Brevet FR2740993A1 — publié le 19970516

PRESSE ISOSTATIQUE POUR TRAITEMENT EN VRAC A HAUTE PRESSION NOTAMMENT DE PRODUITS ALIMENTAIRES LIQUIDES CHARGES DE PARTICULES La présente invention est relative à une presse isostatique pour le traitement à haute pression de produits liquides alimentaires, pharmaceutiques ou cosmétiques. L'invention concerne plus particulièrement le traitement en vrac de produits liquide chargés de particules. On sait qu'en soumettant un produit tel qu'un produit alimentaire à une pression comprise par exemple entre 2000 et 10000 bars pendant une durée de quelques minutes, il en résulte une stérilisation du produit, qui permet ainsi d'accroître de manière importante sa durée de conservation. La figure 1 est un schéma d'une presse utilisée pour la mise en oeuvre du procédé de stérilisation ci-dessus. Elle comprend essentiellement un cylindre 1, fermé hermétiquement par un fond inférieur 2 et un fond supérieur 3, et contenant en son intérieur un piston de révolution 4, muni d'un joint 4A, partageant l'intérieur du cylindre en une première chambre 5 et une seconde chambre 6. La première chambre 5 est alimentée en fluide de pressurisation, par exemple de l'eau, par une conduite 7 équipée d'une vanne 8. Une conduite 9 équipée d'une vanne 10 permet la vidange de la chambre. La seconde chambre est alimentée en produit à traiter, par exemple du jus de fruit, par une conduite 11 munie d'une vanne 12. Une conduite 13, équipée d'une vanne 14, permet l'évacuation du produit après son traitement à haute pression.30 Ce traitement consiste à soumettre le produit pendant quelques minutes (1 à 10 par exemple) à une pression comprise entre 2000 et 10.000 bars. Dans ce type de presse, les vannes 12 et 14, qui travaillent sur un liquide chargé, doivent assurer l'étanchéité de la chambre 6 lors des hautes pressions. La vanne 10 travaille sur l'eau, mais doit assurer de grands débits quand elle est ouverte pour diminuer les temps morts du cycle de stérilisation. On utilise, dans les applications actuelles des hautes pressions, des vannes à pointeau dont le siège est de faible diamètre, ce qui est bien adapté pour des gaz ou liquides non chargés, et en général des cycles lents. Ce faible diamètre des sièges de vannes, et le faible diamètre corrélatif des tuyauteries associées aux vannes, ont pour conséquence de limiter le débit des produits; la durée totale d'une opération de stérilisation est donc fortement allongée par les simples opérations de vidange et de remplissage du produit traité. Un premier but de l'invention est de réaliser une presse dans laquelle les opérations de remplissage et d'évacuation du produit traité sont beaucoup plus rapides,15 permettant ainsi à l'installation de traiter davantage de produit pendant la même durée. Lorsque du traitement de certain jus de fruit (jus d'orange par exemple), il arrive que des particules solides, tels que des morceaux de pulpe, fibres, etc..., viennent20 s'accumuler sur le siège de la vanne, compromettant ainsi son étanchéité. Un autre but de l'invention est de réaliser une presse dans laquelle le fort débit d'évacuation du produit traité assure un nettoyage du siège de la vanne.25 De la même façon, en fin d'utilisation de la presse, celle-ci doit être balayée par un fort débit de fluide de nettoyage. Un but de l'invention est de concevoir une presse dans laquelle un fluide de nettoyage peut être utilisé avec un grand débit pour que cette opération ait une durée faible et une plus grande efficacité avec des vitesses locales fortes. Un autre but de l'invention est de réaliser une presse dans laquelle le mécanisme de manoeuvre des vannes de remplissage et d'évacuation haute pression soit simplifié et35 de faible puissance. L'invention a pour objet une presse isostatique, notamment pour le traitement de produits alimentaires, pharmaceutiques ou cosmétiques, comprenant un cylindre fermé hermétiquement par un fond inférieur et un fond supérieur et contenant en son intérieur un piston de révolution partageant l'intérieur du cylindre en une première chambre et une seconde chambre, la première chambre étant munie d'une conduite d'alimentation en fluide de pressurisation obturable par une première vanne et d'une conduite de vidange obturable par une seconde vanne, la seconde chambre étant reliée à une conduite d' alimentation en produit à traiter obturable par une troisième vanne et à une conduite d'évacuation du produit traité obturable par une quatrième vanne, caractérisée en ce que le siège d'au moins l'une des première, troisième et quatrième vannes est constitué par une extrémité conique d'un alésage traversant l'un des fonds, ledit siège coopérant avec une surface ovoide d'un clapet disposé intérieurement audit cylindre. Dans un mode particulier de réalisation, l'alésage est pratiquée dans une pièce amovible vissée dans un passage fileté du fond. L'alésage est pratiqué à travers le fond qui est monté flottant sur le cylindre et coopère avec une maille pour le report des efforts exercés par le fluide sous pression dans le cylindre. L'étanchéité entre la pièce amovible ou le fond et le cylindre est assurée par un système de joints disposé dans un plan sensiblement confondu avec le plan o s'opère l'étanchéité entre le siège et le clapet.30 Un exemple de mise en oeuvre de l'invention est décrit maintenant en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est un schéma d'une presse pour le traitement de produits alimentaires, selon l'art antérieur, - la figure 2 est une vue partielle en coupe d'une presse selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe d'une presse selon une variante de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue agrandie de la partie B de la Fig.3. La Fig. 1 a déjà été commentée et on n'y reviendra pas. Les dispositions de l'invention sont décrites et expliquées en référence à la Fig.2. La portion de presse représentée dans la Fig.2 correspond au fond supérieur 3 et aux vannes 12 et 14. Le fond 3 est percé d'un alésage fileté recevant un corps cylindrique métallique 20. Le corps 20 est pourvu de deux alésages 21 et 21A communiquant avec des passages transversaux 22 et 22A.15 A l'intérieur de l'alésage 21 est disposée axialement une tige 24; la tige 24 porte à une première extrémité (côté chambre 6) un clapet 25, ayant une surface 26 pouvant venir en contact avec un siège constitué par une portion conique terminale 27 de l'alésage 21. La surface 26 est de20 préférence ovoïde. La surface 27 et l'ensemble tige-clapet 24-25 constituent une vanne fermant la chambre 6 sur le circuit de chargement. Cette vanne sera dénommée dans la suite vanne de chargement et désignée par le référence 24-25.25 L'alésage 21A comporte les mêmes éléments que l'alésage 21, désignés cette fois avec le suffixe A, constituant une vanne sur le circuit d'évacuation. Cette vanne sera dénommée dans la suite vanne d'évacuation et désignée par la référence 24A-25A.30 La manoeuvre des vannes s'effectue grâce à des vérins et 30A. Un exemple de réalisation du vérin 30 est décrit maintenant. Le vérin 30 comprend un piston 31 se déplaçant à l'intérieur d'un cylindre 32. Le piston 31 est fixé à la35 seconde extrémité de la tige 24. Le vérin, à double effet, est actionné par un fluide de travail pénétrant de part et d'autre du piston 31 par des conduits 34 et 35 respectivement. La pièce 20 qui comporte les deux sièges 27 et 27A est dissociable du fond 3 pour permettre son changement lors des opérations de maintenance. Le fonctionnement de la presse est le suivant: - les vannes de remplissage 24-25 et d'évacuation 24A- A sont successivement ouvertes par action des vérins 30 et A. - le remplissage de la chambre 6 en produit à traiter est effectué par le conduit 11, et le piston 4 est chassé vers le bas. - une fois le remplissage terminé, les vannes 24-25 et 24A-25A sont fermées. - la haute pression est mise sur le produit par action du piston 4 qui est poussé à sa partie supérieure par un fluide de compression injecté à travers la vanne 8. Les clapets 25 et 25A sont fortement appuyés sur leur siège 27 et 27A grâce à la pression régnant dans la chambre 6, la20 pression dans les alésages 21 et 21A étant la pression atmosphérique. - après traitement, la haute pression est supprimée dans la chambre 6 par décompression du fluide de compression grâce à l'ouverture de la vanne 10, et la vanne d'évacuation25 24A-25A est ouverte par manoeuvre du vérin 30A. On voit que les vérins 30 peuvent être de faible puissance puisqu'il n'ont à vaincre aucune haute pression, mais qu'ils ont simplement pour rôle de déplacer respectivement les ensembles tige-clapet 24-25 et 24A-25A.30 - le liquide traité de la chambre est évacué, par l'action du piston 4, à travers le conduit 22A. La grande section de passage d'une part entre le siège 27 et le clapet 25 et d'autre part entre le siège 27A et le clapet 25A, qui, par exemple, ne sont pas inférieures à 200 mm2, permettent un chargement et une évacuation rapides du liquide en traitement, ce qui entraîne une diminution notable de la durée du cycle de traitement du produit. Au passage entre le siège 27 et le clapet 25, le liquide traité tourbillonne, ce qui a pour effet d'entraîner les particules solides qui auraient pu se coller sur le siège ou sur le clapet. Cet auto-nettoyage garantit une bonne étanchéité dee la vanne, cycle après cycle. On rappelle que les sièges 27 et 27A sont réalisés dans une partie 20 du fond 3, qui est amovible. Cette partie A peut être changée lorsque l'on constate que le contact entre le clapet et son siège a tendance à se détériorer. Par ailleurs, la pièce 20 porte un système de joints 32 et 33 assurant l'étanchéité entre la chambre 6 et l'extérieur. Ces pièces peuvent également être remplacées lors de la dépose de la pièce 20. L'étanchéité entre le clapet 25 et son siège 27 (ou entre le clapet 25A et son siège 27A) se fait dans un plan horizontal représenté par la ligne 36 en traits tiretés. L'étanchéité entre le fond 20 et le corps cylindrique de la presse se fait selon un plan 37 qui correspond à l'élément de joint 32. Selon une caractéristique de l'invention, les plans 36 et 37 se situent à un même niveau. Le fait de placer les étanchéités sur un même plan permet de minimiser les contraintes despièces soumises à la pression. On notera que la vanne 8 qui doit permettre l'injection du fluide qui chasse le piston vers le haut pendant l'opération d'évacuation du liquide traité qui se fait à grande vitesse grâce aux dispositions de la présente invention peut être réalisée de la même manière que les vannes 24-25, 24A-25A, mais incorporée cette fois dans le30 fond inférieur 2. Les Fig.3 et 4 illustrent une variante de réalisation de la presse de l'invention. Les vannes 24-25 et 24A-25A disposées dans le fond supérieur 2 n'ont pas été représentées.35 La vanne d'injection de fluide (correspondant à la vanne 8 de la Fig.l) est disposée dans le fond inférieur 3 et comprend tous les éléments des vannes précédemment décrites, cette fois affectés du suffixe B. On distingue (Fig.4) l'alésage 21B, la tige 24B, le clapet 25B avec sa surface ovoïde 26B, le siège 27B et le vérin de commande 30B. Les fonds 2 et 3, qui ne possèdent pas de filetage, sont montés flottants comme des bouchons. L'effort exercé sur les fonds 2 et 3 par la haute pression qui règne à l'intérieur du cylindre 1 est reporté sur une maille métallique 38 qui entoure complètement le corps 1. La poussée des fonds 2 et 3 est transmise sur la maille 38 par une pièce intercalaire 39. Cette construction est particulièrement avantageuse car elle permet une meilleure tenue en fatigue de l'enceinte en transférant les efforts au niveau de la maille. La solution de l'invention permet de supprimer toute tuyauterie travaillant à haute pression pour le produit à traiter à l'extérieur de la presse, ce qui accroît la sûreté du fonctionnement. Les vannes autoclave sont manoeuvrées au moyen d'organes de faible puissance, dans l'exemple décrit par des vérins de très petit calibre, mais en variante par tout autre organe, manuel ou motorisé. La durée d'un cycle de traitement du produit est raccourcie de manière notable. L'efficacité du lavage réalisé en fin de fabrication par un fluide de lavage qui emprunte le même circuit que le produit à traiter est beaucoup plus efficace car il peut être effectué à grand débit donc avec de fortes vitesses locales. REVENDICATIONS 1/ Presse isostatique, notamment pour le traitement de produits alimentaires, pharmaceutiques ou cosmétiques, comprenant un cylindre (1) fermé hermétiquement par un fond inférieur (2) et un fond supérieur (3) et contenant en son intérieur un piston de révolution (4) partageant l'intérieur du cylindre en une première chambre (5) et une seconde chambre (6), la première chambre (5) étant munie d'une conduite (7) d'alimentation en fluide de pressurisation obturable par une première vanne (8) et d'une conduite de vidange (9) obturable par une seconde vanne (10), la seconde chambre (6) étant reliée à une conduite (22) d' alimentation en produit à traiter obturable par une troisième vanne et à une conduite d'évacuation (22A) du produit traité obturable par une quatrième vanne, caractérisée en ce que le siège d'au moins l'une des première (24B-25B), troisième (24-25) et quatrième (24A- 25A) vannes est constitué par une extrémité conique (27B, 27, 27A) d'un alésage (24B, 24, 24A) traversant l'un des fonds (2, 3), ledit siège coopérant avec une surface ovoide d'un clapet (25B, 25, 25A) disposé intérieurement audit cylindre. 2/ Presse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'alésage (24, 24A) est pratiquée dans une pièce (20) amovible vissée dans un passage fileté du fond (2, 3). 3/ Presse selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alésage (24B, 24, 24A) est pratiqué à travers le fond (2, 3) qui est monté flottant sur le cylindre et coopère avec une maille (38) pour le report des efforts exercés par le fluide sous pression dans le cylindre.30 4/ Presse selon la revendications 2, caractérisé en ce que l'étanchéité entre la pièce amovible (20) ou le fond (2, 3) et le cylindre (1) est assurée par un système de joints (32, 33) disposé dans un plan (37) sensiblement confondu avec le plan (36) o s'opère l'étanchéité entre le siège (27, 27A) et le clapet (25, 25A).