Brevet FR2500948A1 — publié le 19820903

La présente invention concerne un stérilisateur de liquides par irradiation. Elle s'applique notamment à la stérilisation de liquides alimentaires par des rayons ultraviolets. On sait que la technique de stérilisation physique qui consomme le moins d'énergie est la stérilisation ultraviolette. Son rendement pour l'eau est de 15 l/Wh. Il est supérieur à celui de la stérilisation par osmose inverse (0,5 l/Wh), de la pasteurisation (0,05 l/Wh) et de la distillation "flash" (0,01 l/Wh). I1 est par ailleurs du même ordre que celui de la stérilisation par l'ozone ou par électrolyse. La stérilisation ultraviolette consiste à irradier un liquide tel que l'eau par des rayons ultraviolets émis par des lampes immergées dans le liquide et autour desquelles celui-ci circule. Malgré son intérêt, cette technique de stérilisation n'est actuellement pas applicable à la stérilisation des liquides alimentaires en raison de leur turbidité due au fait qu'ils contiennent par exemple de la cellulose et divers sels, protéines et sucres qui, d'une part, absorbent les radiations ultraviolettes et masquent les micro-organismes à stériliser et, d'autre part, peuvent former des dépôts sur les lampes, arrêtant ainsi ces mêmes radiations ultraviolettes. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient. Elle a pour objet un stérilisateur de liquides caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens pour former une couche mince d'un liqui de, et - des moyens d'irradiation, d'une part, aptes à en voyer sur cette couche mince des photons capables de provoquer une stérilisation du liquide, et d'au tre part, disposés de façon à ne pas être en con tact avec ce liquide, pour réduire l'absorption des photons par des substances susceptibles d'être contenues dans ledit liquide. Dans le cas de liquides alimentaires, on minimise bien ainsi l'effet d'écran aux photons, causé par les divers sels, protéines et sucre, mentionnés plus haut qui ne peuvent alors pas se déposer sur les moyens d'irradiation. Selon une caractéristique préférée de l'invention, ladite couche mince est formée par centrifugation. Dans ce cas, lesdits moyens pour former la couche mince comprennent de préférence : - une cuve dont la paroi interne va en s'évasant à partir du fond, et - des moyens de mise en rotation de cette cuve, ledit stérilisateur comprenant en outre - des moyens d'alimentation de la cuve en liquide, et - des moyens de récupération du liquide une fois sté rilisé, de façon que celui-ci s'écoule, en formant ladite couche mince, de bas en haut le long de ladite paroi interne en rotation, tout en étant stérilisé, et soit ensuite collecté par lesdits moyens de récupération. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, ladite paroi interne est pourvue d'une rampe hélicoldale, de préférence de sens inverse à celui de la rotation de la cuve. Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, les moyens d'irradiation comprennent au moins une lampe apte à émettre des radiations ultraviolettes germicides. Ces radiations ul traviolettes germicides sont par exemple des radia o tions de longueur d'onde 2540 A. Selon un autre mode de réalisation particulier, ladite lampe est en outre apte à émettre des radiations génératrices d'ozone dans l'atmosphère au contact du liquide stérilisé ou en train de l'être pour stériliser également cette atmosphère. Ces radilations génératrices d'ozone sont par exemple des o radiations de longueur d'onde 1850 A. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier donné à titre indicatif et non limitatif, en référence au dessin annexé qui représente schématiquement un stérilisateur de liquides par irradiation, conformément à l'invention. Ce stérilisateur comprend une cuve 1 par exemple conique, de façon que sa paroi interne la aille en s'évasant à partir du fond lb de ladite cuve 1. Cette dernière est rendue solidaire de moyens de rotation consistant par exemple en un moteur électrique 2 et qui lui permettent de tourner autour de son axe X vertical. Ce moteur 2 est lui-même solidaire d'un socle 2a. La cuve 1 est alimentée en liquide L à stériliser par un réservoir 3 muni de deux tubes verticaux 3a et 3b et fermé par un couvercle étanche 3c. Ce réservoir 3 est disposé au-dessus de la cuve 1, les tubes 3a et 3b plongeant ainsi dans celle-ci. Des moyens 4 d'irradiation consistant en deux lampes 4a sont disposés verticalement et suffisamment haut pour pouvoir irradier la paroi interne la de la cuve 1 sans être en contact avec le liquide L qui s'y trouve. Une goulotte 5, concentrique à la cuve 1 et disposée au niveau du bord lc de celle-ci permet de récupérer le liquide L une fois stérilisé. Cette goulotte 5 est munie d'un conduit 6 d'évacuation du liquide L pour amener celui-ci à des moyens de conditionnement non représentés sur le dessin. Le réser voir 3, les moyens 4 d'irradiation et la goulotte 5 sont rendus solidaires d'un corps 7 démontable, pour avoir accès à la cuve 1, et muni de pieds 7a reposant sur le socle 2a. Le liquide L à stériliser est donc introduit dans le réservoir 3 et le couvercle étanche 3c est mis en place. Le premier tube 3a, débouchant, d'un côté, vers le fond 3d du réservoir 3 et, de l'autre, vers le fond lb de la cuve 1, permet au liquide L de descendre dans celle-ci. Le second tube 3b, mettant en communication les atmosphères du réservoir 3 et de la cuve 1, maintient le liquide L contenu dans cette cuve 1 à un niveau constant, la descente du liquide L dans la cuve 1 s'arrêtant dès que le liquide L qu'elle contient affleure l'extrémité inférieure du tube 3b. Lorsque la cuve 1 est en rotation autour de son axe X vertical, le liquide L contenu dans cette cuve 1 forme par centrifugation une couche mince C sur la paroi interne la tout en s'écoulant le long de cette dernière, de'bats en haut. Les lampes 4a émettent des radiations ul traviolettes germicides, par exemple de longueur o d'onde 2540 A, qui stérilisent le liquide L de ladite couche mince C. Ce liquide stérilisé, en arrivant au bord lc de la cuve 1, tombe dans la goulotte 5. Ainsi, tout le liquide L du réservoir 3 finit-il par être stérilisé et passer dans la goulotte 5 d'où il est évacué par le conduit 6. Les lampes 4a émettent également des radiations ultraviolettes, par exemple de longueur d'onde 1850 , qui sont génératrices d'ozone dans l'atmosphère A au contact du liquide L stérilisé ou en train de l'etre, c'est-à-dire contenu dans la cuve 1 et la goulotte 5. Le liquide L peut ainsi être conditionné sans contact avec une atmosphère polluante. Par ailleurs, on impose l'épaisseur et la régularité de la couche mince C de liquide en pourvoyant la paroi interne la de la cuve 1 d'une rampe hélicoldale 8 de profil ondulé et de pas voisin du dixième de la hauteur de la cuve 1. De préférence, cette rampe hélicoldale 8 est de sens inverse à celui de la rotation de la cuve 1 pour créer des turbulences dans le liquide L et améliorer ainsi l'irradiation en "l'homogénéisant1. En raison de sa faible consommation de courant électrique, ce stérilisateur peut être alimenté en énergie à l'aide de convertisseurs optoélectroniques tels que des cellules solaires 9. Il est alors complètement autonome et son débit peut être de quelques centaines de litres par heure et par mètre carré de surface recouverte par les cellules solaires. Le stérilisateur objet de l'invention, en évitant tout contact des moyens 4 d'irradiation avec le liquide à stériliser, empêche la formation d'un dépôt de substances éventuellement contenues dans le liquide (notamment alimentaire) sur lesdits moyens 4, dépôt qui absorberait en grande partie les radiations émises par ces moyens. Par ailleurs, la formation d'une couche mince et turbulente de liquide par centrifugation entraîne une meilleure homogénéité d'irradiation de ce liquide et minimise ainsi l'effet d'écran aux variations causé par lesdites substances, ce qui provoque une meilleure stérilisation du liquide. Enfin, il est plus facile d'irradier complètement une couche mince, de 1 mm d'épaisseur par exemple, qu'un volume important de liquide. Bien entendu, on peut utiliser d'autres moyens d'alimentation de la cuve 1 en liquide L à stériliser (par exemple une alimentation en continu à des fins industrielles}. On peut aussi envisager d'autres moyens d'irradiation : source de rayons X, source radioactive (émettant des photons y par exemple). On peut également envisager d'autres moyens pour former une couche mince C de liquide par exemple, une paroi inclinée sur laquelle s'écoule le liquide et au-dessus de laquelle est disposée au moins une lampe à rayons ultraviolets. Mais ces moyens présentent l'inconvénient d'établir rapidement des chemins préférentiels d'écoulement, ce qui entraîne une irradiation inhomogene. Comme on l'a déjà mentionné, la rampe hélicoldale 8, de sens contraire à celui de la rotation de la cuve 1, pallie cet inconvénient. Le sens de cette rampe pourratt être le même que celui de la rotation de la cuve 1, l'écoulement étant alors laminaire, mais dans ce cas, l'irradiation serait peu homogène. Enfin, le stérilisateur selon l'invention peut comprendre plusieurs lampes 4a émettant des radiations ultraviolettes germicides, par exem quatre lampes de 10 W fournissant chacune 4,5 dans l'ultraviolet,soit 8 W dans l'ultraviolet au total. Or, la majorité des bactéries, virus, levures et moisissures sont détruits à plus de 99,9% par une irradiation de 50 mws/cm2. En effectuant une irradiation de deux secondes, cette dose est obtenue sur une surface de 2x18x103/50 = 720 cm2 correspondant environ à la surface d'un tronc de cône de hauteur 15 cm et de diamètre moyen 15 cm. En imposant à la couche mince de liquide une épaisseur de 1 mm, le débit du-stérilisateur est environ de 36 cm3/s, soit 130 l/h, ce qui lui donne un rendement de l'ordre de 3,25 l/Wh, soit environ 20% de celui admis pour la stérilisation de l'eau. Par ailleurs, la vitesse du liquide par rapport à la cuve tournante est d'environ 2,25 m/s. Le stérilisateur objet de l'invention particulièrement bien adapté à la stérilisation de liquides ayant une certaine turbidité, en particulier de liquides alimentaires comme le lait ou les jus de fruit, en minimisant l'effet d'écran causé par diverses substances contenues dans ces liquides. REVENDICATIONS 1. Stérilisateur de liquides, caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens (1, 2) pour former une couche mince (C) d'un liquide (L), et - des moyens (4) d'irradiation, d'une part, aptes à envoyer sur cette--couche mince (C) des photons ca pables de provoquer une stérilisation du liquide (L) et, d'autre part, disposés de façon à ne pas être en contact avec ce liquide (L), pour réduire l'absorption des photons par des substances susceptibles d'être contenues dans ledit liquide (L). 2. Stérilisateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche mince (C) est formée par centrifugation. 3. Stérilisateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens (1, 2) pour former la couche mince (C) comprennent : - une cuve (1) -dont la paroi interne (la) va en s'évasant à partir du fond (lb), et - des moyens (2) de mise en rotation de cette cu ve. (1), ledit stérilisateur comprenant en outre : - des moyens (3, 3a) d'alimentation de la cuve (1) en liquide, et - des moyens (5) de récupération du liquide une fois stérilisé, de façon que celui-ci s'écoule, en formant ladite couche mince (C), de bas en haut le long de ladite paroi interne (la) en rotation, tout en étant stérilisé, et soit ensuite collecté par lesdits moyens (5) de récupération. 4. Stérilisateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite paroi interne (la) est pourvue d'une rampe hélicoidale (8). 5. Stérilisateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que cette rampe hélicoldale (8) est de sens inverse à celui de la rotation de la cuve (1). 6. Stérilisateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens (4 > d'irradiation comprennent au moins une lampe (4a) apte à émettre des radiations ultraviolettes germicides. 7. Stérilisateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite lampe (4a) est en outre apte à émettre des radiations génératrices d'ozone dans l'atmosphère (A) au contact du liquide (L) stérilisé ou en train de l'être pour stériliser également cette atmosphère. 8. Stérilisateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est alimenté en énergie à l'aide de convertisseurs optoélectroniques (9).