Brevet FR2616683A1 — publié le 19881223

La présente invention a pour objet un autoclave destiné à la stérilisation par un gaz ou un mélange de gaz et de vapeur et/ou à ruissellement d'eau, et plus particulièrement des per- fectionnements apportés aux autoclaves à axe horizontal de type connu. Lecycle de stérilisation dans de tels appareils met en application des lois de thermodynamique associant la température et la pression, aussi, lors de la phase de refroidissement, doit- on compenser la chute de pression de la vapeur contenue dans l'enceinte par l'injection d'un gaz de pression supérieure, généralement de l'air comprimé, afin de maintenir l'intérieur de l'enceinte à pression constante. Cette technique présente deux inconvénients majeurs vis à vis du cycle de stérilisation, au cours duquel la pression doit d'abord rester constante puis progressivement descendre à la pression atmosphérique au moment de l'ouverture de l'autoclave. Le premier inconvénient est di au fait que l'air comprimé est généralement prélevé s-ur un réseau de distribution à température ambiante, de l'ordre de 20 C environ. L'injection de ?0 cet air comprimé relativement froid par rapport à la vapeur (120 C environ) refroidit cette vapeur, faisant parallèlement baisser sa pression, en sorte que pour rétablir la pression voulue, il faut injecter davantage d'air comprimé. Le-second inconvénient est lié au fait que l'air comprimé nuit à l'homogénéité de la température à l'intérieur de l'autoclave, d'autant plus que cet air comprimé est relativement froid par rapport à la vapeur. Pour y remédier, on fait généralement appel à des moyens connus de brassage du mélange gaz- vapeur, le plus souvent des ventilateurs. Ces inconvénients ont une influence directe sur les produits en cours de stérilisation, en ce sens que l'homogénéité de la température dans la masse des récipients contenant les produits à stériliser, est difficilement réalisable même avec ces moyens de brassage énergique. Les expérimentations ont démontré qu'il était difficile, voire impossible, à la chaleur de traverser un bloc ou "pack" de récipients pleins empilés les uns sur les autres en quinconce dans des paniers, même avec des intercalaires plats en polypropylène de 2 ou 3 mm d'épaisseur. On constate que l'on chauffe d'abord le pourtour de ce bloc puis progressivement les récipients installés - 2 à l'intérieur, ce qui allonge le cycle de stérilisation et entraîne parallèlement une durée de chauffe plus longue des récipients extérieurs, avec pour conséquence une auamentation de la pression dans lesdits récipients extérieurs, Ces écarts de pression, conséquence directe des écarts de température, rendent la régulation de la pression dans l'autoclave très difficile à ajuster aux pressions existant dans chaque récipient de conservation. La régulation de la surpression est difficilement maîtrisable par l'injection du gaz ou air comprimé qui a un coefficient de dilatation considérable en un court laps de temps, puisqu'il passe de 20 C environ à plus de 100 C à l'intérieur dE l'autoclave. Or les surpressions ponctuelles sont particulièrement néfastes pour les nouveaux récipients de conservation en matièrE plastique semi-rigide scellés par thermo- soudage et sensibles à dE très faibles variations de pression. La seconde phase dite de refroidissement et de décom- ression progressive pose des problèmes délicats, en particulier celui du choc thermique, qui doit être évité dans le cas d'utilisation de récipients en verre. On pallie en général à cet inconvénient en usant d( procédés compensatoires par une première injection d'eau froide ( sur les récipients. Ces procédés sont cependant difficiles à mettre en oeuvre du fait que cette injection d'eau froide entraîne une condensation lente de la vapeur allongeant le temps du processus dE refroidissement. Par recyclage du mélange condensats-eau froide, on peui refroidir les récipients, mais l'instabilité en température de ce mélange entraîne le risque de chocs thermiques au niveau de, récipients, et une injection non circonscrite au bloc des récipients, mais généralisée à toute l'enceinte, a pou] conséquence une surconsommation d'eau froide. Par ailleurs, les dispositifs actuels de refroidissemen ne permettent pas de descendre en dessous de la température de l'eau du réseau de distribution, ce qui entraîne, dans le cas de produits de semiconservation, la nécessité de recourir à u: refroidissement ultérieur avant introduction dans la chaîne di froid. -3- L'autoclave objet de la présente invention, permet de pallier les inconvénients précités. L'autoclave selon l'invention est un autoclave de stérilisation à axe horizontal comportant comme tous les autoclaves une enceinte avec des moyens de fermeture- hermétiques et de sécurité, un dispositif de stockage des récipients de conservation, un moyen d'homogénéisation du gaz ou du mélange de gaz, au moins une arrivée de vapeur d'eau avec au moins un dispositif d'injection, au moins une arrivée de gaz ou d'air comprimé avec au moins un dispositif d'injection, au moins un dispositif d'arrosage, des moyens de purge et de vidange. L'autoclave selon l'invention se distingue des autoclaves à axe horizontal de type connu, par le fait que l'air comprimé introduit dans son enceinte est, préalablement à son injection, acheminé à travers une capacité de forme et de volume appropriés située dans ladite enceinte. Selon un mode de réalisation préféré de l'autoclave selon l'invention, la capacité en question est un serpentin dont le volume est en rapport avec le volume de l'enceinte, et qui se trouve placé longitudinalement contre la paroi de l'autoclave. L'air comprimé introduit dans la capacité pendant la phase de stérilisation subit une augmentation de température et de pression qui facilite considérablement la régulation de la pression à maintenir dans l'enceinte pendant ladite phase ainsi que le mélange vapeur-air comprimé chaud, améliorant par là même la répartition de la chaleur. La répartition de la chaleur peut être accélérée par la mise en oeuvre d'un ventilateur, qui en l'occurence peut avantageusement être un ventilateur de faible puissance, mis en fonctionnement pendant des durées relativement courtes. Pendant toute la phase de refroidissement, le gradient décroissant de température de l'air comprimé du serpentin suit parallèlement le gradient décroissant de la température ambiante à l'intérieur de l'autoclave. Une sonde de température et un pres- sostat peuvent gérer le débit d'air comprimé à injecter, qui refroidit très progressivement l'intérieur de l'enceinte. Il n'y a aucun effet de choc de température et de pression même au moment du passage délicat entre l'arrêt de la chauffe et le refroidissement. Pour éviter des pertes calorifiques par les condensats dans la phase de stérilisation, ceux-ci peuvent être réchauffés -4- par une injection directe de vapeur, ce qui évite un réchauffage par une source extérieure de chaleur et permet une grande souplesse d'utilisation dans le cas o l'on doit traiter des produits en vrac dans des paniers. L'autoclave selon l'invention comporte ainsi, de manière avantageuse, un dispositif de recyclage des condensats formés au cours de la phase de stérilisation, qui permet d'éviter le choc thermique sur les récipients en verre, en assurant le mélange desdits condensats avec de l'eau froide injectée. Le circuit d'arrosage peut ainsi être alimenté avantageusement par un circuit externe dépendant d'une pompe multifonctions qui assure ledit mélange des condensats avec l'eau froide injectée, et qui peut également jouer le rôle de pompe de recyclage, de surpresseur, de régulateur de débit du fluide liquide et permettre la vidange accélérée en fin d'opération. Cette disposition évite d'avoir recours à une vanne sur le circuit de recyclage qui se trouve à la même pression que celle qui règne dans l'enceinte. L'arrivée d'eau froide peut être contrôlée par une vanne progressive commandée à partir d'une sonde de température gérée par la programmation de l'autoclave, ce qui permet de réguler avec précision la descente en température du mélange d'eau de refroidissement suivant une consigne donnée, soit dégressive er continu, soit par paliers. Le refroidissement effectif des récipients de conservatior est accéléré par un arrosage réalisé par des rampes reproduisant la forme du périmètre défini par les paniers de stockage vu er plan afin de circonscrire chaque zone à refroidir avec un minimur de consommation d'eau et de gagner sur le temps global du cycle de stérilisation. Il en est de même pour l'alimentation en air comprimé contrôlé par un moyen de régulation assurant en permanence unE pression supérieure à la pression interne de l'autoclave, paI exemple + 1 bar. La fermeture de la purge lors du démarrage du cycle peut être avantageusement commandée par une sonde de température d'ambiance de l'enceinte, ce qui permet d'assurer un remplissagE total par de la vapeur sans qu'il y ait de trace d'air résiduel, I la différence des systèmes connus, et présente un avantage considérable car il rend possible la succession de cycles -5- rigoureusement identiques. La prise de la purge peut être positionnée au dessus du niveau des condensats afin de ne pas en perdre et de les maintenir en réserve pour leur recyclage. L'aménagement interne de l'enceinte peut avantageusement prévoir des moyens de stockage des récipients de conservation disposés dans des paniers réalisés en fil d'acier inoxydable manutention-nables sur des rails. Entre deux rangées de récipients, on pose avantageusement des intercalaires formés, par exemple d'une tôle perforée. On obtient ainsi une succession de canaux et passages qui ont pour but de distribuer la vapeur entre les rangées de récipients et d'accélérer la montée en température de ceux qui se trouvent stockés dans la zone centrale de chaque rangée, le ventilateur faisant circuler la vapeur dans toutes les rangées, assurant ainsi le réchauffage simultané de tous les récipients. Pour améliorer la diffusion de la vapeur, lesdits intercalaires sont de préférence réalisés en tôle d'acier inoxydable ou autres matériaux perforés par des évidements et dont les bords tombés par poinçonnage surélèvent les récipients de conservation. Ces intercalaires peuvent être également constitués d'une armature en fil d'acier inoxydable, comme les paniers. Ces intercalaires jouent un rôle important aussi bien dans la phase de montée en température que dans la phase de refroidissement et contribuent à une réduction du temps de cycle de stérilisation. Pour améliorer les performances dudit autoclave, on peut associer au circuit d'eau de recyclage et au circuit d'alimentation d'eau froide du réseau, un groupe frigorifique en dérivation sur ces circuits, ce qui permet un refroidissement très rapide de l'eau d'arrosage, les calories pouvant être récupérées par exemple pour chauffer de l'eau potable. La mise en oeuvre d'un tel groupe frigorifique offre la possibilité de raccourcir le cycle global de stérilisation par un refroidissement très rapide des récipients de conservation dès que leur température résiduelle le permet, et présente par ailleurs l'avantage important de réduire considérablement la consommation d'eau nécessaire pour mener à bien ce refroidissement, cette consommation étant de l'ordre de 10 fois inférieure à celle des autoclaves de type classique. - 6- Par ailleurs, les calories, perdues dans presque tous le autoclaves connus, sont ainsi récupérées pour chauffer de l'ea propre à la consommation. Ce circuit de récupération d'eau et d calories a un C.o.P. (Coefficient de performance) supérieur à 4. Dans les grandes installations industrielles o plusieur autoclaves sont en service, il est possible d'associer un group frigorifique par groupe de 2 autoclaves à condition de les fait fonctionner en cycle alterné. L'autoclave selon l'invention peut faire l'objet d certains perfectionnements sans pour autant sortir du cadre de] présente invention. On comprendra mieux le fonctionnement de l'autoclave objet de la présente invention, par la description qui va suivz et qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels: - La Figure 1 représente schématiquement une coul longitudinale de l'autoclave avec son alimentation en vapeur d'eE et air comprimé. - La Figure 2 représente schématiquement une coui longitudinale de l'autoclave avec son circuit de refroidissemer et d'arrosage. - La Figure 3 représente schématiquement une installatic o l'autoclave est associé à un groupe frigorifique. L'autoclave selon l'invention représenté sur la Figure comprend une enceinte (1) équipée d'une porte de chargement (ô étanche à la pression ou à la dépression des gaz contenus, d'i dispositif de manutention par rails de guidage (3) pour lE paniers contenant les récipients de conservation, une arrivée c vapeur (4) se prolongeant dans l'autoclave, une seconde arrivée c vapeur (5) en dérivation se prolongeant dans l'autoclave sous le niveau des condensats pour les réchauffer, une arrivée d'ai comprimé (6) alimentant un serpentin (7) placé longitudinalemer contre la paroi dudit autoclave, un ensemble moteur- ventilatei (9) pour brasser le mélange air-vapeur, une purge (10) avec soupape de sécurité pour chasser l'air ambiant remplacé par] vapeur. Les condensats (8) sont récupérés dans la partie basse c l'enveloppe cylindrique dudit autoclave. L'installation de refroidissement et de recyclage dE condensats est représentée sur la Figure 2 o l'autoclave (1) ave sa porte étanche (2), ses rails de manutention (3), est équipé dans sa partie inférieure, au point le plus bas, d'une sortie (1: - 7 - -2616683 pour les condensats (8), reliée à une pompe multifonction (13). Entre la sortie (11) et l'entrée dans la pompe multifonction (13) est intercalée une arrivée (12) d'eau froide (E). La sortie de la pompe multifonction (13) alimente des rampes (14) puis des arroseurs à jets circonscrits (15) au-dessus de chaque panier (16) contenant les récipients de conservation séparés par des intercalaires. La Figure 3 montre une installation avec un groupe frigorifique (F) et le circuit de l'autoclave (1) branché sur ce - groupe et l'arrivée (12) d'eau froide (E) du réseau relié à la sortie (11) des condensats et à la pompe multifonction (13) refoulant le mélange eau chaude-eau froide vers une vanne à 3 voies (EV3) qui, selon les consignes de la programmation, envoie ledit mélange, soit directement vers les rampes (14) et les arroseurs, soit par la conduite by-pass (18), soit dans l'évaporateur- refroidisseur (19) du groupe frigorifique (F) pour obtenir de l'eau plus froide. Le groupe frigorifique (F), de type connu, est constitué de l'évaporateur (19), du compresseur (20), d'un circuit scellé de gaz rare (22) et d'un condensateur (21) branché sur l'arrivée d'eau froide (E1) du réseau et en cours de fonctionnement, restitue de l'eau chaude consommable (E2). On va maintenant décrire, à titre indicatif et non limitatif, un mode de fonctionnement préféré de l'autoclave selon 1 'invention. Par la porte étanche ouverte, on introduit dans l'autoclave soit en vrac, soit dans les paniers de rangement, les récipients de conservation avec leurs intercalaires correctement orientés afin de canaliser les fluides gaz-vapeur et de rendre homogène la température de l'enceinte de stérilisation et afin que chaque récipient de conservation, quelle que soit sa position dans ladite enceinte, y subisse le même cycle thermique. Après fermeture de la porte étanche, on met le ventilateur en marche, puis on injecte la vapeur d'eau qui circule et se diffuse entre les paniers comme dans les autoclaves de type connu, et on ouvre la purge pour chasser l'air ambiant. La purge se fermera automatiquement par la consigne reçue par l'intermédiaire de la sonde de température ambiante de l'enceinte au moyen de la programmation entièrement automatique (par exemple par micro- processeur ou micro-ordinateur) qui surveille également la pression à l'intérieur de l'enceinte et, si nécessaire, commandera - 8 - l'ouverture de la vanne d'air comprimé pour donner une surpressio par apport d'air comprimé réchauffé par le serpentin. La phase de stérilisation étant atteinte, la phase d refroidissement s'effectue immédiatement en mettant en service 1 pompe multifonction puisant les condensats qui sont recyclés e éventuellement réchauffés au préalable par une injection d vapeur. Dans la phase finale de refroidissement, la programmatio commande l'ouverture progressive de la vanne d'eau froide qu entre dans la pompe multifonction installée hors de l'autoclave c l'eau froide est mélangée aux condensats. Le mélange est ensuit envoyé sous pression vers les rampes et les arroseurs à jet circonscrits sur chaque panier. Pour éviter une montée du niveau des condensats suite a ruissellement du mélange, un détecteur de niveau commande l'ou verture de la vidange. La vapeur d'eau se condense progressivement par la chut de température entraînant plus vite la chute de pression dar l'enceinte que dans les récipients de conservation. Pour éviter c déséquilibre, on remonte la pression de l'enceinte en injectant c l'air comprimé qui, en passant dans le serpentin, sort à ur température proche de celle de l'enceinte. La programmation gère en permanence les conditions c température et pression jusqu'à la décompression et refroi dissement total autorisant l'ouverture de la porte. Dans le cas o ledit autoclave est équipé d'un groul frigorifique tel que représenté par la Figure 3, pour accélérer J processus de refroidissement selon une programmation donnée,] mélange ne passe plus par la conduite bypass, mais entre dans l'évaporateur réserve de frigories qui abaisse considérablement la température de l'eau de refroidissement. Dans certains cas d'aliments comme par exemple des plai cuisinés, on pourra ainsi abaisser cette température jusqu'à cell qui règne dans les armoires frigorifiques, ce qui permet t passage direct de l'autoclave dans ladite armoire frigorifique. I condenseur dissipant la plupart des calories issues de tout] cycle global de stérilisation, est branché sur ce réseau c distribution et restitue de l'eau chaude consommable. L'adjonction d'un tel groupe frigorifique apporte une amélioration considérable dans l'exploitation de l'autoclave selc l'invention par des temps de stérilisation très inférieurs à ceux qui sont nécessaires avec les appareils connus. Par ailleurs, le raccordement d'un tel groupe frigorifique, par un jeu de vannes, permet le branchement de deux autoclaves susceptibles de fonctionner en cycle alterné. REVENDICATIONS 1) Autoclave pour la stérilisation par injection de vapeu: d'eau ou d'un autre gaz préalablement chauffé dans une enceint4 étanche (1) aménagée pour recevoir des récipients de conservation caractérisé en ce qu'il comporte, disposée dans ladite enceint, (1), une capacité (7) dans laquelle est introduit, préalablement son injection dans l'enceinte (1), l'air comprimé mis en oeuvr pour y maintenir la pression voulue, l'air comprimé étant admi dans ladite capacité (7) dès le début de la phase de stérilisation de manière que sa température s'égalise avec celle de l'enceint (1) tant au cours de la phase de stérilisation qu'au cours de 1 phase de refroidissement qui suit ladite phase de stérilisation. 2) Autoclave selon la revendication 1, caractérisé en c que la capacité disposée dans l'enceinte de stérilisation est u serpentin (7) placé contre la paroi de ladite enceinte, l'une de extrémités de ce serpentin étant reliée à l'arrivée d'air comprim (6), et l'autre extrémité à un dispositif permettant de contr6le l'injection dudit air comprimé dans ladite enceinte. 3) Autoclave selon la revendication 1 ou la revendicatic 2, caractérisé en ce qu'il comporte à sa partie supérieure un purge (10) permettant d'assurer, préalablement à la mise en oeuvr du processus de stérilisation, une élimination complète de l'ai atmosphérique présent dans ladite enceinte. 4) Autoclave selon l'une quelconque des revendications i 3, caractérisé en ce qu'il comporte, dans sa partie inférieure, a moins une rampe (5) équipée d'injecteurs et reliée à une arrivée d vapeur, permettant le réchauffement des condensats (8) formés a cours de la phase de stérilisation. ) Autoclave selon l'une quelconque des revendications 1 4, caractérisé en ce que son circuit de refroidissement comporte t dispositif permettant d'effectuer le mélange de l'eau froide et d l'eau de condensation préalablement à la mise en oeuvre d processus de refroidissement des récipients de conservation 2 moyen des arroseurs (15), le refroidissement desdits récipient étant commencé à l'aide de ce mélange avant d'être poursuivi l'eau froide. 6) Autoclave selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dispositif consiste en une pompe (13) à fonctions multiples qui assure également la régulation du débit du mélange, sa mise en pression avant acheminement vers les arroseurs (15) et la vidange accélérée de l'enceinte en fin d'opération. 7) Autoclave selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement forme avec l'enceinte un circuit fermé comportant une arrivée d'eau froide (12) extérieure à ladite enceinte. 8) Autoclave selon l'une quelconque des revendications 1 7, caractérisé en ce qu'il est associé à un groupe frigorifique permettant d'accélérer le processus de refroidissement des récipients de conservation au moyen d'une eau de temperature très basse, permettant le passage direct desdits récipients de l'autoclave dans une armoire frigorifique.