Brevet FR2172905A1 — publié le 19731005

La présente invention a pour objet un stérilisateur ainsi qu'un procédé de stérilisation, notamment utiles pour la stérilisation industrielle de produits alimentaires. les stérilisateurs industriels comprennent généralement un corps ou cuve tubulaire cylindrique en t61e de forte épaisseur, ce corps ou cuve étant muni à l'une des extrémités d'un fond de préférence bombé, et à son autre extrémité d'un couvercle ou porte ouvrant étanche, de préférence également bombé. les produits à stériliser sont introduits dans ces stérilisateurs après avoir été placés sur des paniers grillagés. Après fermeture de la porte, on envoie dans la cuve du stérilisateur de la vapeur d'eau ou de l'eau surchauffée dans le but de monter en température les produits à stériliser. Après maintien en température pendant le temps nécessaire, on effectue un refroidissement permettant l'ouverture du couvercle ou porte et l'extraction des produits stérilisés. Ce refroidissement est réalisé en chassant l'eau surchauffée ou la vapeur d'eau et en introduisant de l'eau froide dans la cuve. Après abaissement de la température, on interrompt l'arrivée d'eau, on vide l'eau de la cuve et on ouvre la porte du stérilisateur pour sortir les paniers contenant les produits stérilisés. le temps de passage des produits dans le stérilisateur est fonction de la durée nécessaire à l'élévation de la température, puis de celle nécessaire à la stérilisation proprement dite, et enfin de la durée de refroidissement de l'appareillage et des produits stérilisés. Si l'on fait le bilan thermique d'une opération de stérilisation, on remarque que, en raison de la masse importante, et par conséquent de l'inertie calorifique importante de l'appareil, le rendement calorifique est déplorable, de sorte que le eoat de fonctionnement de l'installation est prohibitif (grosse consommation de calories d'une part et d'eau de refroidissement d'autre part). La présente invention a pour but de remédier à ce mauvais rendement thermique. le stérilisateur est caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe interne, de faible épaisseur, placée à l'intérieur du corps ou cuve métallique du stérilisateur, cette enveloppe interne délimitant d'une part un espace intérieur dans lequel sont susceptibles d'être placés les produits à stériliser, les canalisations d'amenée et de départ du fluide de chauffage et du fluide de refrodissement débouchant dans cet espace intérieur, et d'autre part un espace intermédiaire s'étendant entre ladite enveloppe interne et ledit corps extérieur, cet espace intermédiaire contenant un gaz non condensable, notamment un gaz mauvais conducteur de la chaleur, comme par exemple l'air, sous une pression telle qu'il puisse empêcher toute déformation sensible, de ladite enveloppe interne. Selon un mode de réalisation preféré de la présente invention, on prévoit des moyens tels que le gaz précité soit constamment à la même pression que le fluide envoyé dans l'espace intérieur précité, de telle sorte que les efforts résultants sur ladite enveloppe interne, pendant toute la durée du cycle de stérilisation (mise en températuremaintien en température et refroidissement), soient pratiquement nuls, ce qui permet d'employer, pour constituer ladite enveloppe interne, une tle métallique très mince, par exemple de 2 mm d'épaisseur, pour un stérilisateur de l'ordre d'un à deux mètres de diamètre. On voit ainsi que, tout en satisfaisant aux normes de sécurité qui exigent la mise en oeuvre d'un corps extérieur tel qu'il puisse résister à des pressions de l'ordre du double de la pression maximale du cycle normal de fonctionnement, on a augmenté considérablement le rendement thermique par le fait que l'espace intermédiaire précité, rempli d'un gaz tel que l'air constitue un manteau isolant ou écran thermique réduisant considérablement les variations de température du corps extérieur du strilisateur, seule l'enveloppe interne de faible inertie thermique étant soumise aux variations de température du cycle de traitement des produits. Un autre avantage du stérilisateur de l'invention-consiste en ce que la durée de chaque cycle de stérilisation pourra, toutes conditions égales par ailleurs être réduites,les quantités de de chaleur à apporter à l'appareil lors du chauffage et celles à évacuer lors du refroidissement-seront plus faibles. Pour réaliser, au cours du cycle de stérilisation, l'équilibre de pressions entre l'espace intermédiaire précité et l'espace intérieur précité, c'est-à-dire de part et d'autre de l'enveloppe interne, on prévoit, dans au moins une zone de la partie inférieure de ladite enveloppe interne, une communication avec l'arrivée du fluide de traitement et/ou avec l'espace intérieur précité: le fluide de traitement peut ainsi pénétrer dans la partie inférieure dudit espace intermédiaire et venir comprimer le gaz qui s'y trouvait initialement contenu, sans se mélanger à celui-ci, de telle sorte, que tout au long du cycle de stérilisation, ce gaz soit maintenu en permanence à la même pression que celle existant dans l'espace intérieur contenant les produits à stériliser et alimenté en ledit fluide de traitement. Selon une variante permettant également de réaliser en permanence l'équilibre des pressions de part et d'autre de l'enveloppe intermédiaire précitée, l'espace intermédiaire précité ne comporte aucune communication directe avec l'arrivée du fluide de chauffage et/ou l'espace intérieur du stérilisateur, mais il est relié par une tubulure appropriée à un récipient adéquat, placé à l'extérieur du stérilisateur, ce récipient communiquant par ailleurs avec espace intérieur du stérilisateur; selon une autre variante, on pourrait prévoir des moyens indépendants d'amenée de gaz sous pression dans l'espace intermédiaire précité, en l'absence de toute communication entre cet espace et l'espace intérieur du stérilisateur, mais on serait alors conduit soit à augmenter sensiblement l'épaisseur de l'enveloppe interne, en consentant à un rendement thermique moins bon, en raison de l'impossibilité de réaliser en permanence l'équilibre exact des pressions de part et d'autre de l'enveloppe interne, soit de prévoir les moyens de régulation complexes de la pression de gaz existant dans ledit espace intermédiaire, ce qui compliquerait l'appareillage. le procédé de stérilisation de l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste à charger les produits à stériliser dans l'espace intérieur du stérilisateur précité, en envoyer le fluide de chauffage dans ledit espace intérieur et à le faire circuler à travers cet espace, à interrompre cette circulation, à envoyer le fluide de refroidissement dans cet espace intérieur, puis à interrompre sa circulation et enfin à décharger les produits stérilisés. l'expression "stérilisation", telle qu'elle est utilisée dans la présente description couvre bien entendu la cuisson des denrées alimentaires, mais également la stérilisation de denrées déjà cuites ou partiellement cuites; elle s'applique en outre éventuellement à toute substance, outil, dispositif ou qant susceptible d'être stérilisé, de même le terme "stérilisateur", s'applique à tout appareil de cejype ayant pour but d'effectuer une stérilisation selon la définition donnée ci-dessus. On va maintenant décrire, en référence aux dessins annexés, divers modes de réalisation du stérilisateur selon la présente invention; sur ces dessins - la figure 1 représente une vue extérieure, en élévation de profil,d'un stérilisateur selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 représente une vue en coupe, selon II-II de la figure 1, de ce stérilisateur; - la figure 3 représente une vue en élévation de face, selon III-III de la figure 1, de la porte d'accès de ce stérilisateur, les moyens de fixation de cette porte d'accès sur le corps du stérilisateur n'ayant pas étés représentés pour la clarté de la figure - la figure 4 représente une vue schématique, en coupe axiale d'un stérilisateur à axe vertical conforme à un autre mode de réalisation de l'invention; ; - la figure 5 représente une vue schématique, en coupe transversale, d'un stérilisateur selon un troisième mode de réalisation de l'invention; et - la figure 6 représente une vue schématique en coupe transversale partielle d'un stérilisateur selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. En se référant aux figures 1 et 2, on voit que le stérilisateur comprend un corps extérieur ou cuve 1 en t81e épaisse, par exemple de 3 à 5 cm d'épaisseur (pour un diamètre de l'ordre du mètre), une enveloppe interne 2, un couvercle ou porte d'accès amovible 3, une canalisation 4 d'amenée des fluides de traitement (fluide de chauffage et fluide de refroidissement) et une canalisation de départ des fluides de traitement 5, le stérilisateur reposant sur le sol par des pieds tels que 6a et 6b, la canalisation d'amenée 4 se subdivise par exemple, comme dans l'exemple représenté, en quatre tubulures 4a, 4b, 4c et 4d réparties sur la longueur du corps du stérilisateur, tandis que la canalisation de départ 5 se subdivise aussi en quatre tubulures 5a, 5b, 5c et 5d faisant face aux tubulures 4 correspondantes; pour la dimension donnée précédemment l'enveloppe interne 2 a une épaisseur de l'ordre de 2 mm, l'espace intermédiaire 7 déterminé entre la cuve 1 et ladite enveloppe interne 2 ayant une épaisseur moyenne de l'ordre de quelques centimètres; comme on peut le voir sur la figure 2, la section transversale de l'enveloppe interne 2 comporte un contour irrégulier déterminé de façon à épouser au mieux la forme du contour du chargement qui est ici représenté par la référence générale 8, Q chargement étant effectué de façon à utiliser au maximum le volume intérieur du stérilisateur, dans l'exemple représenté ce chargement est par exemple constitué par un empilage de quatre paniers grillagés contenant les produits à stériliser, cet empilage étant effectué sur la plate-forme d'un chariot mobile sur des rails, non représentés, situés en unie zone convenablement renforcée de la partie inférieure de l'enveloppe interne 2; cette enveloppe interne est soudée, dans les zones d'extrémité du stérilisateur, à la cuve 2, par l'intermédiaire de deux tôles transversales appropriées 9a et 9b qui ferment l'espace intermédiaire 7; sauf vers le bas, l'enveloppe interne 2 est supportée sur sa longueur par des éléments de liaison appropriés tels que 10, soudés d'une part sur la cuve 1 et d'autre part sur l'enveloppe interne 2, la structure de ces éléments étant telle qu'ils ne réalisent aucun cloisonnement intérieur de l'espace intermédiaire 7; les tubulures d'amenée de fluide, telles que 4c, sont soudées de façon étanche d'une part à la cuve 1 et d'autre part à l'enveloppe interne 2; par contre les tubulures de départ de fluide, telles que 5c, prennent naissance sur la cuve 2 sur laquelle elles sont soudées, des ouvertures telles que 11c étant prévues sur l'enveloppe interne 2 en regard des tubulures telles que 5c; ainsi, le fluide ayant traversé l'espace intérieur 12 de l'enveloppe interne 2, contenant le chargement 8, peut non seulement s'échapper par la tubulure 5c, mais aussi pénétrer, comme indiqué par les flèches f, dans la partie inférieure de l'espace intermédiaire 7, en empruntant les passages latéraux, de droite et de gauche, existant entre l'enveloppe interne 2 et la cuve 1. On remarque que l'espace intermédiaire 7 existe seulement sur la partie latérale dustérilisateur, mais non à ses extrémités, c'est-à-dire au niveau de son fond bombé 13 et au niveaudeXa forte d'accès 3. On réalise donc, conformément à la présente invention, des espaces intermédiaires auxiliaires 14 et 15, respectivement au contact du fond bombé 14 et au contact du couvercle 3, en plaçant des tôles planes, respectivement 16 et 17 sur la zone de plus grand diamètre de ce fond bombé et de cette porte d'accès, et en soudant lesdites tôles sur leur périphérie; on prend soin de ménager une ouverture, telle que 16a ou 17a, à la partie inférieure de ces tolets, de-façon à ce que l'air contenu dans les espaces intermédiaires 14 et 15 puisse se mettre à la même pression que le fluide envoyé dans l'espace intérieur 12. les différents espaces intermédiaires 7, 14 et 15 permettent ainsi d'obtenir un écran thermique entourant de tous côtés l'espace intérieur 12 contenant le chargement et interdisant par consé-quent l'échauffement- de la cuve 1; au-lieu d'une ouverture unique, telle que 16a ou 17a, des tôles du fond bombé et de la porte d'accès, on peut prévoir un ou plusieurs orifices circulaires, dont l'aire totale est par exemple. pour chacun de ces éléments, de l'ordre d'un à quelques centimètres carrés, pour les dimensions considérées précédemment du stérilisateur (environ 4 m de long pour 1 m à 1,50 de diamètre). te fonctionnement du stérilisateur des figures 1 à 3 est le suivant - le stérilisateur étant rempli d'air à la pression atmosphérique, on ouvre la porte d'accès 3 et on introduit dans l'espace intérieur 12, le chargement 8; on ferme la porte d'accès 3; on envoie ensuite, par la canalisation 4, de l'eau surchauffée, laquelle circule de haut en bas dans l'espace intérieur 12, comme indiqué par les flèches de la figure 2; ce fluide de refroidissement sort par les tubulures de départ 5a, 5b, 5c et 5d, mais il pénètre également légèrement à la partie inférieure ouverte de l'espace intermédiaire 7 et des espaces intermédiaires auxiliaires 14 et 15; l'air contenu dans ces espaces se trouve donc comprimé et en permanence maintenu à la même pression que ledit fluide de chauffage, ce qui équilibre les pressions, de part et d'autre de l'enveloppe interne 2; pour le refroidissement du chargement 8, on interrompt l'envoi du fluide de chauffage dans la canalisation 4 et l'on y amène de l'eau de refroidissement qui traverse également l'espace intérieur 12 pour sortir par la canalisaton 5, à la suite de quoi on peut ouvrir la porte d'accès 3 et effectuer un nouveau cycle de stérilisation. Ce stérilisateur de l'invention permet d'effectuer, pour un mêmeWapport thermique et pour une même consommation d'eau de consommation, deux stérilisations, au lieu d'une seule avec un stérilisateur de type classique de mêmes dimensions. Un autre avantage du stérilisateur de la présente invention consiste en ce que la structure de la cuve proprement dite est, pour une même pression , soumise à des contraintes thermiques plus faibles que dans le cas du stérilisateur de l'art antérieur qui était soumis à des refroidissements et réchauffements répétés, d'où un accroissement de la sécurité. Dans le mode de réalisation de la figure 4, le stérilisateur est à axe vertical et comporte une cuve 18 doublée par unnveloppe interne en t8le mince 19 soudée à la partie supérieure de la cuve, en 20. En bas de la cuve, l'ouverture 21 de cette tôle mince est de préférence à bords rabattus, comme représenté ici, et elle permet le passage de la tubulure d'arrivée de vapeur 22 dans l'espace intérieur 23, en ménageant cependant une communication entre cet espace intérieur et l'espace intermédiaire 24; la collerette 25 permet avantageusement de créer une garde d'eau qui réduit le passage de la vapeur dans l'espace 24 sans nuire à l'obtention de l'équilibre des pressions. La canalisation de sortie 26 comporte une purge d'air 27. le fonctionnement est à peu près le même que celui du stérilisateur des figures 1 à 3; une partie de la vapeur se condense et remplit la garde d'eau, lors de la montée en pression, l'eau de condensation s'élève dans l'espace intermédiaire 24 et comprime l'air qui y est enfermé, en assuranten permanence l'équilibre des pressions. On voit sur la figure 5, un stérilisateur à eau surchauffée qui peut avantageusement être employé à la place des précédents, surtout lorsque la pression de travail est élevée, en effet plus cette pression est élevée plus la partie de l'espace intermédiaire occupé par le gaz non conducteur est faible, lorsque l'équilibre est atteint, ce qui réduit un peu l'avantage du stérilisateur, car la partie dudit espace occupée par l'eau a un moins bon pouvoir isolant que la partie occupée par le gaz, par le fait que cette eau, alors pratiquement immobile; est moins bonne conductrice que l'eau circulant habituellement dans les stérilisateurs. Onpallie cet inconvénient en coopérant à l'enveloppe interne 28 une forme appropriée, cette enveloppe 28 comportant une partie plate 28a dans le fond du stérilisateur avec des parties rabattues 28b et 28c le long de la tubulure 29 d'arrivée d'eau surchauffée, tout en ménageant une communication entre l'espace intermédiaire 29 et l'espace intérieur 30 pour permettre l'équilibre des pressions. Dans le mode de réalisation de la figure 6, concernant un stérilisateur à eau surchauffée, on adapte comme pour le stérilisateur des figures 1 à 3, la forme de l'enveloppe interne 33 à la forme des produits à traiter 34. Pour éviter que l'eau ne puisse monter à un niveau jugé trop élevé dans l'espace intermédiaire 35, on place un ballon ou autre récipient 36 à l'intérieur du stérilisateur, une tubulure 37 reliant la partie supérieure de ce ballon à la partie supérieure de l'espace intérieur 38, la partie inférieure de ce ballon communiquant à la partie basse de 1' espace intermédiaire 35. l'enveloppe interne 33 étant soudée sur la cuve 32, l'équilibre de pressions se réalise par l'intermédiaire du ballon 36.Dans tous les exemples précités, il peut être avantageux d'envoyer dans le stérilisateur chargé et fermé, de l'air (ou autre gaz) comprimé pour éviter que l'eau surchauffée envoyée directement ou l'eau de condensation de la vapeur ne monte à un niveau jugé trop élevé dans l'espace intermédiaire. Pour que l'air ou autre gaz ainsi emprisonné dans ledit espace intermédiaire s'y maintienne, il est alors nécessaire que la suite des opérations s'effectue à une pression toujours au moins égaleà celle de l'air (ou gaz) comprimé initial. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée au mode d'exécution décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENUICATIONS 1. Stérilisateur, notamment pour la stérilisation et/ou la cuisson ind.ustrielle de produits alimentaires, du type comportant un corps ou cuve métallique externe fermé, à l'intérieur duquel les produits à stériliser sont susceptibles d'etre placés, au moins un couvercle ou porte étanche de chargement et de déchargement desdits produits, des canalisations d'amenée et de départ d'un fluide de chauffage, notamment de la vapeur d'eau ou de l'eau surchauffée, et d'un fluide de refroidissement, notamment d'eau froide, de façon à permettre la réalisation-d'un cycle de traitement comportant une mise en température, un maintien à la température de stérilisation et un refroidissement, ce stérilisateur étant caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe interne, de faible épaisseur, placée à l'intérieur dudit corps, cette enveloppe interne délimitant d'une part un espace intérieur dans lequel sont susceptibles d'hêtre placés les produits précités et dans lequel débouchent les canalisations précitées, et d'autre part un espace intermédiaire s'étendant entre ladite enveloppe interne et ledit corps extérieur, cet espace inter-médiaire contenant un gaz non condensable, notamment un gaz mauvais conducteur de la chaleur, comme par exemple l'air, sous une pression telle qu'il puisse empêcher toute déformation sensible de ladite enveloppe interne. 2. Stérilisateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit espace intermédiaire est fermé, sauf dans au moins une zone de faible section de sa partie inférieure où il communique avec l'arrivée du fluide de traitement et/ou avec espace intérieur précité. 30 Stérilisateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace intermédiaire précité communique avec l'espace intérieur précité par l'intermédiaire d'un ballon ou récipient placé à l'extérieur de la cuve et de tubulures de raccordement à ce ballon. 4. Stérilisateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens indépendants d'amenée de gaz sous pression. 5. Stérilisateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qulil comprend des moyens d'amenée, dans l'espace intermédiaire précité, en début d'opération, d'un gaz sous une pressmntsntiellement égale à la pression du fluide de chauffage. 6. Stérilisateur selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 5, caractérisé en ce que la partie inférieure de l'enveloppe interne et/ou de la cuve au voisinage de la canalisation de fluide possède une structure permettant la constitution d'une réserve d'eau jouant un rôle de garde d'eau et de maintien à un bas niveau du liquide entré dans l'espace intermédiaire. 7. Stérilisateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe interne précitée possède une fume lui permettant d'épouser au mieux le contour extérieur du chargement. 8. Stérilisateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qutil comprend un espace intermédiaire auxiliaire entre le couvercle ou porte précité et une paroi auxiliaire interne solidaire dudit couvercle, cet espace intermédiaire pouvant contenir un gaz, notamment un gaz mauvais conducteur de la chaleur comme par exemple l'air, sous une pression telle qu'il puisse empêcher toute déformation sensible de ladite paroi auxiliaire interne. 9.Stérilisateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit couvercle est bombé et en ce que ladite paroi auxiliaire interne est reliée de façon étanche au contour dudit couvercle et comporte à sa partie inférieure une communication de faible section entre l'espace intérieur de l'enveloppe interne et ledit espace intermédiaire auxiliaire. 10. Procédé de stérilisation et/ou de cuisson au moyen du stérilisateur de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à charger les produits à stériliser et/ou à cuire, à envoyer le fluide de chauffage dans l'espace intérieur de ce stérilisateur et à le faire circuler à travers cet espace, à interrompre cette circulationaà envoyer ensuite le fluide de refroidissement dans cet espace intérieur et à le faire circuler à travers ledit espace, puis à interrompre cette circulation et enfin à décharger les produits stérilisés. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, l'espace intermédiaire précité communiquant dans une zone de faible section de sa partie intérieure avec l'arrivée du fluide de traitement > ledit fluide pénètre également dans la partie inférieure dudit espace intermédiaire en emprisonnant le gaz y contenu, de telle sorte que la pression de ce gaz soit en permanence égale à la pression dudit fluide de traitement. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on envoie, en début d'opération, par l'~arrivée de fluide de chauffage, le gaz précité sous une pression substantiellement égale à la pression du fluide de chauffage qui sera ensuite introduit.