Brevet FR2132339A1 — publié le 19721117

La présente invention concerne un équipement pour la stérilisation de l'air pouvant produire de l'air complètement stérile pour de nombreux usages, par exemple pour maintenir un état aseptique pour tous les types de traitements, d'aliments, 5 les appareils de mise en conserve et d'emballage et pour la protection contre la contamination par les bactéries de produits et de matières périssables précédemment stérilisés devant venir en contact avec ces équipements. Il est connu que la stérilisation de l'air est un 10 problème essentiel dans de nombreux domaines, et en particulier " dans l'industrie de l'emballage. Un procédé connu pour la stérilisation de l'air comporte l'action combinée de la chaleur et d'un agent chimique tel que de l'eau oxygénée vaporisée. Cette action combinée a pour but de détruire les micro-organismes pré-15 sents dans l'air. L'utilisation d'eau oxygénée a des inconvénients considérables tels que la corrosion des tuyauteries, la difficulté d'un dosage correct de l'eau oxygénée et enfin certains inconvénients tels que l'irritation des yeux et des muqueuses du personnel utilisant l'équipement en raison de 11évaporation de cet 20 agent de stérilisation. Il existe aussi des procédés connus pour stériliser l'air par simple chauffage à une température à laquelle tous les micro-organismes sont détruits. Cependant, ces procédés ne permettent pas de chauffer toutes les zones du courant d'air traver-25 sant l'appareil à la même température élevée nécessaire pour la stérilisation, et par suite, ces procédés ne garantissent pas une stérilisation complète du milieu traité. Une augmentation de la puissance de chauffage dans un tel équipement n'élimine pas complètement cet inconvénient tout en augmentant considérablement 30 le prix de revient de la stérilisation de l'air. La présente invention a pour ob.jet une installation pour la stérilisation de l'air assurant une stérilisation complète de tout l'air traité, d'une fabrication peu coûteuse et d'un fonctionnement et d'un entretien faciles. 35 Suivant une caractéristique essentielle 4e l'inven tion, la température uniforme du courant d'air sst obtenue en plaçant sur le trajet du courant d'air un filtr? xstallique chauffé. De ce fait, une stérilisation complète du courant d'air COPY 72 11523 2 2132339 peut être obtenue même à des température considérablement inférieures à celles qui seraient nécessaires en n'utilisant pas de filtre chauffé. Les caractéristiques de l'invention ressortiront 5 plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un appareil pour la stérilisation de l'air selon l'invention, 10 - la figure 2 est une coupe du dispositif de chauf fage de l'appareil de la figure 1, - la figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2, - la figure 4 est une coupe d'un dispositif de chauf-15 faite selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 5 est une coupe suivant la ligne V-v de la figure 4, - la figure 6 .est une coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 4, 20 - la figure 7 est une coupe schématique de l'echan- geur de chaleur de l'appareil de la figure 1, - la figure 8 est une coupe suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7, et, - la figure 9 est le diagramme du cycle thermique 25 de l'air traité dans un appareil selon la présente invention, L*installations de stérilisation de l'air représentée sur la figure 1 comporte urie isoufflante 1 qui envoie de l'air sous pression à travers une canalisation 8 à un filtre à air 2. L'air filtré par le filtre 2 passe à travers la canali-30 saLion S dans un échangeur de chaleur 3 dans lequel il est préchauffé et passe ensuite à travers la canalisation 10 dans un ii?positif de chauffage 4 comportant les éléments chauffants 5» Ai:..-si qu'il est expliqué avec plus de détail par rapport aux figures 2 à 6, l'air est chauffé uniformément à une température 35 à laquelle tous les micro-organismes sont tués. L'air chauffé et stérilisé passe du dispositif de chauffage 4 à travers la canalisation 11 dans 1'échangeur de chaleur dans lequel il cède winé partie de sa chaleur au courant d' air provenant de la cana- COPY 72 11523 3 2132339 lisation 9, par circulation à contre-courant, pour sortir de l'é-changeur de chaleur 3 à travers la canalisation 12 pour être refroidi dans tin dispositif 6 par un circuit de refroidissement 7 à la température voulue, l'air sortant ensuite à travers la 5 canalisation 13 vers le point d'utilisation. Comme le montre la figure 9, les niveaux de températures ou niveaux thermiques de l'air passant à travers l'appareil » de stérilisation sont les suivants. L'air traverse le filtre 2 pour entrer dans l1échangeur de chaleur récupérateur de chaleur 10 3 à la température ambiante, et il est préchauffé dans cet échan- * geur de chaleur à environ 140°C, après quoi il est chauffé dans le dispositif de chauffage 4 à 300°C (température garantissant la destruction totale des micro-organismes contenus dans l'air). Cet air entièrement stérile repasse dans 1'échangeur de chaleur 15 3 à environ 210°C et sort de 1'échangeur de chaleur à une température d'environ 160°C pour être refroidi dans .le dispositif de refroidissement 6 à la température à laquelle il doit être utilisé. Le dispositif de chauffage 4 qui chauffe uniformé-20 ment et régulièrement le courant d'air pour compléter la stérilisation est constitué essentiellement par des éléments chauffants et par un filtre métallique chauffé. Suivant le mode de mise en oeuvre de l'invention représenté sur les figures 2 et 3, le dispositif da chauffage comporte une enveloppe cylindrique 14 ayant 25 une sortie 17 pour l'air stérilisé passant ensuite à travers la canalisation 11. L'enveloppe cylindrique est fermée à une extrémité par une plaque de fond 17 comportant une entrée 15 raccordée à la canalisation 10 pour l'arrivée de l'air préchauffé provenant de 1'échangeur de chaleur, et à son extrémité supérieure une pla-30 que 18 supportant les éléments chauffants. Les éléments chauffants sont constitués par deux groupes de résistances électriques, le premier groupe étant un groupe central 51 disposé circulairement au-dessus de l'entrée 15 et le second groupe étant un groupe de résistances 5" autour du premier groupe, toutes ces résistances 35 étant supportées par la plaque supérieure 18. Un filtre cylindrique 19 en acier inoxydable fritté entoure le second groupe de résistance 5" et il est maintenu en position excentrée par rapport à l'enveloppe 14 par un bord circulaire 17* de la plaque du fond • COPY 72 11523 4 2132339 et par un bord circulaire 18* de la plaque supérieure. Cette disposition permet une certaine liberté de déplacement du filtre par rapport aux autres parties du dispositif de chauffage pour permettre des coefficients de dilatation différents. L'enveloppe 5 14 est soudée à la plaque de fond et son extrémité supérieure comporte une bride fixée par des boulons à la plaque supérieure avec interposition d'un joint d1étanchéité. En raison de ces dispositions, l'air préchauffé arrivant par la canalisation 10 à travers l'entrée 15 à l'intérieur 10 de l'enveloppe 14 s'écoule axialement le long du premier groupe 5' de résistances, et ensuite circule radialement à travers le groupe de résistance 5n> ces résistances étant disposées pour former une grille pour obliger l'air à suivre un trajet le long duquel il est chauffé à une température élevée. Le filtre 19 est 15 porté à la température de stérilisation dans le dispositif de chauffage par les résistances et par le courant d'air d'une façon uniforme, de sorte que pendant le passage à travers les pores du filtre toutes les zones du courant d'air atteignent la même température, par exemple de 300°C. Cette action de chauffage et de 20 stérilisation est améliorée par la prolongation du contact direct entre l'air et les surfaces métalliques chaudes. Les surfaces orientées vers l'intérieur des parties saillantes circulaires 17' et 18' sont concaves afin d'infléchir l'écoulement de l'air respectivement vers le haut et le bas vers le filtre pour l'éloigner 25 de l'extrémité supérieure et de l'extrémité inférieure du filtre afin d'empêcher l'air de passer à travers les interstices existant entre l'extrémité supérieure et l'extrémité inférieure du filtres et les surfaces latérales des parties saillantes 17' et 18'. Comme il a été indiqué ci-dessus, les jeux doivent être lais-30 sés pour permettre les différences de dilatation radiale et axiale entre le dispositif et les autres éléments du dispositif de chauffage 4. La combinaison des deux caractéristiques décrites ci-dessus, c'est-à-dire de l'écoulement d'air initialement axial 35 et ensuite radial à travers une grille de résistances à travers laquelle l'air circule avec un mouvement turbulent, et de la filtrâtion de l'air à travers le filtre très chaud permet d'obtenir un chauffage très uniforme de l'air qui garantit ainsi les 72 11523 5 2132339 meilleures conditions pour la stérilisation complète de l'air. L'appareil de chauffage représenté sur les figures 4, 5 et 6 comprend une première enveloppe cylindrique 114 dont une extrémité est fermée par une plaque 118 qui supporte un 5 groupe central d'électrode 105' disposées circulairement et un groupe de résistance 105 distribuées en plusieurs cercles concentriques par rapport au premier groupe et entourant celui-ci. » L'autre extrémité de 1'enveloppe*114 est fixée à une plaque annulaire 130 qui ferme partiellement une extrémité 10 d'une seconde enveloppe cylindrique 131 dont l'autre extrémité est fermée par une plaque 117. Suivant ce mode de aise en oeuvre de l'invention, un filtre métallique cylindrique est contenu dans cette seconde enveloppe 131 et il est supporté par les plaques 117 et 130 aux extrémités opposées* 15 Un cylindre métallique tubulaire 132 entoure le groupe central de résistances 105 coaxialement par rapport aux enveloppes 114 et 131 entre le bord intérieur de la plaque annulaire 130 et une position voisine de la plaqua 118 pour former un écran séparant le groupe central de résistances du groupe 20 extérieur de résistances. L'entrée 115 raccordée à la canalisation 10 par laquelle arrive l'air, préchauffé est fixée à l'enveloppe 114 à côté de la plaque annulaire 130* La sortie 116 raécordée à la canalisation 11 pour la sortie de l'air stérilisé est fixée à l'enveloppe T31 à côté de la plaque annulaire 130» 25 Avec cette combinaison, l'air préchauffé arrivant par la canalisation 10 passe par l'entrée 115 dans l'espace compris entre l'enveloppe 114 et l'écran tubulaire 132, et passe ensuite à travers cet écran tubulaire, l'air étant chauffé pendant le passage dans ces deux parties à une température de stérilisation 30 d'environ 300°C par les groupes de résistances 105 et 105*. A sa sortie de l'écran tubulaire 132, l'air passe dans l'espace 133 délimité par le filtre 119 et les plaques 117 et 130 et traverse ensuite les pores du filtre vers l'espace 132 situé entre le filtre 119 et l'enveloppe 131 pour sortir à travers la sortie 35 116 et la canalisation 11. Du fait de cette circulation, le filtre métallique est chauffé à une température uniforme par l'air stérilisé passant en contact avec le filtre, et quand le filtre a atteint cette température, il assure la fonction de garantir 72 11523 6 2132339 l'uniformité de la température du courant d'air passant de l'espace 133 vers l'espace 134. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec des filtres en acier fritte ayant des pores d'une dimension moyenne 5 de 32 microns. Une série d'essais en pulvérisant à la sortie de 1'échangeur de chaleur une solution de spores thermorésistantes de bacilles subtilis et en récupérant des spores survivantes à la sortie de l'équipement, c'est-à-dire dans la canalisation finale 13» a montré que l'utilisation du filtre chauffé permet 10 d'obtenir, même avec de l'air chauffé à 280°C, le même indice de survivance des spores que celui obtenu seulement par chauffage de l'air jusqu'à 330°C sans utiliser un filtre. Aux même températures, l'utilisation du filtre chauffé assure une stérilité de l'air supérieure à celle obtenue sans le filtre chauffé. 15 Le filtre peut être facilement régénéré par passage de solvants. Le dispositif échangeur récupérateur de chaleur représenté sur les figures 7 et 8 est aussi formé pour constituer vin élément d'un rendement élevé et d'une fabrication ainsi que 20 d'une installation et d'un fonctionnement faciles et peu coûteux. Ce dispositif comporte une enveloppe intérieure 21 de section rectangulaire avec une entrée 26 pour l'air stérile arrivant par la canalisation 11 et une sortie 27 raccordée à la canalisation 12. La partie centrale de cette enveloppe est plus plate et plus 25 étroite que les deux parties d'extrémité pour obtenir un courant d'air pratiquement laminaire à travers cette enveloppe. Une enveloppe extérieure est soudée à la surface supérieure dç l'enveloppe intérieure, et une autre enveloppe extérieure est soudée à la surface inférieure de l'enveloppe 30 intérieure. Chacune de ces enveloppes 22 forme avec la surface à laquelle elle est soudée un passage de forme rectangulaire pour l'air devant être préchauffé avec une entrée 24 raccordée à la canalisation 9 et une sortie 25 raccordée à la canalisation 10. Comme dans le cas de l'enveloppe intérieure 21, la hauteur des 35 parties centrales de ces passages est réduite pour obtenir aussi un courant d'air pratiquement laminaire et par suite un préchauffage plus uniforme de l'air passant des entrées 24 aux sorties 25. La configuration de ce dispositif échangeur de chaleur 72 11523 7 2132339 récupérateur assure ainsi des colorants d'air laminaires et turbulents à la fois à l'intérieur de l'enveloppe intérieure 21 et à travers les passages formés par les enveloppes extérieures 22, l'air circulant à l'intérieur de l'enveloppe 21 à contre-courant 5 de l'air circulant dans les enveloppes 22 pour obtenir le meilleur échange de chaleur possible. Le dispositif 3 est isolé de l'extérieur par une enveloppe extérieure 28. La figure 9 represente une courbç A de la tempera- \ ture en fonction du temps de l'air traité dans un appareil de 10 stérilisation selon l'invention. Les références portées au-des-sus de chaque section de la courbe correspondent aux références des différents dispositifs dans lesquels ont lieu les différents étages du cycle thermique. Ainsi que le montre cette courbre, l'air pénètre à 140°C dans le dispositif de chauffage dans lequel 15 il est chauffé à 300°C pour sortir à cette température du filtre 19 ou 119, après quoi il est refroidi à 160°C dans l'échangeur de chaleur et il est refroidi de façon supplémentaire jusqu'à la température désirée dans le dispositif de refroidissement 6. Bien entendu, la description qui précède n'est pas 20 limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 72 11523 8 2132339 REVENDICATIONS 1 - Installation pour la stérilisation de l'air à haute température -caractérisée en ce qu'elle comporte un échangeur de chaleur ; un dispositif raccordé à cet échangeur de chaleur pour l'envoi d'un courant d'air filtré ayant traversé l'é- 5 changeur de chaleur vers un dispositif de chauffage de l'air, ce dispositif pour le chauffage de l'air à la température à laquelle l'air est stérilisé comportant une entrée pour recevoir le courant d'air de la sortie de l'échangeur et une sortie pour l'envoi de l'air à travers l'échangeur de chaleur vers un point 10 d'utilisation de l'air ; des éléments chauffants dans le dispositif de chauffage de l'air pour chauffer le courant d'air à la température de stérilisation à laquelle tous les micro-organismes contenus dans l'air sont détruits ; un filtre chauffé à la température de stérilisation de l'air situé sur le passage 15 de l'air entre les éléments chauffants ei/La sortie du dispositif de chauffage pour que l'air soit obligé à traverser le filtre ; et un dispositif de refroidissement sur le trajet du courant d'air entre l'échangeur de chaleur et le point d'utilisation pour refroidir le courant d'air à la température désirée pour 20 l'utilisation. 2 - Installation selon la revendication 1, c aracté-risée en ce que le dispositif de chauffage comporte une enveloppe avec la sortie pour l'air, une plaque de fond fermant line extrémité de cette enveloppe et comportant l'entrée pour l'air, 25 une plaque supérieure fermant l'extrémité opposée de l'enveloppe, les surfaces inférieures de la plaque de fond et de la plaque supérieure étant concaves, un groupe central d'éléments chauffants autour'de la sortie de l'entrée d'air, un groupe périphérique d'éléments chauffants entourant le groupe central et un 30 filtre cylindrique entourant le groupe périphérique entre ce groupe et l'enveloppe. 3 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que lQ&ispositif de chauffage comporte une première enveloppe fermée à une extrémité et contenant l'élément 35 chauffant, une seconde enveloppe fixée à une extrémité .à la seconde extrémité de la première enveloppe et fermée à son autre extrémité, un cylindre tubulaire métallique communiquant 72 11523 9 213233? avec la seconde enveloppe et avec la première enveloppe et s'é-tendant à partir du bord intérieur de la plaque annulaire séparant les deux enveloppes à l'intérieur de la première enveloppe une sortie pour l'air de la seconde enveloppe, et un filtre dans 5 la seconde enveloppe entre les éléments chauffants et la sortie pour l'air. 4 - Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le filtre est un filtre cylindrique en acier fritté. 10 '5 - Installation selon la revendication 4, carac térisée en ce que la dimension moyenne des pores du filtre est de 32 microns. 6 - Installation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le filtre est chauffé à une tempéra-15 ture comprise entre 280°C et 300°C.