Brevet FR2522400A1 — publié le 19830902

La présente invention est relative à un procédé et à une installation pour modifier soudainement, aussi bien dans le sens de son élévation que dans celui de son abaissement, la température d'un fluide liquide ou pâteux remplissant une bouteille de verre herméti- quement close Naturellement, l'invention est également relative à un procédé et à une installation pour maintenir le liquide traité à cette température fortement élevée, ou à cette température fortement abaissée, aussi longtemps que nécessaire. On sait en effet que la soudaineté de telles modifications de température est particulièrement souhaitable dans certaines activi- tés, notamment celles de la pharmacie et de l'alimentaire, par exem- ple pour les jus de fruits et de légumes, pour les Produits laitiers pour la bière et pour le cidre, et d'une manière générale pour tous les produits alimentaires qui ont besoin d'être protégés contre une fermentation, la technique de protection mise alors en oeuvre consis tant à pasteuriser le produit puis à le refroidir aussi rapidement que possible, dans un délai maximal de trente minutes, pour empêcher la dégradation du produit qui résulterait de son élévation de tenpérattu Pour refroidir soudainement tout ensemble constitué d'une bouteille de verre (contenant) et d'un fluide pasteurisé (contenu), on utilise actuellement deux techniques: l'immersion et l'aspersion ou arrosage. On sait en effet que l'on peut tremper brusquement dans de l'eau froide une bouteille de verre remplie d'un liquide très chaud sans aucun risque de casse, car dans un tel cas les contraintes qui s'exercent sur le verre sont homogènes en tous points du contenant. La technique d'immersion brutale dans de l'eau froide d'un ensemble verrefluide pasteurisé est donc satisfaisante au plan des résultats qu'elle assure, le refroidissement à température ordinaire étant obtenu dans un délai aussi court que possible Cette technique est toutefois assez peu employée car elle est d'une mise en oeuvre particulièrement difficile, notamment lorsque les produits pasteurisé sont délivrés dans leurs récipients en verre scellés sur une chaîne fonctionnant en continu; il est en particulier évident que l'humidité environnante provoque des dégats en certaines parties de la chaîne, dégâts qui, quand bien même sont-ils mineurs, rendent obligatoire l'arrêt de la chaîne, d'o l'incompatibilité de cette technique avec la distribution en continu des produits pasteurisés. Malgré l'efficacité absolue de la technique par immersion, il lui est de plus en plus souvent préféré la technique par aspersior Dans cette autre technique, pour éviter que des contraints irrégulières ne s'exercent sur le verre, donc pour éviter les casses probables, on multiplie les buses d'arrosage autour, au-dessus et Z 2400 en-dessous des bouteilles de verre à refroidir de manière à bien ar- roser partout et à conserver ainsi en tous points du verre une même température, à tout instant de son refroidissement. Cette technique par aspersion présente toutefois un défaut majeur: du fait que l'on travaille sous forte pression, les trous des buses se bouchent fréquemment d'o une difficulté croissante à assurer une uniformité dans l'arrosage. L'uniformité est d'autant plus difficile à obtenir sur une chaîne fonctionnant en continu que de multiples bouteilles de verre doivent être refroidies progressivement tout au long de la chaîne, que le nombre de buses est donc considérable et qu'au surplus chaque buse par construction comporte de nombreux trous pour, par théorie, favoriser un arrosage homogène. Par la mise en oeuvre de la technique par aspersion, les pertes dues aux casses sont donc malheureusement trop fréquentes. La présente invention a donc pour but de pallier les incon- vénients précités, à savoir qu'elle propose une technique de refroi- dissement soudain, à la fois compatible avec un fonctionnement en continu, toute ambiance humide étant évitée, et d'une sécurité abso- lue au plan du rendement,le refroidissement étant homogène et régulier et éliminant de la sorte tout risque de casse. Dans son application inverse de celle qui vient d'être ex- posée, à savoir dans la recherche d'une élévation soudaine de la température d'un ensemble contenant-contenu, la présente invention répond de surcroît à un besoin pour lequel à ce jour aucune solution pratique satisfaisante n'a été proposée. On sait en effet que la pasteurisation d'un fluide liquide ou pateux fermentescible peut être obtenue de façon satisfaisante à des températures nettement inférieures à son point d'ébullition, pour au. tant que l'élévation de température se réalise le plus soudainement possible, de manière à provoquer un choc thermique important au sein du fluide à pasteuriser,et que ledit fluide soit maintenu un temps suffisamment important à cette température élevée. Selon certains critères aisément contrôlables, notamment l'acidité, on peut par exemple obtenir une bonne pasteurisation des jus de fruits et de légumes entre 70 et 750 C, sous la condition in- dispensable que le passage de la température ambiante à la tempéra- ture de pasteurisation s'effectue en un temps maximal de quatre minu- tes et que le liquide traité soit maintenu à cette température de 70-750 C pendant quatre autres minutes. La présente invention répond à cette autre préoccupation, en ce sens qu'elle permet une modification soudaine de la température d'un ensemble verre contenant-fluide contenu dans la gamme des élé- 3 2522400 vations brutales de températures, sans risque de casses et de façon compatible avec les chaînes travaillant en continu, au même titre qu'elle permet des abaissements brutaux de température. La présente invention a donc une double destination dans toute opération de pasteurisation: en autorisant une élévation sou- daine de la température, puis le maintien à cette température élevée elle permet de pasteuriser des liquides fermentescibles entre 70 et 750, et en autorisant un abaissement soudain de la température elle permet de "bloquer" le liquide traité, dans cette situation optimale d'aseptisation et d'empêcher sa dégradation. La présente invention a donc pour premier objet un procé- dé pour modifier soudainement la température d'un fluide remplissant une bouteille de verre hermétiquement fermée, ledit procédé consis- tant ainsi qu'il est déjà connu à amener un liquide, en général de l'eau portée à une température très différente de celle de l'ensembl verre contenant fluide contenu pour réchauffer ou refroidir ledit ensemble, en contact permanent avec la paroi extérieure de la boutei le, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on provoque un écou- lement d'eau au-dessus de la bouteille, de manière à former un film d'eau qui enveloppe totalement la bouteille et en ce que l'on règle le débit et la pression de cet écoulement de sorte à maintenir en permanence ce film de façon cohérente tout autour de la bouteille. Dans un mode préféré de mise en oeuvre de ce procédé, on délivre l'écoulement d'eau sous la forme d'une veine de section annu laire, ladite veine annulaire étant avantageusement conique et conve: gente vers le bas, en direction de la bouteille. Dans un autre mode préféré de mise en oeuvre, on délivre l'écoulement d'eau sous basse pression, cette pression restant faible pour maintenir la veine liquide en régime lamellaire mais suffisante pour éviter que la tension superficielle ne brise cette veine. On délivre préférentiellement l'écoulement d'eau avec un très grand débit et avec une pression faible obtenue depuis une rése: ve d'eau de hauteur comprise entre 10 et 30 centimètres, et de préfé rence comprise entre 15 et 20 centimètres. Dans une variante avantageuse de mise en oeuvre, notammen pour son exploitation en continu, on récupère l'eau après usage et ol la recycle, après un éventuel réchauffage ou refroidissement. La présente invention a également pour objet une installa tion pour modifier soudainement la température d'un fluide remplissai une bouteille de verre hermétiquement fermée, ladite installation 4 2522400 comprenant des moyens de mise en contact d'un liquide réchauffeur ou refroidisseur et de la paroi extérieure de la bouteille, et étant caractérisée en ce qu'elle comprend, disposée au-dessus de la bou- teille, une buse qui délivre un courant d'eau distribué sous la forme d'une veine de section annulaire, la buse étant associée à des moyens de réglage du débit et de la pression de ce courant, de manière qu'il forme autour de la bouteille un film qui l'enveloppe totalement de façon permanente et cohérente. La buse est dans ce cas disposée au-dessus de la bouteille de sorte que les axes de symétrie verticaux de l'une et de l'autre sont confondus. Dans une construction particulièrement avantageuse, la buse est formée d'une conduite à paroi tronconique convergente vers le bas et d'un noyau central conique de même angle au sommet que la conduite et espacé régulièrement de ladite conduite pour délimiter avec elle un couloir conique convergent pour l'écoulement de la veine d'eau, le noyau étant rendu solidaire de la conduire en des points aussi éloignés que possible de l'orifice de sortie pour ne pas per- turber le régime de l'écoulement de l'eau. L'épaisseur de la veine à sa sortie de la buse est de pré- férence d'environ 2 millimètres. Pour mieux faire comprendre l'objet de la présente inven- tion, on va en décrire ci-après à titre d'exemple Durement illustra- tif et non limitatif une forme d'éxécution en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une vue en coupe axiale verticale de l'ins- tallation en cours de fonctionnement, et la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-Il de la buse qui délivre le courant d'eau sous la forme d'une veine de section annulaire. En se référant au dessin, on voit que l'on a désigné-par 1 dans son ensemble une bouteille de verre de forme quelconque, la- dite bouteille étant posée sur un plan horizontal de sorte que son axe de symétrie longitudinal 2 s'étende exactement selon une verticale. La bouteille 2 contient un liquide quelconque 3 et est scellée à sa partie supérieure, par exemple par un opercule embouti ou encore par une capsule 4 serrée par simple vissage. Le liquide 3 que renferme la bouteille 1 est soit à refroi- dir brusquement, soit à réchauffer brusquement, soit encore à réchauf- fer soudainement et à maintenir quelques minutes à cette température élevée pour le pasteuriser puis à le refroidir tout aussi soudaine- ment pour le maintenir dans cette situation de totale 2522400 aseptisation. Dans tous les cas de figure précités, la même installation que celle représentée à la figure 1 peut être utilisée, seul le li- quide distribué par l'installation et destiné à modifier la tempéra- ture du fluide 3, et par voie de conséquence celle de l'ensemble contenant 1-contenu 3, étant choisi -ou nuancé en ce qui concerne sa température selon qu'il doive agir en tant que refroidisseur ou en tant que réchauffeur de l'ensemble précité. L'installation selon l'invention se compose essentiellemen d'une réserve d'eau 5 prolongée,vers le bas, d'une ou de plusieurs buses 6 en nombre égal au nombre de bouteilles qui, disposées sous 1 réserve, doivent subir la modification de température soudaine souha tée. Toutes les buses 6 sont identiques et se composent d'une paroi extérieure annulaire 7 et d'un noyau central plein 8. La partie inférieure 7 a de la paroi est de forme tronconi- que convergente vers le bas, partie tronconique qui éventuellement est prolongée vers le haut jusquà la réserve 5 d'une partie cylindr que 7 b. Le noyau 8 est exactement de même forme que la paroi exté- rieure 7, à savoir qu'il est conique en 8 a à sa partie inférieure et éventuellement prolongé à sa partie supérieure selon un cylindre 8 b. Les cônes 7 a et 8 a sont de même angle au sommet et disposé selon un axe vertical commun 9 de manière que le couloir 10 délimité entre la paroi extérieure 7 et le noyau central 8 en partie inférieu re de la buse 6 soit d'épaisseur régulière en chacun de ses points e forme une chambre tronconique convergente vers le bas d'environ 2 mm de large. Dans le cas o à leur partie supérieure la paroi 7 et le noyau 8 sont conformés en cylindres 7 b et 8 b, ces pièces sont evidem ment disposées avec également en commun leur axe de symétrie vertica 9 de sorte que le couloir 10 forme une chambre annulaire cylindrique d'épaisseur constante entre la réserve 5 et la partie conique infé- rieure dudit couloir. Pour que le centrage du noyau 8 à l'intérieur de la-paroi 7 soit parfait, on prévoit en partie supérieure de cet ensemble, en une zone aussi éloignée que possible de l'orifice de sortie, trois points d'attache 11 disposés à 1200 l'un de l'autre, chacun de ces points étant formé par exemple d'un ergot soudé à l'intérieur de la paroi 7, ergot dont la longueur est égale à la largeur du couloir 1 C de manière à centrer automatiquement le noyau 8, lesdits ergots coo- pérant avec des cavaliers 12 en forme de U renversé qui viennent 6 2522400 reposer sur les ergots il et par là-mème stabiliser et positionner le noyau 8 en regard de la paroi 7. Pour un bon fonctionnement de l'installation décrite ci-avant, la bouteille 1 est disposée verticalement sous la buse 6, son axe de symétrie longitudinal 2 formant exactement le prolonge- ment de l'axe de symmétrie 9 de la buse. Egalement pour un bon fonctionnement de l'installation qui a été décrite, l'eau contenue dans la réserve 5 est maintenue à un niveau constant de l'ordre de 10 à 30 centimètres, et de pré- férence de l'ordre de 15 à 20 centimètres, niveau réglé en fonction du débit et de la pression nécessaires pour maintenir un film d'eau enveloppant totalement et de façon cohérente la bouteille 1. A cette fin, la réserve 5 est associée soit à une conduite 13 d'écoulement de trop-plein, soit à un flotteur 14 qui commande une vanne 15 montée sur une conduite 16 d'amenée d'eau dans la ré- serve 5. Selon le procédé proposé par la présente invention, la pression d'eau dans la réserve doit rester faible pour maintenir la veine liquide distribuée par le couloir 10 de la buse 6 en régime lamellaire, mais dans le même temps doit être suffisante pour éviter que la tension superficielle ne brise cette veine. Il est en effet essentiel que la veine d'eau soit distri- buée de façon cohérente sut la bouteille pour éviter des différen- ces de température importantes entre deux zones rapprochées de la bouteille, donc pour éviter que s'exercent des contraintes qui iné- vitablement provoquent la félurevoire la cassure du verre. La bouteille 1 est placée sous la veine annulaire conique 17 d'eau distribuée depuis la réserve 5 au travers de chaque buse-6, la capsule 4 étant exactement encadrée par cette veine. Dans de telles conditions, l'eau -frappe le bord supérieur de la capsule, puis remonte sur le dessus de celle-ci puisque l'in- térieur de la veine conique d'eau est en dépression, puis s'écoule le long de la paroi latérale de la bouteille 1 o les forces d'adhé- rence la plaquent en un film 18 mince et cohérent. Le courant d'eau suit donc exactement le profil de la bouteille jusqu'à la base, de sorte qu'en permanence la bouteille est totalement enveloppée d'un film cohérent qui, à tout instant de l'opération, place tous les points de la bouteille à une même température dans des conditions identiques à celles que procure la technique par immersion. Le plan sur lequel repose la bouteille 1 étant avantageu- sement une grille ou un caillebotis à mailles fines, le film d'eau converge au centre du dessous de la bouteille, d'o il s'écoule en jet baton 19. Outre le fait que la bouteille est en permanence enveloppé du film d'eau cohérent 18 qui la place dans des conditions identique à l'immersion, la mise en oeuvre du procédé précité a pour avantage, dès sa mise en fonctionnement, de créer une différence importante entre la température du liquide 3 placé dans la bouteille 1 et la température de l'eau de traitement. En effet, la conséquence de cette importante différence de température est qu'elle crée un mouvement de convexion, le liquide dans la bouteille se refroidissant plus vite en haut qu'en bas et se refroidissant plus vite dans les zones proches dela paroi de la bou teille que dans son centre, mouvement de convexion qui favorise en- core le refroidissement et réduit le temps de traitement puisqu'il atténue les problèmes de transmission de calories inhérents à la nature du liquide à traiter - Dans une expérience réalisée sur une bouteille de jus de fruit préalablement pasteurisé, 4 minutes seulement ont été néces- saires pour passer de 73 à 200, temps qui est de près de sept fois inférieur à celui qui est suffisant pour empêcher la dégradation du jus de fruit qui résulterait de son élévation de température. L'installation qui vient d'être décrite est évidemment trar posable sans difficulté sur toute chaîne destinée à fonctionner en continu; il suffit par exemple de disposer sous une première réser- ve d'eau 5 une première rampe de buses 6 qui arrosent à une certaine température, réserve qui est suivie d'une seconde munie d'une autre rampe de buses qui arrosent les bouteilles à traiter à une autre tem- pérature, légèrement inférieure ou légèrement supérieure à celle du liquide de traitement contenu dans la première réserve. Le nombre de réserves et le nombre de rampes de buses est évidemment fonction de la durée du refroidissement ou du réchauffe- ment visé. Dans une telle installation en continu, on prévoit avanta- geusement la possibilité de récupérer après usage le liquide s'écou- lant sous la grille 20 et de recycler ce liquide dans l'installation par la conduite d'amenée 16. Dans une telle hypothèse, le circuit de recyclage comprend un groupe de réchauffage, ou un groupe frigorifique, selon que le liquide placé dans la réserve 5 doit être chaud, ou froid, pour pas- teuriser le liquide 3 ou au contraire pour fixer cette pasteurisation par abaissement soudain de la température. Dans la description qui précède, il a été essentiellement indiqué que l'invention s'applique au réchauffage et au refroidis- sement d'un fluide liquide ou pâteux enfermé dans une bouteille scellée Il est clair toutefois que, sans aucune modification, l'in- vention s'applique également au maintien de la température dudit fluide en dehors de la température normale, soit dans le cadre d'une opération de pasteurisation o après élévation soudaine de la tempé- rature du fluide il faut maintenir quelques minutes ledit fluide à cette température élevée avant de le refroidir tout aussi soudaine- ment, soit dans le cadre d'une congélation ou autre opération analogue dans laquelle il faudrait refroidir un fluide et maintenir celui ci à une température nettement différente de la température ambiante. Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes d'applications non plus qu'au mode de réalisation qui ont été mention- nés et l'on pourrait concevoir diverses variantes sans sortir pour autant du cadre de la présente invention. La veine de distribution du courant d'eau peut par exemple être de section annulaire cylindrique. La distribution selon une veine conique conserve toutefois la préférence puisqu'elle permet un rattrapage de jeu dans l'hypothè- se o l'axe 9 de la buse 6 n'est pas parfaitement confondu avec l'axe 2 de la bouteille 1 et/ou si la bouteille bouge quelque peu du fait de l'avancement de la grille 20 lorsque l'installation selon l'inven- tion est agencée sur une chalne fonctionnant en continu. De même, la largeur de la chambre annulaire tronconique, et par voie de conséquence l'épaisseur de la veine annulaire conique 17, peut être sensiblement différente de la valeur de 2 mm communiquée à titre d'exemple dans la présente description, l'épaisseur de ladite veine 17 étant essentiellement fonction du diamètre et de la forme de la bouteille renfermant le fluide à traiter. Dans cet esprit, on peut d'ailleurs prévoir un réglage aisé de la largeur de la chambre de distribution du liquide traitant par un réglage de la hauteur du noyau 8 relativement à la paroi extérieure 7 de la buse. On peut par exemple prévoir un jeu de cales d'épaisseur dif- férente à interposer entre les ergots Il et les cavaliers 12. REVENDICATIONS ) Procédé pour modifier soudainement, soit pour élever, soit pour abaisser, et éventuellement pour maintenir en dehors de la normale, la température d'un fluide liquide ou pâteux remplissant une bouteille de verre, ladite bouteille étant hermétiquement fermée ledit procédé consistant ainsi qu'il est connu, à amener un liquide, en général de l'eau portée à une température très différente de cel- le de l'ensemble verre contenant-fluide contenu pour réchauffer ou refroidir ledit ensemble, en contact permanent avec la paroi exté- rieure de la bouteille, caractérisé en ce que l'on provoque un écou- lement d'eau au-dessus de la bouteille, de manière à former un film d'eau qui enveloppe totalement la bouteille et en ce que l'on règle le débit et la pression de cet écoulement de sorte à maintenir en permanence ledit film cohérent tout autour de la bouteille. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on délivre l'écoulement d'eau sous la forme d'une veine de section annulaire. ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on délivre l'écoulement d'eau sous la forme d'une veine annu- laire conique convergente vers le bas, en direction de la bouteille. 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'on délivre l'écoulement d'eau sous basse pression, cette pression restant faible pour maintenir la veine li- quide en régime lamellaire mais suffisante pour éviter que la ten- sion superficielle ne brise cette veine. 50) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on récupère l'eau après usage et en ce qu'on la recycle, après un éventuel réchauffage ou refroidissement. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que l'on délivre l'écoulement d'eau avec un très grand débit et avec une pression faible obtenue depuis une ré- serve d'eau de hauteur comprise entre 10 et 30 centimètres, et de préférence comprise entre 15 et 20 centimètres. 7 ) Installation pour modifier soudainement, soit pour élever, soit pour abaisser -et éventuellement pour maintenir en de- dehors de la normale la température d'un fluide liquide ou pateux remplissant une bouteille de verre, ladite bouteille étant herméti- quement fermée, ladite installation comprenant des moyens de mise en contact d'un liquide réchauffeur ou refroidisseur et de la paroi ex térieure de la bouteille, caractérisée en ce qu'elle comprend, dis- posée au-dessus de la bouteille, une buse qui délivre un courant d'eau distribué sous la forme d'une veine de section annulaire, et en ce que la buse est associée à des moyens de réglage du débit et de la pression de ce courant, de manière qu'il forme autour de la bouteille un film qui l'enveloppe totalement de façon permanente et cohérente. ) Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la buse est disposée audessus de la bouteille de sorte que les axes de symétrie verticaux de l'une et de l'autre sont confondus. 9 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que la buse est formée d'une conduite à paroi tronconique convergente vers le bas et d'un noyau central coni- que de même angle au sommet que la conduite et espacé régulièrement de ladite conduite pour délimiter avec elle un couloir conique con- vergent pour l'écoulement de la veine d'eau, le noyau étant rendu solidaire de la conduite en des points aussi éloignés que possible de l'orifice de sortie pour ne pas perturber le régime de l'écoule- ment de l'eau. ) Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend une grille disposée au- dessous de la bouteille, grille sous laquelle l'eau est récupérée après usage et recyclée après un éventuel réchauffage ou refroidis- sement. 11 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que l'épaisseur de la veine à sa sortie de la buse est d'environ 2 millimètres. ) Installation selon l'une quelconque des revendications 9 à il caractérisée en ce que la position du noyau est réglable en hauteur relativement à la conduite extérieure de la buse, de manière à régler corrélativement l'épaisseur de la veine d'eau distribuée par ladite buse.