Brevet FR2635167A1 — publié le 19900209

"Appareil pour le traitement de produits à la vapeur" La présente invention concerne un appareil pour le traitement de produits à la vapeur. Cette invention concerne notamment un appareil de cuisson, de pasteurisation ou de stérilisation de produits alimentaires ou autres utilisant la vapeur d'eau, et fonctionnant sous pression ou sous vide partiel. Dans le domaine de la production industrielle ou dans les grandes cuisines, la cuisson de produits alimentaires (ne présentant pas de risque de dégazage pendant la cuisson) en vrac, ou en contenants ouverts ou hermétiquement clos, dans lesquels un vide poussé a été fait avant la fermeture, fait appel à des sources de vapeur d'eau extérieures à l'appareil de cuisson. Dans la majorité des cas, la vapeur d'eau est produite par des générateurs de vapeur autonomes sous pression ou sous vide, utilisant comme source d'énergie l'électricité, le gaz, le fioul ou d'autres combustibles. Cette solution est coûteuse, car elle nécessite d'une part une grande quantité d'énergie pour le fonctionnement de l'ensemble, en raison de la qualité insuffisante du transfert thermique, et d'autre part un investissement simultané dans deux types de matériels, à savoir les appareils de cuisson et les générateurs de vapeur, les enveloppes de tous ces matériels devant nécessairement résister à la pression positive ou négative. De plus, le recours à un générateur de vapeur extérieur à l'appareil de cuisson ne garantit pas toujours la fourniture de vapeur propre de qualité dite "alimentaire". Par ailleurs, l'utilisation d'un générateur de vapeur autonome fait supporter des contraintes particulières d'installation, en fonction des prescriptions de sécurité imposées pour ce genre de matériels, et variables selon le volume et la pression de timbre. La présente invention vise à éliminer l'ensemble des inconvénients précédents, et ses buts sont plus précisément les suivants 1. Supprimer tout générateur de vapeur extérieur, donc n'avoir qu'une seule et même enceinte pour la production et l'utilisation de la vapeur. 2. Diminuer ainsi les coûts d'investissement et d'exploitation. 3. Améliorer la qualité du transfert thermique et par conséquent réduire les temps de traitement, donc augmenter le rendement, le transfert thermique étant amélioré en fonction de la température de vaporisation de l'eau. 4. Disposer d'une vapeur propre ayant toutes les qualités requises pour la cuisson de produits alimentaires en vrac. 5. Maintenir les qualités organoleptiques des produits cuits en vrac ou blanchis, par création de vapeur sous vide donc à basse température. 6. Réaliser le cas échéant l'imprégnation d'arômes alimentaires ou de colorants sur des produits en vrac, en cours de cuisson, sans nécessité de faire appel à un autre appareil. 7. Echapper aux rigoureuses contraintes d'installation propres aux générateurs de chaleur. A cet effet, l'invention a pour objet un appareil pour le traitement de produits à la vapeur qui comprend, essentiellement, une enceinte isolée thermiquement et résistante à la pression et au vide, avec à l'intérieur de l'enceinte un volume utile prévu pour recevoir des produits à traiter, et un compartiment de production de vapeur prévu pour recevoir un liquide à vaporiser et équipé de moyens de chauffage de ce liquide, des moyens étant prévus en outre pour diffusera vapeur produite dans la partie utile de l'enceinte et pour faire circuler la vapeur dans cette partie, au contact des produits à traiter, ladite enceinte étant raccordée à des moyens de mise sous pression ou sous vide. Ainsi on réalise, à l'intérieur de la même enceinte, la production de la vapeur et l'utilisation de cette vapeur, ce qui supprime le générateur de vapeur extérieur et tous les inconvénients qui lui sont liés. L'eau remplissant le compartiment de production de vapeur peut être chauffe au moyen de thermoplongeurs électriques ou de tubes immergés compacts alimentés au gaz. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le compartiment de production de vapeur est situé dans la partie inférieure de l'enceinte, et il se trouve séparé de la partie utile de l'enceinte par une cloison étanche, notamment pour des raisons d'hygiène alimentaire. La communication entre le compartiment de production de vapeur et la partie utile de l'enceinte est assurée; avantageusement, par des tubes conformés en rampes pour constituer, eux-mêmes, les moyens de diffusion de la vapeur produite. Les moyens prévus pour faire circuler la vapeur dans la partie utile de l'encein W peuvent comprendre un ventilateur et des cloisons qui délimitent des conduits de guidage de la vapeur. L'appareil est ainsi pourvu d'un système de ventilation efficace, faisant circuler la vapeur sur les produits et assurant par conséquent l'homogénéité de la température dans toute la charge à traiter, cet avantage étant plus particulièrement appréciable dans le cas de dégagements gazeux ou de stérilisation. Les moyens de diffusion de la vapeur produite sont placés, de préférence, dans les conduits de guidage de cette vapeur, laquelle est par conséquent introduite dans une zone neutre vis-à-vis des produits traités. L'appareil complet comprend encore des équipements divers, situés à l'extérieur de l'enceinte. En particulier, une pompe à vide reliée à l'enceinte par une vanne est prévue pour créer un vide partiel (dépression) dans cette enceinte en début de cycle, et pour maintenir le vide partiel durant la phase de traitement thermique. La génération de vapeur dans le compartiment précité est ainsi effectuée sous vide, donc à une température inférieure à 100"C, I'utilisation d'une pompe à vide supprimant ici l'inconvénient du vide obtenu par condensation qui nécessite de porter à ébullition l'eau à la pression atmosphérique, donc à une température de 1000C. Cette utilisation d'une pompe à vide supprime aussi le risque d'une rupture du vide dans le cas de micro-fuites de l'enceinte, alors que le renouvellement du vide par condensation est de nature à perturber le cycle de traitement thermique.Par conséquent, les produits en cours de traitement ne risquent pas de subir des variations importantes de température ; ainsi ces produits ne sont pas "brutalisés". La même pompe à vide est utilisable pour effectuer l'imprégnation d'arômes ou de colorants, durant la phase de cuisson, les arômes ou colorants pouvant être chauffés avant ou après introduction dans l'enceinte. D'autres équipements consistent en un conduit d'introduction de liquide à vaporiser, aboutissant au compartiment de production de vapeur, et en un dispositif de contrôle du niveau de liquide dans ce compartiment. Le conduit d'introduction de liquide à vaporiser peut être aussi relié à un réservoir calorifugé extérieur à l'enceinte, permettant de transférer le liquide hors de l'enceinte et de le stocker ainsi séparément. Des moyens d'amenée d'un fluide cryogénique dans l'enceinte peuvent être encore ajoutés, pour l'exécution de cycles de traitement avec cuisson suivie d'un refroidissement des produits traités. L'injection de fluide cryogénique s'effectue après transfert de l'eau dans le réservoir extérieur (comme indiqué ci-dessus). Les équipements peuvent enfin comprendre des moyens pour l'évacuation des condensations et/ou pour la réinjection des condensations dans le compartiment de production de vapeur. La réintroduction éventuelle des condensations dans ce compartiment peut se faire par la pompe à vide ou par une pompe distincte. De toute façon, I'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques seront mises en évidence, à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cet appareil pour le traitement de produits à la vapeur Figure 1 est une vue en coupe verticale passant par l'axe d'un appareil conforme à la présente invention Figure 2 est une vue en coupe horizontale de cet appareil, suivant II-II de figure I Figure 3 en est une - vue en coupe transversale, suivant III-III de figure 1. L'appareil représenté au dessin comprend une enceinte 1 de forme générale cylindrique, et d'axe horizontal 2. La paroi 3 de l'enceinte 1 est isolée thermiquement, et résistante à la pression et au vide. I1 est préau au moins une porte d'accès 4, située dans l'exemple considéré à une extrémité de l'enceinte 1. Cette enceinte 1 comprend, à sa partie inférieure et dans sa région médiane, un compartiment de forme allongée 5, s'étendant parallérement à la direction de l'axe 2 de l'enceinte et réservé à la production de vapeur. Le compartiment 5 est fermé, notamment à sa partie supérieure, par une cloison 6 assurant une séparation étanche vis-à-vis de la partie utile de l'enceinte 1, qui reçoit les produits à traiter introduits par la porte d'accès 4 et disposés, par exemple, sur des clayettes ou des chariots indiqués très schématiquement en 7 à la figure 1. Des thermoplongeurs électriques 8, ou des tubes immergés compacts alimentés au gaz, sont installés dans le compartiment 5. En cours d'utilisation de l'appareil, les thermoplongeurs ou tubes 8 sont immergés dans une masse d'eau 9 remplissant le compartiment 5 ; le niveau d'eau 10 dans ce compartiment 5 est maintenu automatiquement, par un dispositif de contrôle 11 (voir figure 2), de façon à disposer d'un plan d'eau constant situé au-dessous de la cloison de separation 6 et nécessaire pour assurer une bonne vaporisation. A une extrémité de l'appareil, le compartiment 5 communique avec le restant de l'enceinte 1 par des tubes verticaux 12, constituant des rampes de diffusion de la vapeur disposées latéralement. Deux cloisons verticales 13, orientées longitudinalement et disposées symétriquement par rapport au plan médian de l'appareil, délimitent avec la paroi 3 de l'enceinte deux conduits latéraux de guidage 14 pour la vapeur. La vapeur produite est diffusée par les tubes 12 vers une extrémité des deux conduits de guidage 14. Un ventilateur 15, entraîné par un moteur électrique 16, est disposé suivant l'axe 2 de l'enceinte I à une extrémité de celle-ci. Les cloisons 13 sont prolongées jusqu'à une ouverture circulaire 17 entourant le ventilateur 15, de telle sorte que les conduits de guidage 14 partent de ce ventilateur 15. Ainsi, lorsque le ventilateur 15 est entraîné en rotation par le moteur 16, la vapeur diffusée par les tubes 12 est mise en circulation, dans les deux conduits de guidage 14 et dans.la partie utile de l'enceinte I recevant les produits à traiter, le trajet de la vapeur étant illustré par les flèches des figures I et 2. L'enceinte 1 est associée à un dispositif de mise sous vide par une pompe 18 (voir figure 1), prévu pour porter l'eau en ébullition dans le compartiment 5 à des températures inférieures à 100"C, par exemple à une température de 65"C qui représente une température de cuisson courante en immersion d'eau ou en douche. A une température d'ébullition de 650C il correspond une pression absolue de 250 mbar environ, soit un vide de - 763 mbar. La pompe 18 de mise sous vide, permettant d'atteindre par exemple un vide maximal de - 983 mbar (soit une pression absolue de 30 mbar), est reliée à l'enceinte I par l'intermédiaire d'une vanne 19. Cette pompe 18 est aussi raccordée au compartiment 5 de production de vapeur par un conduit 20 sur lequel est intercalée une vanne 21, pour la réinjection des condensations dans le compartiment 5. Une autre vanne 22 permet l'évacuation des condensations. Une vanne 23 est prévue pour la mise à la pression atmosphérique de l'enceinte 1. Une autre vanne 24 est placée sur un conduit 25 pénétrant à l'intérieur de l'enceinte et dirigeant un jet de fluide cryogénique vers le ventilateur 15. L'appareil comprend encore, comme le montre la figure 3, un dispositif d'introduction et de stockage d'eau, avec un conduit 26 aboutissant au compartiment 5, et une vanne 27 placée sur ce conduit 26 pour admettre de l'eau neuve. Le conduit 26 est encore raccordé, par l'intermédiaire d'une vanne 28, à un réservoir calorifugé 29 extérieur à l'enceinte 1. Une vanne 30 d'évacuation des condensations est en outre associée à ce conduit 26. Une armoire de régulation 31 (voir figure 1), à microprocesseur, est prévue pour piloter les différentes fonctions du procédé de cuisson ; cette armoire de régulation a pour rôle principal la prise en compte des paramètres de température en fonction de la tension de vapeur, le contrôle et l'asservissement des divers composants de l'iristallation. Pour l'utilisation de l'appareil, on introduit initialement de l'eau par le conduit 26 dans le compartiment 5 de production de vapeur, jusqu'à un niveau 10 prédéterminé. Il est à noter que la masse d'eau 9 peut être maintenue en permanence dans ce compartiment 5, ou ramenée et stockée à certains moments dans le réservoir extérieur 29. L'enceinte 1 est ensuite mise sous vide par action de la pompe à vide 18 et ouverture de la vanne 19, jusqu'à une valeur de vide partiel prédéterminée et programmée. La masse d'eau 9 remplissant le compartiment 5 est chauffée par les thermoplongeurs ou tubes immergés compacts 8, jusqu'à vaporisation de l'eau, la température de vaporisation donc de cuisson étant préalablement déterminée en fonction de la valeur du vide programmée. La vapeur d'eau produite diffusée dans les deux conduits de guidage 14 par les tubes 12, est fortement brassée et mise en circulation forcée dans toute l'enceinte 1 par l'action du ventilateur 15, entraîné en rotation par le moteur 16. Les produits placés sur les clayettes ou chariots 7 sont alors traités, et notamment cuits, au contact du flux de vapeur mise en circulation. La valeur du vide programmée est maintenue par une action continue de la pompe à vide 28, au cours du traitement, plus particulièrement dans le cas d'un dégazage des produits traités. Au cours du traitement, plus particulièrement de la cuisson, les condensations sont stockées dans l'enceinte 1, ou évacuées par la pompe à vide 18. Les condensations sont éventuellement réintroduites dans l'enceinte 1 par cette même pompe à vide 18, en passant par le conduit 20 et la vanne 21 ouverte ; dans une variante non représentée, la réinjection des condensations dans l'enceinte 1 peut aussi être assurée par une pompe auxiliaire. En fin de cuisson, deux possibilités se présentent Selon une première possibilité, il n'est procédé à aucun refroidissement des produits traités. L'enceinte 1 est remise à la pression atmosphérique par ouverture de la vanne 23, et après ouverture de la porte d'accès 4, les produits sont extraits de l'enceinte 1. Selon une deuxième possibilité, la cuisson est suivie d'un refroidissement des produits à l'intérieur de l'enceinte 1. La masse d'eau 9 remplissant le compartiment 5 de production de vapeur est transférée dans le réservoir extérieur calorifugé 29. Le fluide cryogénique est amené dans l'enceinte 1 par le conduit 25, la vanne 24 étant ouverte. Ce fluide cryogénique, tel que gaz carbonique ou azote, avec ou sans pression, est soumis à une circulation intense dans l'enceinte 1 sous l'action du ventilateur 15, et il assure le refroidissement des produits tout en homogénéisant leur température, ceci dans le cas de produits en vrac ou en contenants ouverts. Dans le cas de produits en contenants hermétiquement clos, leur refroidissement peut être assuré au moyen d'eau du réseau, ou d'eau refrigérée pulvérisée. Après refroidissement des produits, L'enceinte 1 est remise à la pression atmosphérique par ouverture de la vanne 23, et l'ouverture de la porte 4 permet d'extraire les produits refroidis. Pour l'imprégnation d'arômes ou de colorants, L'appareil est utilisé d'une façon analogue à la cuisson de produits en vrac, c'est-à-dire qu'on vaporise sous vide, dans le compartiment 5 à l'intérieur de l'enceinte 1, une solution préparée dans le réservoir extérieur 29, rempli par une vanne 32. L'appareil étant utilisable notamment pour la cuisson de produits en vrac, il est indispensable d'effectuer, à des intervalles réguliers et déterminés, une stérilisation de l'enceinte 1, y compris du compartiment 5 de production de vapeur, et aussi du réservoir extérieur 29, ceci pour éviter toute prolifération bactérienne. Dans ce cas, la masse d'eau 9 contenue dans le compartiment 5 de production de vapeur est portée à une température de vaporisation de 1210C au minimum, afin d'assurer cette fonction de stérilisation sans mise sous vide préalable. Un programme spécifique est prévu, à cet effet, au niveau de l'armoire de régulation 31. L'appareil décrit ci-dessus est applicable à toutes industries alimentaires, à la pharmacie industrielle, au traitement thermique des matériaux et textiles, à la restauration collective, aux cuisines centrales, etc... Dans le domaine alimentaire les applications de l'appareil sont plus particulièrement les suivantes : cuisson en vrac ou en contenants ouverts ou hermétiquement clos - pasteurisation ou stérilisation - blanchiment de légumes et de fruits - décongélation - réchauffage ou remise en température avant consommation de produits froids. Dans l'industrie pharmaceutique, I'invention s'applique à la pasteurisation de dérivés sanguins, la coagulation, la stérilisation , etc... Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, I'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cet appareil pour le traitement de produits à la vapeur qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. En particulier, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention en modifiant la forme de l'enceinte, qui pourrait être aussi sphérique ou parallélépipédique, ou en augmentant le nombre de portes d'accès à cette enceinte, ou encore en modifiant ou adaptant les équipements extérieurs à ladite enceinte. REVENDICATIONS 1. Appareil pour le traitement de produits à la vapeur, notamment appareil de cuisson, de pasteurisation ou de stérilisation de produits alimentaires ou autres utilisant la vapeur d'eau, et fonctionnant sous pression ou sous vide partiel, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte (I) isolée thermiquement et résistante à la pression et au vide, avec à l'intérieur de l'enceinte (I) un volume utile prévu pour recevoir des produits à traiter (en 7), et un compartiment (5) de production de vapeur prévu pour recevoir un liquide à vaporiser (9) et équipé de moyens de chauffage (8) de ce liquide (9), des moyens (12 à 17) étant prévus en outre pour diffuser la vapeur produite dans la partie utile de l'enceinte (1) et pour faire circuler la vapeur dans cette partie, ladite enceinte (I) étant raccordée à des moyens de mise sous pression ou sous vide (18,19). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte (I) est de forme générale cylindrique et d'axe horizontal (2), et comporte au moins une porte d'accès (4) à une extrémité. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le compartiment (5) de production de vapeur est situé dans la partie inférieure de l'enceinte (1), et se trouve séparé de la partie utile de l'enceinte (1) par une cloison étanche (6). 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la communication entre le compartiment (5) de production de vapeur et la partie utile de l'enceinte (1) est assurée par des tubes (12) conformés en rampes pour constituer, eux-mêmes, les moyens de diffusion de la vapeur produite. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens prévus pour faire circuler la vapeur dans la partie utile de l'enceinte (1) comprennent un ventilateur (15,16) et des cloisons (13) qui délimitent des conduits de guidage (14) de la vapeur. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de diffusion (12) de la vapeur produite sont placés dans les conduits de guidage (14) de cette vapeur. 7. Appareil selon l'ensemble des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le compartiment (5) de production de vapeur, de forme allongée, s'étend parallèlement à la direction de l'axe horizontal (2) de l'enceinte (1), en ce que le compartiment (5) communique avec le restant de l'enceinte (1) par des tubes verticaux (12) constituant rampes de diffusion de la vapeur qui sont disposés à une-extrémité de l'enceinte (1), en ce que le ventilateur (15,16) est aussi disposé à une extrémité de l'enceinte (1), et en ce que les cloisons précitées (13) sont des cloisons orientées longitudinalement et délimitant des conduits latéraux (14) de guidage de la vapeur, les tubes (12) assurant la diffusion de la vapeur vers une extrémité des conduits de guidage (14). 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de chauffage du liquide à vaporiser (9), équipant le compartiment (5) de production de vapeur, sont des thermoplongeurs électriques ou des tubes immergés compacts alimentés au gaz (8). 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit (26) d'introduction de liquide à vaporiser (9), aboutissant au compartiment (5) de production de vapeur, et un dispositif de controle (11) du niveau de liquide (10) dans ce compartiment (5). 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le conduit (26) d'introduction de liquide à vaporiser (9) est aussi relié à un réservoir calorifugé (29) extérieur à l'enceinte (1), permettant de transférer le liquide (9) hors de l'enceinte (1). 11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'une pompe à vide (18) est reliée à l'enceinte (1) par une vanne (19), pour créer et maintenir un vide partiel dans cette enceinte (1). 12. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'amenée (24,25) d'un fluide cryogénique dans l'enceinte (1), pour un refroidissement des produits traités. 13. Appareil selon l'ensemble des revendications 5 et 12, caractérisé en ce que lesdits moyens d'amenée (24,25) sont prévus pour diriger un jet de fluide cryogénique vers le ventilateur (15,16). 14. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (20,21,22) pour l'évacuation et/ou la réinjection des condensations dans le compartiment (5) de production de vapeur. 15. Appareil selon l'ensemble des revendications il et 14 caractérisé en ce que les moyens (20,21) de réinjection des condensations sont raccordés à la pompe à vide (18). 16. Appareil selon l'une quelconque des revendications I à 15, caractérisé par son application à l'imprégnation d'arômes ou de colorants.