Brevet FR2246453A1 — publié le 19750502

L'invention concerne un appareil pour l'emballage stérile de produits de consommation stériles, dans lequel, à partir d'une bande d'un matériau d'emballage flexible résistant aux conditions de stérilisation, tel que du papier, une matière plastique ou similaire, mise en forme de gaine, qui est partiellement emplie du produit devant être emballé et façonnée en des récipients fermés par une compression transversale à sa direction longitudinale, appareil qui comporte une conduite amenant un fluide stérile du c8té de l'entrée de la bande de matériau d'emballage dans l'appareil, ainsi qu'à la partie supérieure de la gaine formée. Un appareil du type général précité est dans l'ensemble décrit dans le brevet allemand N0 1.053.740. Pour exécuter, à partir d'une bande de matériau, un emballage devant contenir un produit stérile, il suffit de stériliser la face de la bande destinée à former ultérieurement le côté intérieur de 1' emballage, pour autant que des mesures soient prises pour empêcher la face stérilisée de la bande de venir au contact de parties de surface non stériles ou d'une atmosphère contenant des germes, ce qui aurait pour conséquence une infection ultérieure.Dans ce but, il est connu d'envoyer, sur la face stérile de la bande avant son introduction dans l'appareil d'emballage, un fluide stérile gazeux ou sous forme de vapeur, qui s'étale vers les bords de la bande à partir d'un emplacement d'arrivée se trouvant sur celle-ci. L'appareil connu comporte des moyens pour guider la bande en circulation, des parois s'étendant à une certaine distance de la bande, et au moins une sortie permettant de diriger un courant du fluide stérile sur la face stérile de la bande. Dans I-' appareil connu, la stérilisation d'une face de la bande est effectuée par rayonnement de chaleur. L' air, aspiré dans l'atmosphère et débarrassé des germes entraînés dans un filtre en céramique, peut être dirigé sur la bande au moyen des conduites décrites. La bande est formée d1un papier enduit d'un coté d'une matiere plastique, par exemple de polyéthylène et sa face stérile est constituée par le côté revêtu de matière plastique. Pour mettre en service l'appareil connu, on façonne la bande, stérilisée sur sa face enduite de matière plastique, alors que le produit de vans être introduit n'est pas encore délivré, en une gaine qui est comprimée transversalement à-sa direction longitudinale de fa çon à ne s'ouvrir que vers le haut.L'appareil de remplissage et d'emballage étant à l'arrêt, on introduit par le haut, dans la paroi ouverte formant la gaine de bande, de la vapeur surchauffée à 3500C. L'intérieur de la gaine et, par l'intermédiaire des conduites sus-décrites et d'autres, l'intérieur des autres parties de l'appareil de remplissage devant être maintenues stériles, sont donc stérilisés à la vapeur d'eau. Au bout d'un certain temps, on interrompt l'admission de vapeur d'eau surchauffée et l'on fait arriver de l'air stérile après avoir mis en marche l'appareil de remplissage et d'emballage. Le produit amené tel que le lait est alors emballé par conséquent dans des conditions de stérilité permanente. Des inconvénients de l'appareil connu résident en ce que la pression du lait à son arrivée dans la gaine n'est pas réglée à une valeur constante, en ce que le processus de stérilisation a lieu en deux stades, c'est-à-dire nécessite l'utilisation de deux fluides stériles - d'une part pour la stérilisation préliminaire de l'appareil et d'autre part, pour le-maintien de la stérilité en service - et en ce que la formation de la gaine de section circulaire est compliquée. Selon d'autres propositions antérieures, la stérilisation du matériau d'emballage ainsi que de l'appareil est effectuée par action thermique. Differentes conditions et obligations sont indiquées pour montrer l'intérêt qu'offre l'introduction d'éléments chauffants à l'intérieur de la gaine. En relation avec ce chauffage, on a décrit de plus divers procédés et dispositifs pour refroidir les parois ou ltemballage, portés par le chauffage à une température trop élevée. I1 est connu enfin d'effectuer la mise en forme de la gaine dans une enceinte stérile fermée sur elle-même. La stérilisation de cette enceinte est réalisée de nouveau par chauffage au moyen de porteurs de chaleur. On utilise de préférence à cet effet de la vapeur d'eau surchauffée. Les températures appliquées sont de l'ordre de 4000C. C'est seulement après une demi-heure de passage de cette vapeur d'eau surchauffée qu'on considère la stérilisation comme achevée et qu'on introduit alors de l'air stérile au deuxième stade. Les appareils connus sus-décrits prévoient des dispositions particulières pour des températures de stérilisation élevées, ainsi qu'une commande compliquée par soupapes pour l'admission de deux fluides de stérilisation différents; tous les appareils connus ont un point commun, savoir qu'il se produit au remplisse ge des fluctuations de pression non négligeables du produit de consommation stérile, notamment du lait, ce qui peut entraîner des difficultés au dosage exact du produit amené dans la gaine et à la fermeture de celle-ci par soudage. Le problème servant de base à l'invention est donc de perfectionner l'appareil du type cité au début, en prévoyant par des moyens simples un régulateur de la pression du produit de consom- mation stérile, qui fonctionne en service de façon strie, sans commandes électroniques ou pneumatiques compliquées, et qui peut être maintenu stérile par les mêmes moyens que les autres éléments de conduites, régulateur qui peut être stérilisé en même temps que toute l'installation de tuyauteries lors de la mise en service sans moyens auxiliaires supplémentaires, un seul et même fluide stérile pouvant être utilisé ainsi en vue de la stérilisation et du maintien à l'état stérile. Conformément à l'invention, la conduite d'admission d'air stérile est munie d'un récipient préalable à flotteur servant à régler la pression de remplissage du produit de consommation, et il est prévu, pour former un coussin d'air, une conduite amenant de l'air stérile dans la partie supérieure du récipient préalable à flotteur. On a constaté avec étonnement que des récipients à flotteur usuels et connus en soi peuvent être montés facilement, sous certaines conditions, dans une conduite du type sus-décrit, de sorte que, dans un appareil pour l'emballage stérile de lait stérilisé, on obtient une valeur de pression remarquablement constante, du seul fait qu'un flotteur ouvre l'arrivée du produit de consommation stérile lorsque le niveau de remplissage baisse, et ferme cette arrivée lorsque le niveau monte. Les éléments intérieurs du récipient préalable à flotteur peuvent être ceux des récipients conventionnels connus, l'essentiel étant l'étanchéité du siège commandant 11 arrivée du produit. Dans les appareils de remplissage connus jusqu'à présent à fonctionnement cadencé, un équilibrage de la pression ne pouvait pas être obtenu en un laps de temps très court avec les régulateurs de pression usuels. Les installations connues sont équipées généralement de soupapes régulatrices à commande pneumatique, pourvues de transmetteurs pneumatiques de valeur dé consigne, destinés à un aåustement à distance de la valeur de consigne. Pour examiner les fluctuations dé la pression dans la conduite de série ame nant du lait à des appareils d'emballage, on a fait varier la pression entre 0,5 et 1,5 kg/cm2 eff. L'appareil a présenté des temps de Sermeture et d'ouverture de 1,3 ainsi que de 6 secondes. Comme résultat de l'examen, on a trouvé une suroscillation de 0,6 kg/cm2 eff. pour un temps de fermeture de 3 secondes. Au démarrage on obtenait une sur-oscillation de 0,2 kg/cm2 eff. On considérait jusqu'à présent ces fluctuations de pression comme suffisantes, car des résultats meilleurs ne pouvaient pas être atteints dans des conditions stériles. Ces résultats peuvent être toutefois sensiblement améliorés par les moyens sus-décrits proposés par l'invention. Dans le cadre de l'invention, il s'èst avéré particulièrement judicieux que le coussin d'air au-dessus du flotteur soit maintenu par l'admission d'air stérile sous une pression d'environ 180 mm, de colonne d'eau et à une température approximative de L300C. les températures de 4000 ou plus prévues dans d'autres appareils connus ne sont pas nécessaires avec l'appareil conforme à l'invention, ce qui représente une simplification manifeste, sans altérer les bons résultats de la stérilisation. La subdivision en deux stades des procédés connus est évitée pareillement de manière surprenante par l'invention, grâce au fait que la conduite entre le filtre --et le réchauffeur est munie d'un dispositif pour une injection de peroxyde d'hydrogène ciaprès dénommée de façon plus usuelle "eau oxygénée" bien que le produit soit mis en oeuvre sous forme gazeuse. Ce dispositif est tout simplement un réservoir d'eau oxygénée, qui est raccordé à la conduite au moyen d'une soupape magnétique et se trouve sous une pression d'air de 1 kg/cm2 eff.Après que l'air usé dans le système de conduites, ou l'air frais aspiré à l'atmosphère, contenant des germes et utilisé en complément, a été préparé dans un filtre stérile, il passe devant une buse pour l'eau oxygénée précitée et pénètre dans un échangeur de chaleur, où il est porté à une température d'environ 150 G, A la mise en service de l'instal- lation, c'est-à-dire lors de la stérilisation initiale, on injecte de l'eau oxygénée par périodes de 0,3 seconde pendant un temps global de seulement 20 minutes, chaque période dtinåection étant suivie d'un temps de séchage de 10 secondes. La soupape magnétique ouvre et ferme l'admission d'eau oxygénée à la manière voulue. Pendant cette stérilisation initiale, l'eau oxygénée est dirigée à travers tout le système de conduites et à travers l'appareil, y compris le récipient préalable à flotteur, de sorte que la totalité de l'installation, y compris les conduites du produit de consommation stérile, s'échauffe à 1300C environ et peut devenir stérile. La stérilisation préalable est achevée au bout des 20 minutes. Aussitôt après, il est prévu de préférence une période de séchage de 10 minutes, qui normalise de nouveau l'atmosphère fortement enrichie en gaz (H202 gazeux). L'appareil d'emballage et de remplissage est alors mis en marche sans aucun changement dans le circuit d'air stérile. L'utilisation avantageuse et facilement-réalisable d'air chaud stérile, tant pour la stérilisation initiale que pour le maintien à l'état stérile pendant l'opération ultérieure de remplissage, procure conformément à l'invention un avantage supplémentaire, dQ à ce que la bande de matériau d'emballage peut être stérilisée elle-m8me à 11 eau oxygénée liquide. I1 est prévu par l'invention qu'un bain d'eau oxygénée muni de deux cylindres d'application et deux cylindres exprimeurs est disposé avant l'entrée de la bande du matériau d'emballage dans l'appareil pour humecter la bande sur une face.La première paire de cylindres d'application assure un mouillage parfait de l'une des surfaces de la bande formant ultérieurement le côté intérieur de la gaine, tandis que la deuxième paire de cylindres répartit uniformément le film liquide appliqué. Lorsque la bande entre ensuite dans l'appareil d'emballage, l'air stérile chaud lèche la surface mouillée et la sèche. Il est par conséquent certain qu'il ne reste pas d'eau oxygénée liquide sur la surface stérile et ceci est réalisé de manière avantageuse. -En vue du séchage du film d'eau oxygénée, il est prévu, dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, un tuyau d'évacuation d'air disposé à l'extrémité supérieure d'un parcours de séchage de la bande humectée de matériau d'emballage. Le tuyau d'évacuation d'air forme un parcours de séchage, tout au long duquel est maintenuun courant d'air, de sorte qu'un séchage suffisant du film liquide est toujours garanti. Selon une autre caractéristique de l'invention, destinée à rendre plus compact l'appareil d'emballage, il est prévu en outre un rail de renvoi en demi-cercle, monté entre 11 extrémité supé rieur du parcours de séchage et l'extrémité supérieure du parcours de remplissage et de soudage.Après que la bande de matériau d'emballage a été humectée, une ligne de pliage lui est imprimée à peu près en son milieu, ligne le long de laquelle une pliure est exécutée au passage à travers le parcours de séchage, de telle sorte que les bords de la gaine ouverte d'un côté, qui se forme par la suite, se transforment en un caisson ou un canal ouvert d'un cOté est maintenu stérile en permanence, il ne peut pas pénétrer de l'air atmosphérique contenant des germes à l'intérieur de la gaine en formation, qui entre, après le séchage de ses faces intérieures, dans le rail de renvoi en demi-cercle susdécrit. D'autres avantages, caractéristiques et possibilités d'application de la présente invention apparattront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels Fig. 1 montre schématiquement le trajet suivi par la bande de matériau d'emballage de la bobine de réserve jusqu'au rail de renvoi en demi-cercle en passant par le bain d'eau oxygénée; Fig. 2 montre la suite du trajet de la bande vue en plan de la gauche de l'appareil selon fig. 1, Fig. 3 représente le système de conduites vu en direction de fig. 2 -.pendant la stérilisation initiale; Fig. 4 représente le système de conduites de fig. 3, vu en direction de fig. 1; Fig. 5 est une vue en plan du système de conduites suivant fig. 3 et 4;; Fig. 6 représente schématiquement en coupe les conduites du produit de consommation stérile avec tuyau de remplissage et gaine de matériau d' emballage partiellement arrachée; Fig0 7a et 7b montrent le fonctionnement de la soupape à membrane à deux voies selon fig. 6, Fig. 8 représente en coupe partielle l'agencement du récipient préalable à flotteur conforme à l'invention. Conformément à fig. 1, la bande 1 de matériau d'emballage se dévidant d'une bobine de réserve 2 est dirigée par des rouleaux de renvoi 3 devant un bain d'eau oxygénée 4 à niveau constant, passe à travers une première paire 5 dé cylindres d'applicaution, à travers une deuxième paire 6 de cylindres exprimeurs et à travers une troisième paire 7 de cylindres destinés à canneler la bande, puis sur un cylindre de renvoi 8, pour être amenée dans un canal 9 ouvert dtun cOté à un rail de renvoi en demi cercle 10. le cylindre inférieur de la paire de cylindres d'application 5 tourne dans le liquide (eau oxygénée) maintenu à niveau constant, de sorte que l'eau oxygénée est appliquée sur la face inférieure de la bande 1 devant former ultérieurement le côté intérieur de la gaine mise en forme. les cylindres exprimeurs de la deuxième paire 6 ont pour fonction d'assurer la répartition uniforme d'un film mince dteau oxygénée sur le cOté intérieur de la bande. Conformément à l'invention, il est fait usage de préférence d'une bande de papier, revetue intérieurement d'une feuille d'aluminium. Le cylindre supérieur de la troisième paire est un cylindre à canneler négatif vis-à-vis duquel est disposé un cylindre à canneler positif.Le pliage est effectué suivant la ligne 11 représentée en fig. 1. La gaine se formant s'ouvre donc vers la gauche suivant le canal 9, la ligne en tirets 12 montrant le bord de la gaine en formation qui s' applique sur le canal 9 et dans celvi-ci. la Comme le montre/fig. 2, la bande 1 sortant du rail de ren voi 10 passe sur une paire de cylindres 13 et les deux moitiés latérales de la bande 1 circulent alors à travers un tuyau d'air stérile 14 puis vers le tuyau de remplissage 15. Le scellement longitudinal a lieu à l'emplacement de soudage 16. La gaine n'est plus ouverte ensuite que vers le haut de sorte qu'il peut se former en dessous une colonne de liquide du produit de consommation stérile 17. L'extrémité inférieure de cette colonne est définie par un deuxième dispositif de soudage 18 servant au scellement transversal. Le système de conduites selon l'invention est représenté de façon détaillée dans les fig. 3 à 5. L'air aspiré dans l'atmosphère par une tubulure 20 parcourt d'abord une conduite 21 dans la direction des flèches représentées pour parvenir à un ventilateur à haute pression 22, possédant un débit de refoulement de 180 m3/h sous une pression maximum de 0,25 kgZcm2 eff. L'air comprimé à une pression de 850 mm de colonne d'eau sort par la conduite 23 du ventilateur à haute pression 22 et entre dans un filtre stérile 24, dont la finesse est fixée par une grosseur de pores de 0,1 à 0,2 micron par exemple0 La sûreté microbiologique est garantie par épreuve bactériologique à 100% de chaque élément filtrant à titre de contrôle de la qualité normalisée.Le filtre possède des garnitures d'étanchéité minima les à double effet, des éléments intérieurs facilement accessibles et un traitement superficiel spécial, ainsi que d'autres caractéristiques dés formes de réalisation connues. L'unité de filtration est formée, par exemple, d'une enveloppe en acier spécial et de bougies filtrantes en nombre correspondant au débit en circulation. Les éléments constituant le réservoir, les joints d'étanchéité et les raccords auxiliaires peuvent être montés et desservis facilement. Des filtres de ce genre sont fabriqués et commercialisés, par exemple par la Société Pall GmbH. Entre la sortie du filtre stérile et l'entrée de l'air stérile dans un échangeur de chaleur 25 servant à porter l'air à une température d'environ 1500 C, est disposée une buse 26 pour pulvériser de l'eau oxygénée. Cette buse est en communication avec une soupape magnétique 27, qui la relie à un récipient d'eau oxygénéé 28. Ce récipient est muni à son extrémité supérieure d'un raccord d'air 29 sous 1 kg/cm2 eff.Après avoir parcouru une conduite 30, dans laquelle il possède une pression d'environ 150 mm de colonne d'eau et une température de 150 C, l'air stérile réchauffé se ramifie, d'une part, par une conduite 31 vers un parcours de séchage 32 formé par le canal 9 pour être ramené à ltextrémité-supérieure à la tubulure d'aspiration 20 comme air recyclé par une conduite 33 et, d'autre part, vers un récipient préalable à flotteur et vers l'installation de condui- tes du produit de consommation stérile. Après la ramification 34,-l'air s'ecoule en deux directions: 1. dans le récipient préalable à flotteur 36, 2. par une conduite avers le tuyau d'air stérile 14 dans la gaine ouverte. 1. Pour la stérilisation initiale selon les fig. 3 à 5, l'air sortant du filtre stérile 24 est arrosé d'eau oxygénée par périodes de 20 minutes, chaque pulvérisation durant 0,3 seconde et étant-suivie d'un temps de séchage de 10 secondes. Après avoir été réchauffé et être sorti de la ramification 34, l'air stérile entre par le haut dans le récipient préalable à flotteur 36 en direction des flèches 38. I1 lèche le flotteur 39, est dirigé-vers le bas dans une tubulure 40 fixée au flotteur 39 et représentée en fig. 8 de façon plus détaillée, par quatre ouver turnes 41 distantes de son extrémité inférieure, passe devant un clapet de fermeture étanche 42 et entre dans un tube 44 partant du couvercle 43 vers le bas au centre du récipient.L'air chaud stérile sort du récipient préalable à flotteur par le tube 44, traverse une soupape à membrane à deux voies 45 à commande pneumatique représentée en détails dans les fig. 7a et 7b, et en sort par un pot d'échappement 46. 2. L'autre vue selon/ g. 4 montre la suite du trajet de stérilisation de l'air chaud à travers la soupape de remplissage jusqu a l'intérieur du tuyau de remplissage 15. A cet emplacement, de même qu'à sa sortie dans la gaine ouverte vers le haut, l'air est à une température voisine de 1300C. Les flèches 47 de fig. 4 montrent le parcours que suit l'air entrant dans la gaine à la sortie du tuyau d'air stérile 14, tant pour la stérilisation initiale que pendant tout le service, la pénétration dlair extérieur porteur de germes étant interdite par le contre-courant d'air stérile. En fig. 6 sont représentées, respectivement en tirets et en lignes continues, des flèches 38 et 48. Les flèches 38 montrent le trajet suivi par l'air stérile lors de la stérilisation préalable et les flèches 48 le parcours suivi par le produit, par exemple par le lait stérile devant être emballé. La disposition de fig. 6 va être décrite d'sabord en ce qui concerne la stérilisation préalable. Après que l'air chaud stérile a franchi la ramification 34, la fraction inférieure entre par la conduite 37 dans le tuyau d'air stérile 14, comme indiqué déjà et sort de la gaine suivant les flèches 38.L'autre fraction de l'air chaud quittant la ramification 34 entre par le haut dans le récipient préalable 36' représenté ici sous la forme d'une tubulure et sten échappe par le bas pour circuler dans le tuyau de remplissage 15. L'air sort vers le haut de la gaine, qui n'est pas remplie pendant la stérilisation préalable. La soupape à deux voies représentée en fig. 7a est munie de raccords I à IV. La jonction entre les raccords I et II - et en sens opposé - sert à la circulation du produit et est constamment ouverte. Le raccord III est ouvert pendant la stérilisation préalable, de sorte qu'il existe, selon les flèches 38 de fig. 6, un passage libre du raccord IV vers le raccord III jusqu'à l'in térieur du tuyau de remplissage 15. Les raccords I et II ne sont pas en communication avec les raccords III ou IV. Après que la stérilisation préalable a été effectuée, l'appareil d'emballage est mis en marche. L'arrivée du produit de I ou II vers IV est alors également ouverte jusqu'à ce que le niveau du produit de consommation ait atteint une hauteur fixée à l'avance. Dans la forme de réalisation de fig. 6, il est prévu une électrode 50 pour signaler que le niveau est atteint. L'électrode donne alors une impulsion de fermeture ou d'ouverture du raccord de passage IV. Dans la forme de réalisation de fig. 8, l'élévation du flotteur 39 au-dessus d'un niveau déterminé assure la fermeture du clapet d'étanchéité 42. L'arrivée du produit est alors fermée. Lorsque le niveau de remplissage baisse, le flotteur descend et ouvre de nouveau l'arrivée. De cette manière, une valeur constante de la pression du produit de consommation dans le récipient préalable à flotteur 36 est maintenue en permanénce. Dans le tuyau de remplissage 15, c'est-à-dire dans la gaine du matériau d'emballage 1, la pression s'exerçant à chaque pas de travail est la même, ce qui garantit un emballage régulier et sans à-coups de pression. la Lorsque le niveau du liquide 51 selon/fig. 6 baisse dans la gaine du matériau d'emballage 1, un interrupteur électrique 52 placé sur la gaine donne une impulsion pour l'ouverture du passage de IV vers III. Ce passage est refermé au moyen de l'interrupteur 52 lorsque le niveau 51 est atteint de nouveau. Au remplissages le produit de consommation stérile traverla se le récipient préalable à flotteur seion/lig. M par ie tube central 44, passe par le siège du clapet 42 en position abaissée du flotteur 39, puis se déverse par les ouvertures 41 dans l'es- pace se trouvant autour du flotteur 39. A partir d'un certain niveau, le flotteur 39 remonte, de telle sorte que le clapet 42 se ferme de manière étanche et que 11 arrivée précitée du produit de consommation est interrompue. REYENDICADIONS 1. Appareil pour ltemballage stérile de produits de consommation stériles, dans lequel, à partir d'une bande d'un matériau d'emballage flexible résistant aux conditions de stérilisation, tel que du papier, une matière plastique ou similaire, mise sous forme de gaine, qui est partiellement emplie du produit devant être emballé et façonnée en des récipients fermés par une compression transversale à sa direction longitudinale, appareil qui comporte une conduite amenant un fluide stérile du côté de l'entrée de la bande de matériau d'emballage dans l1appa- reil ainsi qu'à la partie supérieure de la gaine formée et qui est caractérisé en ce que la conduite d'admission d'air stérile est munie d'un récipient préalable à flotteur (36) servant à régler la pression de remplissage du produit de consommation (17) et en ce qu'il est prévu, pour former un coussin d'air, une conduite (34) amenant de 11 air stérile dans la partie supérieure du récipient préalable à flotteur (36). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coussin d'air est établi au-dessus du flotteur (39) par admission d'air stérile sous une pression de 180 ms de colonne d' eau et à une température de 1300 C. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la conduite entre le filtre (24) et le réchauffeur (25) est pourvue d'un dispositif (26-29) d'injection d'eau oxygénée. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un bain d'eau oxygénée (4), muni de deux cylindres d'application (5) et de deux cylindres exprimeurs (6), est disposé avant l'entrée de la bande (1) du matériau d'eiballa- ge dans l'appareil pour humecter la bande sur une face. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un tuyau d'évacuation d'air (33) est disposé à l'extrémité supérieure d'un parcours de séchage (32) de la bande humectée (1) de matériau d'emballage. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'entre l'extrémité supérieure du parcours de séchage (32) et I!extrémité supérieure du parcours de remplissage et de soudage (14 à 16 et 18) est disposé un rail de renvoi en demi-cercle (lu).