emballés, à des pressions supérieures ou inférieures à la pression atmosphérique et en particulier un 5 tel appareil comprenant un système de pompage hélicoïdal ou à serpentin servant à transporter les objets pour les introduire dans la zone de traitement et les en faire sortir. D'autres avantages et caractéristiques rassortiront de la description détaillée qui va suivre," faite en regard des 10 dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, deux formes de réalisations conformes à l'invention. Sur ces dessins : La figure 1 est .une vue, en partie en coupe, d'un appareil suivant l'invention. 15 La figure 2 est un schéma représentant le fonctionnement de la pompe hélicoïdale de la figur.e 1. La figure 3 est un graphique montrant comment les paramètres du système de pompage hélicoïdal sont choisis pour obtenir une pression voulue, et 20 La figure 4 est une vue partielle représentant l'appareil de la figure 1, modifié pour fonctionner sous vide. Dans l'explication qui suit, où sauf indication- contraire toutes les pressions sont des pressions manométriques, on insiste particulièrement sur l'application de l'invention à des 25 systèmes de traitement sous pression. Cependant, celle-ci peut également s'appliquer à des systèmes fonctionnant à des pressions inférieures à la pression atomsphérique, et de telles applications seront expliquées et décrites dans la dernière partie de la description. 30 Pour traiter diverses denrées, il est de pratique cou rante d'utiliser un ou plusieurs traitements sous pression. Des exemples de tels traitements sont indiqués par la cuisson des pommes de terre ou des grains, la stérilisation des aliments en conserve ou emballés autrement, et autres produits. Lorsqu'on 35 fait fonctionner l'appareil destiné au traitement sous pression d'une manière continue, il faut prévoir un moyen quelconque permettant de transporter la matière pour l'introduire dans la zone de pression et l'en faire sortir sans perte de pression. Parmi les dispositifs classiques qu'on utilise dans ce bad original 69 15962 2008701 but, on trouve les pompes. Cependant, les pompes conviennent principalement pour manipuler des liquides ou des mélanges de liquides ou bien de petits objets tels que les céréales en grainsla manipulation d'objets importants et délicats, tels 5 que des sacs en matière plastique d'aliments dans des pompes, est hors de question. L'utilisation de coionnes élevées, de branches"à eau ou branches barométriques telles qu'on les appelle d'habitude, est possible, mais ces d,ernières sont très encombrantes. Par exemple, une chambre de pression fonctionnant 10 à-une pression manométrique dé 0,7 bar nécessiterait deux branches (une pour l'alimentation, 'et une pour la sortie) présentant chacune une hauteur d'au moins 7 mètres. Des dispositifs de sas de pression peuvent être utilisés mais ils présentent l'inconvénient d'impliquer des mécanismes complexes et coûteux. 15 En conséquence, la présente invention a pour but de four nir un appareil à l'aide duquel on supprime" les difficultés précédentes. le système selon "la présente invention transporte des objets"pour les introduire dans la zone de pression (ou de vide) et les en faire sortir, mais cette opération n'est pas dan-20 gereuse pour les objets transportés, même lorsque leur nature est délicate, comme c'est le cas avec des baies, des tranches de pêches, d'autres fruits ou d'autres légumes, et des produits alimentaires emballés dans des poches ou des sacs en matière plastique, dans" du clinquant. De plus, le système selon l'inven-25 tion est d'une construction relativement simple, et il est beaucoup plus compact que les dispositifs de colonnes hydrostatiques. On se reportera maintenant à la figure 1 qui représente une forme d'appareil suivant l'invention. Le dispositif comprend une pompe d'alimentation hélicoï-30 dale indiquée d'une manière générale en 1, une chambre de traitement 2, et une pompe hélicoïdale de sortie indiquée d'une manière générale en 3. La pompe d'alimentation.hélicoïdale qui est indiquée d'une manière générale en 1, comprend un serpentin 4 de tube enroulé 35 autour d'un tambour 5. Pour simplifier le dessin, le serpentin 4 est représenté comme comportant à titre d'exemple un certain nombre de spires. Dans la pratique réelle, le nombre de spires dépend de facteurs tels que le diamètre du serpentin, les conditions de pression, et autres facteurs, comme expliqué plus bad original 69 15962 3 2008701 loin. De même, le nombre de spires représentées sur le serpentin 25 et sur le serpentin de la figure 2 est purement indicatif. Aux extrémités du tambour 5, sont fixés .des pignons 6 qui 5 sont en prise avec des pignons 7 clavetés sur un arbre 8» Un moyen d'entraînement approprié, tel' qu'un moteur électrique à vitesse variable (non représenté) sert à faire tourner l'arbre 8 de manière à faire tourner en bloc le serpentin 4 suivant la direction indiquée par la flèche. 10 La partie gauche du serpentin 4 traverse un palier 9 pour pénétrer dans une trémie 10. Afin de recevoir de l'eau et la matière à traiter, le serpentin 4 est pourvu d'une partie découpée ou orifice d'entrée d'alimentation 11. L'extrémité du serpentin 4 est fermée par un chapeau 12. 15 Des dispositifs d'alimentation et de dosage 13 et 14 ain si que des conduits 15 et 16 introduisent respectivement l'eau et la matière suivant des régimes prédéterminés, dans le serpentin 4 par l'intermédiaire de l'orifice d'entrée 11. Tout excès de matière qui ne pénètre pas dans le système d'alimenta-20 tion peut être collecté à l'orifice de sortie 17 de la trémie 10 pour être renvoyé au dispositif d'alimentation 14. On voit que le moyen de sortie 16 ne prend pas nécessairement la forme d'un conduit simple. Par exemple, il serait préférable pour manipuler des aliments emballés, que ce moyen soit constitué 25 par une courroie de transport. Du fait que l'orifice d'entrée 11 fait partie du serpentin 4, il se trouve en position de réception, tourné vers le haut, comme on le voit sur la figure 1, une fois par tour du serpentin 4« Le résultat net est que l'eau et la matière sont 30 reçues dans le serpentin 4 sous forme fractionnée. De plus, la surface de l'orifice d'entrée 11 est telle que chaque fraction (eau et matière combinées) présente un volume qui est la moitié d'une seule spire du serpentin 4. De cette limitation du volume en fractions, combinée avec le fait que chaque fraction est sé-35 parée d'un volume égal d'air (l'air pénétrant dans le serpentin 4 lorsque l'orifice d'entrée 11 tourne en s'écartant de sa position haute), il s'ensuit qu'à mesure.que le serpentin 4 tourne, ces fractions forment une série de colonnes hydrostatiques et que la pression totale produite est la somme de celle 69 15962 4 2008701 de ces colonnes. la situation qui existe dans le serpentin 4 est représentée sur la figure 2. Par exemple, représente la charge produite dans la troisième spire, n^, du serpentin. la charge totale produite est la somme des charges ou des colonnes 5 hydrostatiques des cinq premières spires n-^, ng, n^, n^ et n^. Du fait que la rotation est continue, on voit que lorsque le serpentin tourne de 180 degrés, la fraction se trouvant dans la spire n^ est évacuée et qu'à mesure que la rotation se poursuit sur 180 degrés, les fractions élémentaires se déplacent 10 d'une spire vers l'extrémité de sortie et qu'une nouvelle fraction pénètre de l'extrémité d'alimentation dans la spire n^« En revenant maintenant à la figure 1, on voit que la matière et l'eau sont introduites par le serpentin 4 à travers un palier étanche au gaz 18 dans la chambre de traitement 2. 15 La chambre 2 est construite de manière à résister à la pression et elle comprend une courroie de transport 19 à lattes, entraînée par des rouleaux 20. Ces rouleaux sont à leur tour mis en rotation par tout moyen approprié, par exemple à l'aide d'arbres qui font saillie en traversant des paliers étan-20 ches au gaz à l'extérieur de la chambre 2. Le moyen d'entraînement est coordonné avec celui du serpentin 4 de telle sorte que la matière est entraînée sur la courroie 19 à la vitesse même suivant laquelle elle est transportée à travers le serpentin 4. Un ensemble .21 d'échange de chaleur sert à maintenir l'in-25 térieur de la chambre 2 à une température prédéterminée. On fait circuler de la vapeur d'eau, de l'eau chaude, ou un autre fluide à travers le moyen d'échange de chaleur 21 par des conduits 22 et 23-.Par exemple, pour stériliser des aliments non acides se trouvant dans des sacs en matière plastique, on main-30 tient la chambre 2 à une température d'environ 116°C ce.qui correspond à une pression manométrique de 0,7 bar„ La chambre 2 est également pourvue d'un équipement auxiliaire classique (non représenté) comprenant un manomètre, un orifice de sortie pour l'air ou d'autres gaz déterminés en ex-35 cès, des moyens servant à évacuer les condensats ou autres. La matière qui pénètre dans la chambre 2 en sortant du serpentin' 4 est reçue sur la courroie 19 et est transportée par celle-ci à travers la chambre vers le serpentin 25 de la pompe de sortie hélicoïdale 3- la chambre 2 est remplie d'eau jusqufau 69 15962 2008701 niveau indiqué par la ligne 24 et pendant son fonctionnement, ce niveau est maintenu car l'eau est introduite par la pompe d'alimentation 1 et évacuée au même débit par la pompe de sortie 3. Il convient de noter à ce point que bien qu'on utilise 5 d'habitude de l'eau comme véhicule'liquide dans le système selon l'invention, on peut utiliser n'importe quel autre liquide. Par exemple, le liquide peut être une huile de glycérine ou de la graisse lorsqu'elle vient réellement en contact avec la surface de l'aliment, comme par exemple pour frire des morceaux de 10 pomme de terre. Lorsque le liquide doit être utilisé comme milieu de transmission de chaleur, par exemple pour stériliser des aliments en conserve, il peut être constitué par n'importe quel liquide à point d'ébullition élevé, comestible ou non, tel que du glycol, de la glycérine, de l'huile de silicone ou 15 une huile hydrocarbure. Pour des applications telles que l'imprégnation de tranches de fruits, le liquide peut être un sirop de sucre, un jus de fruits, un concentré de jus de fruits. La pompe de sortie hélicoïdale 3 comprend un serpentin 25 en tube lequel est enroulé autour d'un tambour 26 et mis en ro-20 tation par un agencement de pignons exactement comme pour le serpentin 4} et en synchronisme avec la rotation de ce dernier. Le serpentin 25 est pourvu d'un orifice d'entrée 30 qui fonctionne comme l'orifice d'entrée 11 du serpentin 4 pour introduire des fractions élémentaires d'eau et de matière subissant 25 le traitement. En to.urnant, le serpentin 25 fonctionne comme le serpentin 4» à l'exception du fait que dans ce cas, l'eau et la matière traitée sont transportées à l'extérieur de la chambre 2 et sortent par l'extrémité ouverte 27 du serpentin 25. Il est bien entendu, que la pompe de sortie 3 sert égale-30 ment de joint étanche par le fait qu'elle empêche toute perte de la pression qui existe dans la chambre 2. Le préférence, la chambre 2 est pourvue d'un tuyau d'entrée de vapeur 28 et d'une vanne 29. A l'aide de cet équipement, on peut admettre de la vapeur d'eau dans la chambre 2 au 35 début du fonctionnement pour amener la pression au niveau voulu. Le plus, pendant le fonctionnement, on peut commander la vanne 29 à l'aide d'un dispositif de détection de pression classique afin de maintenir une pression uniforme dans la chambre 2, c'est-à-dire d'annuler tous les effets pulsatoires qui se 69 15962 2008701 produisent lorsque les fractions individuelles sont pompées dans la chambre par le serpentin 4. Les serpentins 4 et 25 sont réalisés en général à l'aide de tubes présentant une section droite ou circulaire. Cependant, 5 cette section peut être elliptique, rectangulaire, ou présenter toute autre configuration convenant le mieux à la manipulation des matières particulières. De plus, les serpentins peuvent être chemisés ou pourvus autrement de' moyens servant à chauffer ou à refroidir la matière qui les traverse. 10 On se reportera maintenant à la figure 5 Qui montre com ment sont choisis l,es paramètres du système de pompage hélicoïdal pour.obtenir une.pression voulue. Sur cette figure, on a représenté sept courbes séparées, dont chacune s'applique à un diamètre d'enroulement du serpentin particulier (D) mesuré en 15 centimètres. Le diamètre d'enroulement du serpentin en bloc ne doit pas être confondu avec le diamètre du tube qui constitue le serpentin. La figure 3 montre, par exemple, que si on choisit un diamètre de serpentin de 30 centimètres, il faut 40 spires pour 20 obtenir une pression ou charge de 9 mètres d'eau. D'autre part, la même pression est produite avec 8 spires seulement, lorsque le diamètre du. serpentin est de 150 dm. Il est important de noter que ni la vitesse de rotation du serpentin ni la vitesse du tube qui le constitue ne jouent 25 aucun "rôle pour produire Ta pression. Ces éléments, cependant, influencent la production du système. Naturellement, plus le diamètre du tube est important et plus la vitesse de rotation est élevée plus importante est la production du système. Il est également évident que le diamètre du tube doit être suffisam-30 ment grand pour permettre un passage facile de la matière en particules qui subit le traitement. Pour former l'ensemble de l'appareil, on utilise un serpentin d'alimentation et un serpentin de sortie qui fournissent chacun la même pression. Par exemple, si la chambre de traite-35 ment 2 doit fonctionner à-une pression x en bars, chacun des serpentins 4 et 25 serait choisi avec des paramètres tels qu'ils soient capables de fournir une pression de x bars, même lorsque dans l'ensemble du système, seul le serpentin 4 est utilisé pour produire la pression, tandis que le serpentin 25 s'oppose à la 69 15962 7 2008/01 pression (c1 est-à-dire empêcherait toute perte de pression à l'extrémité de sortie du système)» Pour des applications à des paramètres non représentés sur la figure 3» on peut appliquer la formule : 5 180° . P o cos 1 où — — P^ = pression produite par le serpentin, en mètres de liquide 10 R = rayon d'enroulement du serpentin, en mètres. n = nombre de spires du serpentin PQ = pression (absolue) à l'extrémité d'entrée du serpentin, en mètres de liquide Pfli_^ = pression, en mètres de liquide, produite dans la spire 15 n - 1. Cette valeur est déterminée lorsque les diverses valeurs de P-^, ?2j P^» etc... ont été déterminées successivement pour en faire la somme. L'appareil selon l'invention peut être appliqué à tous les types de traitement qui impliquent un traitement d'une matière 20 à des pressions supérieures ou inférieures à la pression atmosphérique» Des exemples de traitement s'effectuant à une pression supérieure à la pression atmosphérique sont la cuisson ou le blanchiment des aliments, la stérilisation des aliments emballés . Des exemples de traitement sous une pression inférieure 25 à la pression atmosphérique sont : l'imprégnation de tranches de fruits avec des sirops de sucre, ou d'autres liquides contenant des adoucissants, des agents d'assaisonnement, de conservation, le dégazage de tranches de fruits, ou d'autres aliments dans leur emballage ; l'imprégnation de pois, de céréa-30 les ou d'autres aliments avec des solutions contenant des agents d'attendrissement, de conservation. Il est évident que lorsque le traitement implique la mise en contact des aliments avec des sirops ou d'autres liquides, comme indiqué plus haut, on doit utiliser ce liquide comme véhicule à la place d'eau simple, com-35 me décrit plus haut en liaison avec la description de la figure 1. • On se reportera maintenant à la figure 4 qui représente une variante de l'invention destinée à fonctionner sous une pression inférieure à la pression atmosphérique. L'appareil est - > 69 15962 2008701 celui qu'on voit sur l'a figure 1 à l'exception du fait que l'o-rifice d1entrée 28 de vapeur et la vanne 29 sont remplacés par un conduit 31 qui est relié à une pompe à vide classique 32= A la mise en route, on fait fonctionner la pompe à vide 32 pour 5 réduire la pression dans la chambre 2 au niveau voulu. Pendant la marche, on fait fonctionner la pompe à vide suivant les besoins- pour purger l'air (et tous les autres gaz qui pénètrent dans la chambre 2) et maintenir le vide au niveau choisi. Pour un tel fonctionnement sous vide, les serpentins 4 et 25 sont 10 construits et fonctionnent de la même manière que celle décrite en liaison avec le mode de réalisation de la figure 1. De plus, pour choisir les paramètres des serpentins, on applique les mêmes principes <> Par exemple, si on doit faire fonctionner la chambre 2 à une pression d'un demi-bar, on choisirait les 15 paramètres des serpentins 4 et 25 de telle sorte que chacun dleux soit capable de produire un demi-bar ou en d'autres termes, une charge de 5,1 mètres d'eau. On voit également que pour faire fonctionner un système sous vide, le serpentin 4 fonctionne de manière à s1opposer à la pression tandis que le ser-20 pentin 25 fonctionne de manière à produire une pression. Il va de soi que la présente invention a été décrite et représentée à titre d'exemple préférentiel explicatif, mais nullement limitatif, et "qu'on pourra introduire tout équivalent dans ses éléments constitutifs sans sortir de son cadre défini 25 par les revendications annexées. EEGENDE DBS DESSINS ligure-- Repères 3 B Pression - un mètre d'éau 0 Nombre de spires du serpentin 30 D Diamètre du serpentin en centimètres 69 15962 9 2008701 REVENDICATIONS 1°) - Appareil servant à traiter des aliments et d'autres matières caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison : une chambre de traitement, un serpentin de tube enroulé autour d'un 5 axe, un moyen servant à faire tourner le serpentin autour de cet axe, une extrémité du serpentin communiquant avec un poste d'alimentation, l'autre extrémité du serpentin communiquant avec la chambre de traitement, et un moyen servant à amener un liquide à la matière à traiter à ce poste d'alimentation pour les 10 faire transporter par le serpentin et les introduire dans la chambre de traitement. 2°) - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen servant à amener un liquide et la' matière à traiter est constitué par un moyen servant à amener un liquide 15 et la matière à un débit suffisant pour maintenir"chaque spire du serpentin à moitié remplie de liquide et de matière combinés. 3°) - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de sortie pour la chambre de traitement, ce moyen de sortie comprenant un serpentin de tube en-20 roulé autour d'un axe, un moyen servant à faire tourner.le serpentin autour de l'axe, une extrémité du serpentin communiquant avec la chambre de traitement, et l'autre extrémité du serpentin étant ouverte et débouchant à l'atmosphère. 4°) - Appareil pour le traitement des aliments et d'au-25 très matières caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison ; une chambre de traitement, un premier serpentin de tube enroulé autour d'un axe, un moyen faisant tourner ce premier serpentin autour de cet axe, une première extrémité de ce premier'serpentin communiquant avec un poste d'alimentation, l'autre extrémi-30 té du premier serpentin communiquant avec la chambre de traitement, un moyen servant à amener un liquide et la matière à traiter au poste d'alimentation pour les faire transporter par le premier serpentin et les introduire dans la chambre d'alimentation, un second serpentin de tube enroulé autour d'un axe, 35 un moyen servant à faire tourner le second serpentin autour de son axe, une première extrémité du second serpentin communiquant avec la chambre de traitement, l'autre extrémité du second serpentin étant ouverte et débouchant à l'atmosphère, et un moyen disposé à l'intérieur de la chambre de traitement gAD ORIGINAL. 69 15962 10 2008701 servant à recevoir -la matière qui y est introduite par le premier serpentin et à la transporter vers le second. 5°) - Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'un moyen sert à chauffer la chambre de traitement. 5 6°) - Appareil suivant la revendication 4» caractérisé en ce qu'un moyen sert à mettre sous pression la chambre de traitement. 7°) - Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen servant à réduire la pression dans 10 la chambre de traitement. ' ■ 8°) - Appareil servant'à stériliser des aliments enfermés dans des récipients étanches, caractérisé en ce qu'il comprend : une fente de stérilisation, un moyen.servant à maintenir une pression supérieure à la pression atmosphérique dans la cham-15 bre de stérilisation, un moyen servant à maintenir une température d'au moins, 100°C dans la chambre de stérilisation, un moyen sërvant à introduire les récipients scellés et étanches dans la chambre de stérilisation, ce moyen d'alimentation comprenant : un serpentin de tube enroulé autour d'un axe, une première ex-20 trémité du serpentin étant ouverte et débouchant à l'atmosphère et sa seconde extrémité communiquant avec la ehambre de stérilisation, un moyen servant à faire tourner le serpentin autour de son axe, et un moyen servant à.introduire des fractions élémentaires constituées par des récipients - scellés et.de l'eau 25 dans la première extrémité du serpentin, suivant un régime d'un1 morceau par totir du serpentinchaque -fraction présentant un volume égal à environ la moitié du volume d'une seule spire du serpentin, et un moyen servant à évacuer'les récipients stérilisés hors de la chambre de stérilisation,- ce moyen, de sortie 50 comprenant : un serpentin de tube enroulé autour d'un axe ; une première extrémité du serpentin communiquant avec la chambre de stérilisation et une seconde extrémité étant ouverte et débouchant à l'atmosphère, un moyen servant à faire tourner le serpentin autour de son axe, un moyen servant à introduire des 35 fractions constituées par des récipients scellés et de l'eau dans la première extrémité du serpentin, suivant un régime d'un morceau par tour du serpentin, chaque fraction présentant un volume égal à la moitié environ du volume d'une seule spire du serpentin. rad original