Brevet FR2249621A1 — publié le 19750530

La présente invention a pour objet un stérilisateur destiné au lait et elle vise plus particulièrement un appareil du genre en question propre à amener efficacement celui-ci à la température de stérilisation dans un temps très court sans modifier ni sa saveur naturelle, ni sa-stabilité, puis à refroidir ensuite de façon instantanée le lait ainsi stérilisé, la totalité du processus ne comportant qu' une durée très limitée Le brevet américain 2 899 230 délivré le li aoat 1959 décrit un procédé de stérilisation du lait suivant lequel celui-ci, préa lablement chauffé, est introduit dans un appareil à l'intérieur duquel il est amené à la température de stérilisation pour être ensuite évacué dans une chambre à vide destinée à le refroidir.L'appareil schématiquement indiqué dans ce brevet à ensuite été perfectionné en vue d'assurer une stérilisation plus efficace du lait. Dans le brevet américain 3 032 423, on réalise une mince pellicule de lait à l'intérieur d'une cuve sous pression en vue d'assurer la stérilisation de celui-ci, mais ce brevet ne décrit pas une construction adéquate avec le réglage nécessaire de l'arrivée et de l'évacuation du lait instantanément refroidi. Le brevet américain 1 812 023, délivré le 18 aoQt 1931 décrit lui aussi un procédé et un appareil pour la stérilisation du lait par voie thermique. On utilise ici une agitation violente ou turbulence des particules de lait, dont il s'est avéré qu'elle avait des effets défavorables sur le produit obtenu. Dans le brevet américain 2 115 472 délivré le 26 avril 1938 on peut trouver la description d'un appareil de stérilisation qui cherche également a chauffer le lait très rapidement et à le refroidir ensuite de même manière. Suivant ce brevet lton injecte égale- ment de la vapeur dans le lait, mais par un effet de jet qui détermine une forte agitation ou turbulence dont on sait qu'elle a une influence néfaste sur le produit stérilisé. On peut encore se reférer au brevet américain 2 Q49 591 pour y trouver un procédé de stérilisation par chauffage du lait à une température appropriée, puis par déversement de celui-ci dans des récipients stérilisés où il est maintenu à la température voulue pendant un certain temps. Toutefois ce brevet n'indique aucun appareil particulier pour la mise en oeuvre du procédé auquel il se réfère. Si l'on trouve ainsi dans la technique l'indication d'un procédé de base de stérilisation du lait par chauffage rapide à la tem pérature voulue, puis par refroidissement également rapide, en même temps que la description d'appareils destinés à réaliser cette opération, les installations correspondantes dont pu être utilisées avec succès dans l'industrie, vraisemblablement en raison de la qualité médiocre du produit stérilisé et également du fonctionnement défectueux des appareils. La présente invention vise à permettre d'établir un appareil à stériliser le lait dans lequel celui-ci, maintenu sous pression, peut être amené à la température de stérilisation dans un temps très court, puis évacué en vue de son refroidissement substantiellement instantané afin qu'il soit stérilisé sans modification de sa saveur naturelle ni due sa stabilité, tandis que par ailleurs cet appareil règle le passage du lait dans le stérilisateur de façon telle qu'aucune particule de celui-ci ne vienne au contact d'une surface substantiellement plus chaude que lui, ce lait étant déversé dans l'appareil sous la forme d'un certain nombre de minces pellicules orientees en direction du bas et distinctes les unes des autres, en étant directement soumis pendant sa descente au contact d'une vapeur dont la température et la pression sont constantes, pour amener chaque particule du lait à la température de stérilisation et pour que ladite vapeur et le lait se combinent pendant le processus d'échange de chaleur. L'invention vise encore - à réaliser un appareil à stériliser le lait dans lequel la cuve sous pression qui reçoit le lait et la vapeur comporte dans le bas un joint hydraulique, de manière que l'effluent liquide soit évacué dans une chambre à vide à l'intérieur de laquelle sa température s'abaisse rapidement, ce qui aboutit à un refroidissement substantiellement instantané du lait traité et à la séparation d'eau à partir de ceui-ci, le lait ainsi stérilisé tétant pratiquement pas-dénaturé et ne comportant aucun goût particulier - à établir un appareil de stérilisation du lait qui assure le réglage efficace de la relation temps-température à partir de l'instant où le lait pénètre dans la cuve sous pression, ou chambre de stérilisation jusqutà l'instant où il passe dans la chambre ou enceinte à vide et cela de façon efficace et avec mise en oeuvre de moyens relativement simples, d'installation facile, ne comportant pas de difficulté pour être maintenus à l'état stérile, le tout moyennant des frais relativement réduits de fonctionnement et d'entretien. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est un schéma d'une installation comportant un appareil à stériliser le lait suivant l'invention. Fig. 2 est une vue de côté de l'appareil de stérilisation, celui-ci étant représenté à l'état ouvert. Fig. 3 est une coupe à grande échelle de cet appareil, destinée à en indiquer les détails. Fig. 4 et 5 sont des coupes horizontales respectivement suivant IV-IV et V-V (fig. 3). Fig. 6 est une coupe de détail de l'un des tubes de déver- sement du lait, montrant la disposition à fente et à écran destinée à assurer la formation d'une pellicule de lait de faible épaisseur. L'appareil à stériliser le lait suivant l'invention, et auquel on a affecté la référence générale 10, a été schématiquement indiqué en fig. 1 comme l'un des éléments d'une installation comprenant une réserve de lait 12 et un réchauffeur 14 propre à amener le lait à une température d'environ 680C qui évite la dénaturation des protéi nes. Le lait provenant du réchauffeur traverse un homogénéisateur ou pompe 16, puis une vanne à trois voies 18 qui communique avec l'entrée 20 de l'appareil 10, ainsi qu'avec une canalisation de dé-' privation 22 revenant à l'entrée de I'homogénéisateur 16.Pendant la traversée de ce dernier la température du lait s 'élève d'environ 30C du fait des actions auxquelles il est soumis, de sorte qu'à lten- trée de l'appareil 10 sa température est d'environ 710C, La canalisation d'amenée 20présente la forme-d'un distributeur solidaire d'un certain nombre de tubes secondaires 24 orientés en direction du bas et qui communiquent avec lui. Son extrémité libre porte un bouchon 26 situé au voisinage immédiat du dernier tube~24. Chacun de ceux-ci est équipé d'une vanne de réglage 28 et d'un manomètre 30. Sa partie inférieure plonge dans une douille cylindrique 32 pourvue d'un chapeau supérieur 34. Le tube 24 considéré est de diamètre inférieur au diamètre intérieur de la douille 32 et il est isolé de celle-ci par un bourrage 3,8. L'extrémité inférieure de chaque tube 24 communique avec un tube de déversement transversal 1+2 entouré par une pièce tubulaire horizontale 44 à l'intérieur de laquelle il est disposé de façon excentrée, l'espace intermédiaire entre cette pièce et le tube étant rempli d'un bourrage isolant 46. La génératrice inférieure du tube 42 est découpée d'une fente 48 relativement étroite qui s'étend sur sa longueur eu vue d'évacuer le lait sous la forme d'une mince pellicule à travers une fente plus large 50 prévue dans la pièce tubulaire 44.En vue de faciliter le maintien de l'écoulement du lait sous cette forme de pellicule mince, on a prévu un écran 52 fixé à la pièce 44 dans l'alignement des fentes 50 et 48, de manière que le lait déversé s'écoule sur les deux faces de cet écran qui assure ainsi le maintien de la pellicule précitée. Tous les composants sus-mentionnés sont montés sur la moitié supérieure ou couvercle 54 d'une chambre de stérilisation 56 établie sous la forme d'une cuve cylindrique propre à être mise sous pression. Cette chambre comporte des anneaux de renfort 58 et 60 sur le bord inférieur du couvercle ou dôme 54 et sur le bord supérieur (du corps proprement dit, le tout comme montré fig. 3. Ces deux anneaux 58 et 60 peuvent être fixés l'un à l'autre de façon amovible par le moyen de dispositifs appropriés 62, tandis qu'il est prévu un joint 64 de tout type convenable pour assurer l'étan- chéité entre la cuve 56 et son couvercle 54 à la position fermée de ces derniers.La cuve porte le couvercle par l'intermédiaire d'une articulation appropriée 66 et l'on peut prévoir un contrepoids 68 pour équilibrer ce couvercle et faciliter le nettoyage de l'appareil en maintenant celui-ci à la position ouverte comme représenté en fig. 2. La chambre ou cuve 56 comporte une paroi cylindrique intérieu- re 70 entourée par un distributeur 72 relié à une canalisation dba- menée de vapeur 74. Une multiplicité de perforations 76 font communiquer le distributeur 72 avec l'intérieur de la chambre 56. La partie inférieure de la paroi 70 se raccorde à un fond conique 78 propre à constituer espace collecteur et revêtu à cet effet d'une couche 80 d'une matière plastique inerte telle que le "Téflon" (polytétrafluoréthylène) ou analogue. L'extrémité inférieure du fond ou espace collecteur 78 communique avec une canalisation d'évacuation 82, laquelle aboutit à une chambre à vide 84.Sur cette canalisation 82 est monté un dispositif de vanne de réglage de niveau 86 dont la commande est reliée à celle de la vanne à trois voies 18 de fa çon que le volume évacué du stérilisateur soit fonction du volume introduit dans celui-ci en vue d'y maintenir un débit constant et d'éviter les variations qui pourraient aboutir à la retenue a l'intérieur de l'appareil d'une quantité de lait exagérée se trou vant au-deld des conditions désirées de temps et de température. La vapeur est introduite dans la chambre à une température de 15500 2 sous une pression de 4,500 kg/cm . Elle diffuse à l'intérieur de cette chambre et vient en contact intime avec les pellicules de lait dont elle chauffe régulièrement toutes les particules constitutives à la même température.Elle est absorbée par le lait à la température désirée de 15000, le joint hydraulique que réalise la vanne 86 maintenant cette température pendant 0,5 seconde, tandis qu'il faut 1 seconde pour que le lait ainsi chauffé s 'écoule à travers la canalisation 82 dans la chambre à vide à l'intérieur de laquelle sa température s'abaisse instantanément à 7100. Le fond inférieur conique 78 de la cuve 56 comporte une chemise de même profil, parallèle à la paroi de ce fond et écartée de celuici de manière à définir un espace intermédiaire ou chemise 90 dans lequel on peut faire passer un agent refroidissant tel que de l'eau ou de l'air, cet agent pénétrant par la partie basse à partir de canalisations d'amenée 92 pour sortir par la partie haute équipée à cet effet de canalisations d'évacuation 94. Comme montré en fig. 5, la chemise 90 est divisée en deux zones par deux cloisons 96 diamétralement opposées l'une à l'autre et qui s'étendent entre ses extrémités supérieure et inférieure en vue de la diviser en deux moitiés comportant chacune ses propres canalisations 92 et 94 d'entrée et de sortie.Chaque moitié renferme elle-même plusieurs cloisons alternées 98.qui s'étendent les unes à partir du haut de la chemise 90 pour s'arrêter au-dessus de l'extrémité inférieurede celle-ci et les autres à partir du bas pour s'arrêter avant le haut, le tout de façon à obliger l'agent de refroidissement à suivre un parcours tortueux ou en zig-zags. Il est prévu des dispositifs thermosensibles pour régler le débit de cet agent dans la chemise 90 en vue demain- tenir la température du fond 78 à un niveau pré-déterminé et d'éviter ainsi que ce fond ne devienne plus chaud que le lait lui-même, ce qui risquerait d'aboutir à ce que ce dernier ne colle à la surface interne ou ne recouvre celle-ci. Le couvercle ou dôme 54 est équipé d'une tête pulvérisatrice de nettoyage 100 (fig. 4) qui communique avec une canalisation d'amenée 102 elle-même reliée à un réservoir sous pression renfermant une solution de lavage, de manière qu'il soit possible de nettoyer l'intérieur du stérilisateur sans avoir à l'ouvrir Cette solution est bien entendu renvoyée à un réservoir collecteur ou remise en circulation grâce à l'utilisation d'un tuyau amovible ou autre dispositif de raccord ou de vanne en T monté à l'extrémité inférieud'é- vacuation de l'appareil. Lorsqu'on désire un nettoyage plus soigné, on peut ouvrir le couvercle 54 et mettre en oeuvre les procédés de lavage connus.Le couvercle 54 comporte encore un tube d'évacuation 104 équipé d'une vanne 106 et qu'on peut utiliser pour purger l'air de l'intérieur de l'appareil lorsqu'on remet celui-ci en fonctionnement après un nettoyage. Il est encore prévu sur ce couvercle une face extérieure 108 qui délimite un espace propre à recevoir un bourrage isolant 110 en vue de limiter les pertes de chaleur à partir du stérilisateur. Un entourage semblable 112 est monté autour de la partie de la cuve 56 qui renferme le distributeur 72, cet entourage délimitant l'extrémité supérieure de la chemise 90, comme le montre bien fig. 3. Pour supporter l'écran 52 à partir du tube de déversement 42, son bord supérieur peut être replié sur lui-même, comme indiqué en 53, de façon à assurer sa retenue en position tout en permettant la sortie du lait à travers les fentes et sur la surface de l'écran. L' une au moins des extrémités de ces fentes est suffisamment ouverte pour que l'écran puisse y être introduit avec son bord replié 53 disposé à l'intérieur du tube 42, l'extrémité ainsi ouverte étant en fait refermée par la partie extrême de l'écran lui-même. Lorsqu'on désire nettoyer l'intérieur des tubes d'amenée avec leurs accessoires, on raccorde de toute manière appropriée à la canalisation -20 une tuyauterie propre à débiter une solution de lavage. Cette dernière est ainsi utilisée pour nettoyer non seulement l'intérieur des tubes, mais également les surfaces de 11 appareil qui viennent en contact avec le lait pendant le processus de stérilisation. Dans la pratique la température de la vapeur à l'intérieur de 2 l'appareil est maintenue à 1550C, la pression étant de -4,500 kg/cm Le débit de l'agent de refroidissement est réglé pour maintenir à 1500C la température du fond conique 78.- Cette température peut être réglée par le moyen de dispositifs détecteurs appropriés associés à l'entrée et à la sortie de la chemise tandis que des vannes convenablement commandées retiennent au niveau voulu la température du fond conique 78. Les conditions de température et de pression sont maintenues par le joint hydraulique qui s'établit dans le fond 78 et dans la canalisation d'évacuation 82 jusqu'à une vanne 116 (fig. 1) s'ouvrant directement dans le fond de la chambre à vide. Cette dernière est reliée par son extrémité supérieure avec une source de de vide 118 qui y maintient les conditions prédéterminées de pression réduite. Lorsque l'effluent pénètre dans la chambre 84 à travers la vanne 116, sa température et sa pression s'abaissent immédiatement à 71 X et à 724 mm de mercure ce qui a pour effet non seulement de refroidir le lait de façon instantanée, mais encore de séparer de lteau à partir de celui-ci.Quant à la vanne de réglage 86, qui peut être du type à membrane, elle est commandée de façon à assurer la formation du joint hydraulique dans le bas du fond 78, tandis que les détecteurs de température disposés dans cette zone de l'appareil assurent la commande de la vanne de dérivation 18, laquelle est égale zat oo sande'e par des détecteurs logés dans la canalisation d'amenée 20 en vue dtassurer d'une part que le lait qui pénètre dans le stérilisateur soit bien à 710 C d'autre part que la quantité qui entre dans l'appareil soit telle que ce lait soit porté à 1500 C à l'inté- rieur de celui-ci. En variante on peut remplacer l'écran 52 en disposant dans la fente correspondante une bande de matière plastique, telle que le Téflon, portant sur son bord supérieur des billes sphériques convenablement espacées les unes des autres. Une telle bande peut avoir une largeur d'environ 50 mm, son épaisseur étant assez faible par rapport à la largeur de la fente pour ménager un espace de passage d'environ 0,25 mm. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1 - Appareil pour la stérilisation du lait et analogues, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison - une cuve maintenue sous pression - une canalisation d'amenée de lait communiquant avec le haut de cette cuve - au moins un tube horizontal de déversement du lait disposé à l'intérieur de cette cuve, au-dessus du fond de celle-ci et qui communique avec la canalisation d'amenée, ce tube comportant dans sa partie basse une fente longitudinale relativement étroite propre à permettre le passage du lait sous la forme d'une pellicule mince - des moyens communiquant avec l'intérieur de la cuve pour injecter dans celle-ci de la vapeur à une pression prédéterminée en vue de réaliser un échange de chaleur avec la pellicule de lait et pour être absorbée par celle-ci afin d'amener rapidement toutes les particules du lait à la température de stérilisation voulue sans agitation notable de celui-ci ; - et une canalisation de sortie déterminant un joint hydraulique dans le- fond de la cuve pour évacuer l'effluent vers une chambre à vide en vue du refroidissement instantané du lait à partir de la température de stérilisation à laquelle il a été soumis. 2 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'injection de vapeur comprennent un distributeur qui entoure la cuve et une multiplicité de perforations angulairement espacées les unes des autres pour faire communiquer ce distributeur avec l'intérieur de la cuve, de manière que la vapeur pénètre dans celleci suivant une relativement grande surface avec une vitesse minimale réduisant la turbulence et l'agitation. 3 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la canalisation d'évacuation du lait comporte un réglage de niveau du liquide, la canalisation d'amenée comportant elle-même des moyens de réglage placés sous la dépendance de ce niveau en vue de maintenir l'amenée du lait à une valeur telle que son débit de passage à travers la cuve soit substantiellement constant. 4 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le fond de la cuve est de forme conique, la canalisation d'évacuation étant reliée à la pointe du cône, tandis que la surface intérieure de ce fond est revêtue d'une matière non métallique inerte propre à éviter que le lait ne colle sur le fond ainsi qu'à faciliter les nettoyages. 5 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la canalisation d'amenée du lait comporte un certain nombre de tubes orientés vers le bas substantiellement à la verticale, chacun de ces tubes étant relié à un tube horizontal de déversement comportant dans sa partie inférieure la fente par laquelle le lait pénètre dans la cuve sous la forme de pellicule mince en vue de son échange de chaleur avec la vapeur et de l'absorption de celle-ci. 6 - Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que chacun des tubes verticaux et des tubes horizontaux fendus est revêtu d'un isolant pour éviter qu'il ne s'échauffe à une température supérieure à celle du lait. 7 - Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'à chaque-tube de déversement est associé un écran vertical de manière que le lait sortant de la fente correspondante s'écoule sur la surface de cet écran pour assurer le chauffage régulier de ses particules à l'intérieur de la cuve. 8 - Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le fond conique comporte une chemise propre à recevoir un agent de refroidissement et équipée de moyens destinés à provoquer la circulation méthodique de cet agent en vue de maintenir ledit fond à une température prédéterminée. 9 - Appareil stérilisateur pour liquides, tel que le lait, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaIson - une cuve maintenue sous pression ; - des moyens associés à cette cuve pour y injecter de la vapeur-avec un minimum de turbulence - des moyens d'amenée situés au-dessus des moyens d'injection de vapeur, pour déverser un liquide dans la cuve sous la forme d'une mince pellicule verticale qui s'écoule sous l'effet de la gravité en contact direct avec la vapeur en vue de condenser et d'absorber celle-ci tout en chauffant le liquide à- la température de stérilisation ; - des moyens d'évacuation sous vide communiquant avec la cuve par l'intermédiaire d'un joint hydraulique ;; - et une vanne de réglage de pression et de température qui évite d'évacuer de la vapeur avec le liquide et grace à laquelle ce liquide, renfermant la vapeur qu'il a condensée, est instantanément refroidi, ladite vapeur condensée se séparant alors du liquide. 10 - Appareil suivant la revendication 9, particulièrement destiné au lait, caractérisé en ce que la cuve comporte un dispositif de chemise dans laquelle circule un agent de refroidissement qui maintient la cuve à la température voulue. 11 - Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens d'injection de vapeur comprennent un distributeur qui entoure la cuve et une multiplicité de perforations qui mettent en communication ce distributeur avec l'intérieur de la cuve en abaissant la vitesse d'entrée de la vapeur. 12 - Appareil suivant la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens d'amenée de liquide comprennent au moins un tube horizontal découpé d'une fente de déversement et des moyens portés par ce tube pour isoler le lait de-la vapeur avant qu'il ne soit mis en contact direct avec celle-ci. 13 - Appareil suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens d'amenée de liquide comprennent plusieurs tubes horizontaux dont chacun est découpé d'une fente longitudinale, en vue de déverser dans la cuve un grand nombre de minces pellicules liquides. 14 - Appareil suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'à chaque fente est associée une bande qui pend verticalement en vue de constituer une surface sur laquelle se forme la pellicule de liquide.