Brevet FR2493682A1 — publié le 19820514

La présente invention concerne un procédé de traitement notamment de stérilisation, par la chaleur de produits alimentaires en emballages étanches cylindriques en tôle de 0,15 à 0,30 mm d'épaisseur, où le chauffage est provoqué par induction de courants dans la tôle de paroi d'emballage par l'intermédiaire d'un solénoïde couplé à un générateur de courant alternatif à fréquence convenable, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. On connaît déjà des procédés et des dispositifs pour la pasteurisation de boissons en vrac avant mise en fût métallique, et de boissons en boîtes métalliques dans des pasteurisateurs-tunnels par aspersion successive d'eau chaude et d'eau froide circulant à contre courant des boites, ainsi que pour la stérilisation de produits alimentaires en boite métallique dans un autoclave statique chauffé par de la vapeur et refroidi par de l'eau, ou dans un stérilisateur continu chauffé par de la vapeur ou par flamme directe au contact des boîtes et refroidi par de l'eau, ou encore par circulation des boîtes dans un tube, le chauffage et l'entraînement étant assurés par circulation d'eau sous pression. Ces procédés et ces dispositifs ont de nombreux inconvénients, et notamment un rendement thermique faible, (inférieur à 70 Ó) ainsi qu'une inertie thermique importante et la nécessité de disposer d'une chaufferie centrale, dont le rendement global moyen (chaudière + transmission) est inférieur à 70 , dans le cas le plus fréquent des appareils chauffés à la vapeur. De plus, la montée en température est lente au coeur du produit contenu dans les boîtes, et il existe des risques non négligeables de traitement thermique excessif, et par conséquent de surcuisson et de destruction importante de composés à bonne valeur nutritionnelle tels que les vitamines, par suite d'application de barêmes temps-température trop rigoureux en surface, par rapport à ceux appliqués au coeur de la boîte. Enfin l'encombrement des appareils à fonctionnement continu est relativement important. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et notamment de permettre le traitement thermique de récipients métalliques et de produits alimentaires contenus dans ces ré cipients pour amener la température au coeur du produit renfermé dans le récipient à une valeur pasteurisatrice ou stérilisatrice pendant un temps court. Plus précisément, l'invention a pour but de permettre la pasteurisation ou stérilisation de tous produits alimentaires liquides ou solides, contenus dans des récipients métalliques de toutes tailles et de toutes formes. A cet effet, l'invention propose un procédé de traitement, notamment de stérilisation, par la chaleur de produits alimentaires en emballages étanches cylindriques en tôle de 0,15 à 0,30 mm d'épaisseur, où le chauffage est provoqué par induction de courants dans la tôle de paroi d'emballage par l'intermédiaire d'un solénoïde couplé à un générateur de courant alternatif à fréquence appropriée, caractérisé en ce que la fréquence est choisie entre 3 et 9 kHz. Le fait de chauffer l'enveloppe métallique du récipient par induction dans cette bande de fréquence permet d'assurer un transfert de chaleur rapide au coeur du produit contenu dans l'emballage métallique, du fait que le chauffage par induction d'un récipient métallique est homogène et instantané au coeur du métal du récipient. Cette caractéristique du chauffage par--induction permet d'éviter le chauffage d'un milieu intermédiaire (eau ou vapeur) et de s'affranchir des différents transferts de chaleur, d'une part, entre la vapeur en condensation ou la flamme et la surface du récipient, et, d'autre part, dans l'épaisseur de l'enveloppe métallique. De plus, il est possible d'obtenir un bon rendement énergétique, de l'ordre de 85 0 et une diminution du facteur temps dans les barêmes temps-température de traitements thermiques. Enfin, il en résulte - de meilleures possibilités de régulation des barêmes temps-température appliqués aux produits alimentaires en conserves - une meilleure régularité des barêmes temps-température appliqués aux produits alimentaires aux différents endroits à l'intérieur du récipient métallique - une diminution des risques de surcuisson dans les zones périphériques des récipients - une amélioration delta qualité nutritionnelle des produits traités - une possibilité de construire des installations modulaires - un large créneau d'application en conserverie de fruits et de légumes pendant les heures creuses de fourniture d'électricité par le réseau en été. L'invention propose également un dispositif de stérilisation par la chaleur de produits alimentaires en emballages cylindriques étanches en tôle de 0,15 à 0,30 mm d'épaisseur, où le chauffage est provoqué par induction de courants de fréquence comprise entre 3 et 9 kHz, par l'intermédiaire d'au moins un solénoïde couplé à un générateur de courants alternatifs convenable, caractérisé en ce qu'il comporte, dans une enceinte étanche avec des sas d'entrée et de sortie et couplée à une source de surpression, deux transporteurs superposés, un transporteur supérieur alimenté en emballages à travers le sas d'entrée et entraînant ces emballages dans le champ des solénoïdes et un transporteur inférieur les recevant du transporteur supérieur et les entraînant jusqu'au sas de sortie en passant par un canal de refroidissement parcouru en sens inverse par un courant d'eau. Ce dispositif permet un bon rendement énergétique (85 Dó globalement), une reproductibilité du fonctionnement assurant une garantie de stérilisation, une grande souplesse se traduisant par une bonne aptitude à divers traitements, et donne la possibilité de disposer d'un équipement modulaire ; de plus, l'établissement d'une contre-pression, qui ne pose pas de difficulté technique majeure avec de telles caractéristiques, évite toute déformation des emballages lors du chauffage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre concernant un mode et une forme de réalisation donnés à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente schématiquement en coupe longitudinale un dispositif selon l'invention la figure 2 est une coupe agrandie suivant le plan II-II de la figure 1. Le dispositif représenté est donc adapté à la mise en oeuvre du procédé, et destiné à la stérilisation par la chaleur de produits alimentaires en emballages cylindriques 1 en tôle, notamment d'emballages de 0,15 à 0,30 mm environ d'épaisseur ; initialement, lors de leur amenée au dispositif, les emballages et leur contenu sont à une température de 600C environ. Ce dispositif comporte un appareil dtintroduction 2 tel qu'une rampe inclinée, pour transporter les emballages 1 avec leur contenu jusqu'à l'entrée d'une enceinte 3 où est effectuée la stérilisation puis un début de refroidissement. A la sortie de l'enceinte 3, les emballages sont évacués par un transporteur de refroidissement extérieur 4 jusqu'à un poste de déchargement également ici à rampe inclinée 5. L'enceinte 3 est maintenue ici en surpression, à 3 bars, par un compresseur 31 pouvant être asservi de telle sorte que la pression, indiquée par un pressostat 311, soit maintenue à cette valeur ; aussi, elle est prévue étanche et munie d'un sas d'entrée 32, alimenté en emballages par l'appareil d'introduction 2, et d'un sas de sortie 33, alimentant le transporteur extérieur 4. Le traitement de stérilisation est effectué à l'intérieur d'une succession de solénoïdes 34 à axe longitudinal horizontal, alimentés en courant électrique alternatif à une fréquence comprise entre 3 et 9 kHz par un générateur 35 approprié. Ces solénoïdes, provoquant, par induction de courants dans la tôle de paroi des emballages 1, le chauffage des produits, entourent une nappe active 361 d'un transporteur supérieur 36. Ce transporteur 36 est alimenté par l'appareil d'introduction 2 à travers le sas d'entrée 32 : ainsi les emballages traversent successivement les solénoïdes 34, pour être reçus par un transporteur inférieur 32. Le générateur 35 étant à puissance ajustable, on asservit celle-ci à la température de paroi de l'emballage, de telle sorte que cette température soit limitée à une valeur de consigne ; on peut également asservir la puissance de générateur avec des composantes proportionnelle et intégrale en fonction de l'écart entre les températures de consigne et de paroi d'emballage. Le transporteur inférieur 37 a pour rôle d'entraîner les emballages jusqu'au sas de sortie 33 en provoquant un début de refroidissement grâce au fait qu'il circule dans un canal de refroidissement 38 parcouru en sens inverse par un courant de fluide de réfrigération, ici un courant d'eau arrivant à 400C environ et en ressortant vers 800C par suite de l'échange thermique. Le transporteur extérieur 4 recevant les emballages par le sas de sortie 33 pour les amener au poste de déchargement passe dans une gouttière 41 assurant un second refroidissement et parcourue, à cet effet, par un courant d'eau également à contre courant des emballages pénétrant ici à 130C environ. Avantageusement, l'eau de cette gouttière est récupérée (à 1 bar) et, après passage dans un bac-tampon 42, est introduite dans une pompe 43 qui l'injecte dans le canal de refroidissement de l'enceinte, comme il a été vu, aux environs de 400C (et à une pression de 3,1 bars). I1 faut noter que le nombre d'éléments inducteurs 34 à utiliser est fonction non seulement du produit à chauffer, mais également du barême de stérilisation à appliquer. Ces éléments inducteurs 34 sont préférentiellement des solénoïdes constitués d'un tuyau ou d'un plat de cuivre. Le générateur 35 alimentant les inducteurs 34 comporte un onduleur à thyristors attaquant un circuit oscillant, comprenant les solénoïdes inducteurs. Le dispositif qui vient d'être décrit permet la stérilisation, dans le cas présent, du contenu de boîtes 1 d'acier munies d'une très faible couche d'étain ("fer blanc") ; ces boîtes d'acier ont, par exemple, un diamètre de sept à dix centimètres, et une hauteur de dix à douze centimètres. On amène au dispositif ces boîtes et leur contenu à une température de 600C environ (résultant des conditions de remplissage), grâce à l'appareil d'introduction 2 sur lequel elles roulent jusqu'au sas d'entrée 32 de l'enceinte 3, muni ici d'un rotor à aubes 321 pour répartir les boîtes sur la nappe 361 du transporteur 36. A l'intérieur de l'enceinte sous pression (environ 3 bars) on doit donc porter le contenu des boîtes 1 à la température de stérilisation choisie, et maintenir cette tempéra ture pendant une durée dépendant de cette température. A cet effet le transporteur supérieur 36 entraîne les boîtes au travers des solénoïdes 34, avec leur axe longitudinal coïncidant sensiblement avec celui des solénoïdes 34. Le transporteur 36 est arrêté lorsque les boîtes 1 se trouvent entre deux solénoïdes 34. Des cames 9, commandées par un moteur 93, soulèvent un équipage de rouleaux fous 91, d'axe parallèle à celui des boîtes 1, qui soulèvent ces dernières pour les faire porter contre des rouleaux 92 entraînés en rdation par un moteur 94. Les boites 1 tournent ainsi autour de leur axe pour répartir la chaleur dans les produits contenus. La rotation des cames 9 provoque ensuite la descente des boites sur la nappe 361 de transporteur 36, qui est remis en marche pour faire passer les boites dans le solénoïde inducteur 34 suivant. On a ajusté la répartition de puissance entre les solénoïdes pour porter rapidement la couche superficielle de produit à une température légèrement supérieure à la température de stérilisation (800C à 1300C par exemple), ce niveau étant maintenu jusqu'à ce que la température au coeur du produit ait atteint la température de stérilisation ; la durée de mise en température de stérilisation dépend de la compacité du produit, et, par exemple une purée d'épinards est plus longue à parvenir à cette température que des petits pois.En effet, semble-t-il, si d'une façon générale la surface interne de la paroi de boite est presque immédiatement en phase vapeur, celle-ci diffusant dans la masse du produit de sorte que les échanges thermiques ne sont pas limités par les coeffici.ents de transfert paroi/fluide comme suivant les procédés classiques, il n'en reste pas moins que la perméabilité du produit à la vapeur qui diffuse intervient dans le processus de chauffage de la masse du produit ; or il est certain que la perméabilité de la masse des petits pois est très supérieure à celle des épinards hâchés. La puissance que le générateur 35 doit fournir aux solénoïdes 34 est beaucoup plus importante pour les solénoïdes de tête qui assurent la montée en température des boites et de leur contenu, que pour les solénoïdes de queue qui assurent seulemen.t le maintien en température de stérilisation ; la puissance maximale est de l'ordre du kilowatt par kilogramme de produit à stériliser, alors qu'il peut suffire de moins d'une centaine de watts pour maintenir la température de stérilisation. Dans un processus en continu tel qu'on l'a décrit précédemment, où la quantité de boîtes en cours de montée rn température est nettement inférieure à la quantité de boîtes maintenues en température, on peut escompter une consommation de 100 à 200 kWh par tonne de légumes. On maintient la température de stérilisation, grâce aux inducteurs, par exemple 121- C à coeur, pendant la durée nécessaire, la durée totale du chauffage d'une boîte correspondant au temps de passage sur le transporteur 36. A la sortie des inducteurs 34 on transfère les boites au transporteur inférieur 37 par l'intermédiaire d'une rampe héli coïdale 10, qui fait pivoter l'axe longitudinal des boites 1 de 90 autour d'un axe vertical, afin de leur faire parcourir le canal de refroidissement 38 parcouru par l'eau de réfrigération, en roulant sur le fond du canal 38. Cette eau, destinée à refroidir les boites 1 et leur contenu de 1270 à 400C, entre dans l'enceinte 3 à 400 et en ressort à 800C. Le débit est de l'ordre de 2 m3 par heure et par tonne de légumes traités ; il est possible de se servir de cette eau pour réchauffer le jus des légumes à 750C avant conditionnement (par exemple un demi mètre cube de jus par tonne de légumes traités), dans un échangeur à contre courant de l'eau à 800C rejetée par le stérilisateur. On évacue les boites de 11 enceinte 3 par le sas de sortie 33 muni ici d'un rotor à aubes 331, afin de poursuivre leur refroidissement à l'extérieur de l'enceinte 3. A cet effet, grâce au rotor à aubes 331, on dépose les boites sur un autre transporteur sans fin 4, parcourant la gouttière 41 de second refroidissement, afin de les refroidir aux environs de 400C. Enfin, on évacue les boites du dispositif par la rampe inclinée 5. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme et au mode de réalisation ci-dessus décrits et représentés, et on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement, notamment de stérilisation, par la chaleur de produits alimentaires en emballages (1) étanches cylindriques en tôle de 0,15 à 0,30 mm d'épaisseur, où le chauffage est provoqué par induction de courants dans la tôle de paroi d'emballage par l'intermédiaire d'un solénoïde (34) couplé à un générateur (35) de courant alternatif à fréquence appropriée, caractérisé en ce que la fréquence est choisie entre 3 et 9 kHz. 2. Procédé suivant la revendication 1, avec un générateur (35) à puissance ajustable, caractérisé en ce que l'on asservit la puissance du générateur à la température de paroi de l'emballage (1) en sorte que cette température soit limitée à une valeur de consigne. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on asservit la puissance du générateur (35) avec des composantes proportionnelle et intégrale en fonction de l'écart entre les températures de consigne et de paroi d'emballage (1). 4. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on dispose l'axe du cylindre d'emballage (1) sensiblement horizontal et que l'on fait tourner l'emballage autour de cet axe. 5. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pendant le chauffage, l'emballage (1) est placé dans une enceinte (3) sous pression. 6. Dispositif de traitement, notamment de stérilisation, par la chaleur de produits alimentaires en emballages (1) cylindriques étanches en tôle de 0,15 à 0,30 mm d'épaisseur, où le chauffage est provoqué par induction de courants de fréquence comprise entre 3 et 9 kHz, par l'intermédiaire d'au moins un solénoïde (34) couplé à un générateur (35) de courants alternatifs convenable, caractérisé en ce qu'il comporte, dans une enceinte (3) étanche avec des sas d'entrée (32) et de sortie (33) et couplée à une source de surpression (31), deux transporteurs superposés, un transporteur supérieur (36) alimenté en emballages à travers le sas d'entrée et entraînant ces emballages dans le champ des solénoïdes et un transporteur inférieur (37) les recevant du transporteur supérieur et les entraînant jusqu'au sas de sortie en passant par un canal de refroidissement (38) parcouru en sens inverse par un courant d'eau. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un troisième transporteur (4) extérieur entre le sas de sortie (33) et un poste de déchargement, et passant dans une gouttière (41) de second refroidissement parcourue par un courant d'eau à contre courant des emballages (1), une pompe (43) reprenant l'eau de la rigole (41) à l'extrémité voisine du sas de sortie et l'injectant dans le canal de refroidissement (38). 8. Dispositif selon une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les solénoïdes (34) étant disposés espacés avec leur axe parallèle à la direction du transporteur supérieur (36), des moyens à rouleaux (91,92) sont adaptés à faire tourner les emballages (1) autour de leur axe à des positions intermédiaires entre les solénoïdes (34).