Brevet FR2980366A1 — publié le 20130329

La présente invention entre dans le domaine de la de pasteurisation et de stérilisation en continu de produits, en particulier sous emballage clos souple ou rigide. La stérilisation et la pasteurisation ont pour but 5 d'augmenter la durée de conservation des aliments. Ces opérations nécessitent une élévation de température qui est généralement suivie d'une phase de refroidissement du produit. Au cours de ces opérations, l'élévation de température crée une augmentation de la pression à l'intérieur de 10 l'emballage. Il est alors nécessaire de compenser cette pression interne par une pression appliquée sur l'extérieur de l'emballage. Les procédés et dispositifs existants requièrent donc une enceinte maintenue intérieurement sous pression lors des 15 opérations de pasteurisation, de stérilisation et de refroidissement. Des dispositifs connus de pasteurisation et stérilisation en continu utilisent le principe de colonnes hydrostatiques, qui consiste à faire traverser les produits à stériliser ou à 20 pasteuriser depuis le haut vers le bas d'au moins deux colonnes remplies de fluide hydrostatique de chauffage et de refroidissement. La face supérieure de la colonne de fluide est ouverte à l'air libre, et par conséquent soumise à la pression atmosphérique. Au fur et à mesure de la descente du produit 25 dans la colonne, ce dernier subit une pression croissante appliquée par le fluide, compensant l'augmentation interne de pression due à l'élévation de température, et inversement. Une pression maximale est donc appliquée en partie basse de la colonne et peut varier proportionnellement à la hauteur de 30 liquide dans la colonne. Le produit est descendu donc à l'intérieur de la colonne de chauffage puis remonté à l'intérieur de la colonne de refroidissement. Plusieurs colonnes de chauffage comme de refroidissement peuvent être juxtaposées en fonction des 35 caractéristiques du produit, de son emballage, de sa température et de sa durée de stérilisation ou pasteurisation. De tels dispositifs nécessitent donc tout d'abord de moyens de chauffage du fluide hydrostatique présent au sein des colonnes de chauffage. Ces moyens consomment énormément d'énergie pour élever et conserver le fluide à la température de chauffe, tandis que les produits captent ces calories pour les acheminer vers la colonne de refroidissement où elles seront diffusées. A ce titre, la diffusion de ces calories au sein des colonnes de refroidissement nécessite un apport constant en frigorie. Cet apport est généralement réalisé par une mise en circulation d'eau froide, nécessitant une installation moins complexe et moins coûteuse qu'un autre type de refroidissement, augmentant encore la consommation en énergie électrique. Cette dernière caractéristique constitue un inconvénient supplémentaire non négligeable. En effet, l'eau est une ressource qui n'est pas inépuisable, difficile et coûteuse à retraiter et est devenue de ce fait aussi coûteuse que l'énergie électrique. De plus, le pouvoir frigorifique d'une circulation d'eau 20 froide est limité, nécessitant la multiplication des colonnes pour assurer le bon refroidissement du produit après stérilisation, augmentant encore la consommation d'eau. Enfin, dans certaines zones d'implantation, l'eau est une ressource précieuse et vitale, qui ne doit pas être gaspillée. 25 La présente invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique, en proposant un dispositif de colonnes hydrostatiques de stérilisation ou pasteurisation en continu de produits agroalimentaires, s'affranchissant d'un apport régulier en liquide de 30 refroidissement. Pour ce faire, un tel dispositif prévoit de compenser l'apport en calories des produits au sein de la colonne de refroidissement au travers d'un système d'échangeur thermique, notamment de type pompe à chaleur. Dès lors, il est possible de 35 refroidir à moindre coût, en circulation fermée, le fluide de la colonne de refroidissement, en récupérant ces calories qui peuvent être réutilisée, notamment en vue du chauffage de la colonne de chauffage. Ainsi, ledit dispositif comprend une enceinte constituée d'un compartiment de chauffage et d'un compartiment de 5 refroidissement reliés par un compartiment central intermédiaire, chaque compartiment se présentant sous la forme d'au moins une colonne hydrostatique réciproquement de chauffage et de refroidissement remplies de fluide de chauffage et de refroidissement, caractérisé par le fait qu'il comprend 10 des moyens d'échange thermique et des moyens de mise en circulation fermée du fluide de refroidissement de ladite colonne de refroidissement, lesdits moyens d'échange thermique comprenant un échangeur froid de captation des calories dudit fluide de refroidissement en vue de le refroidir. 15 En somme, les calories provenant de la colonne de refroidissement sont captées par la pompe à chaleur et renvoyées vers la colonne de chauffage. De plus, selon d'autres caractéristiques lesdits moyens d'échange thermique comprennent des moyens de mise en 20 circulation fermée dudit fluide de chauffage de la colonne de chauffage et un échangeur chaud de restitution desdites calories. Selon le mode préférentiel de réalisation, lesdits moyens d'échange thermique comprennent une pompe à chaleur servant 25 d'interface entre les échangeurs chaud et froid. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention, en référence à la figure annexée représentant une vue schématisée 30 en coupe longitudinale verticale d'un dispositif selon l'invention, ledit dispositif comprenant une colonne de chauffage et une colonne de refroidissement. La présente invention concerne un dispositif 1 de colonnes hydrostatique de stérilisation ou pasteurisation en continu de 35 produits agroalimentaires. Un tel dispositif 1 comprend une enceinte constituée d'un compartiment de chauffage 2 et d'un compartiment de refroidissement 3. Ceux-ci sont reliés par un compartiment central intermédiaire 4. Chaque compartiment 2 et 3 se présente sous la forme d'au moins une colonne hydrostatique, réciproquement de chauffage 20 et de refroidissement 30. Une colonne se présente sous la forme d'un siphon, à savoir qu'une paroi médiane 5 est disposée verticalement au sein de la colonne, la divisant en deux. Cette paroi médiane 5 est reliée en partie haute à la paroi supérieure de l'enceinte et est espacée par rapport à la paroi inférieur, formant ainsi un circuit au sein de la colonne. Les produits sont alors acheminés depuis une entrée 5 située en haut de la colonne d'un côté de la paroi vers le bas, subissant une pression croissante, puis du bas vers une sortie 6 située en haut de la colonne de l'autre côté de la paroi. Pour obtenir une pression suffisante par rapport à la température de stérilisation ou de pasteurisation, la hauteur 20 des installations serait de l'ordre de la dizaine de mètres et donc difficile à mettre en place. Par conséquent, plusieurs colonnes de chauffage 20 et de refroidissement 30 peuvent être juxtaposées, avec une pression croissante depuis l'extérieur vers l'intérieur de l'enceinte 25 jusqu'au compartiment intermédiaire 4. De plus, la température du liquide d'une colonne de chauffage peut difficilement varier depuis le haut vers le bas de la colonne et les produits nécessitent une phase de refroidissement sous pression. 30 Ainsi, dans le mode de réalisation représenté, le compartiment intermédiaire 4 est maintenu sous pression, afin de permettre au produit de passer sans dégradation vers la colonne de refroidissement 30, au sein de laquelle il subit une pression décroissante au fur et à mesure de sa remontée et de 35 son refroidissement. Le dispositif 1 comporte encore des moyens 7 d'acheminement des produits au travers des différents compartiments 2,3,4, depuis l'extrémité d'entrée 5 vers l'extrémité de sortie 6 de l'enceinte. De tels moyens 7 peuvent 5 se présenter sous la forme d'une chaîne de transport 70 sans fin, comportant des moyens de transports des produits, non représentés, sous la forme de nacelles, plateaux ou tout autre moyen approprié pour transporter les produits. Cette chaîne 70 est entraînée continuellement par des moyens d'entraînement, 10 non représentés. Ainsi, cette chaîne 70 traverse chacune des colonnes hydrostatiques 20 et 30 du compartiment de chauffage 2 et du compartiment de refroidissement 3, mais aussi le compartiment intermédiaire 4 en passant au-dessus de rouleaux de renvoi 71 15 adaptés. Par ailleurs, elle décrit un circuit de retour depuis l'extrémité de sortie 6 vers l'extrémité d'entrée 5, non représenté. De plus, chaque colonne 20 et 30 renferme respectivement un liquide de chauffage et un liquide de refroidissement. 20 On notera que les liquides de chauffage et de refroidissement sont amenés à leur température respective au travers de moyens adaptés de chauffage et de refroidissement, directement implantés au sein de l'enceinte, de leur colonne, ou bien par des moyens externes avec un approvisionnement vers 25 leur colonne. En particulier, le refroidissement s'effectue communément par un apport en eau froide, à température ambiante, qui permet de diminuer la température du produit en sortie de chauffage. Avantageusement, l'invention prévoit d'économiser l'eau et 30 aussi l'énergie nécessaire au refroidissement, en compensant l'apport en calories des produits chauds lors de leur passage au sein de la colonne de refroidissement 30. Pour ce faire, ledit dispositif 1 comprend des moyens 8 d'échange thermique et des moyens 9 de mise en circulation 35 fermée du fluide de refroidissement dans un sens depuis ladite colonne de refroidissement 30 vers lesdits moyens d'échange, et inversement en retour vers la colonne 30 dans l'autre sens. De plus, ces moyens d'échange thermique 8 comprennent au moins un échangeur thermique 80 de captation des calories dudit fluide de refroidissement en vue de le refroidir. Cet échangeur thermique « froid » 80 permet d'abaisser la température du fluide, avant de le réinjecter vers la colonne de refroidissement 30. En contrepartie, l'échangeur froid 80 récupère des calories. L'invention utilise donc cet apport de température en 10 vue de réchauffer le fluide de la colonne de chauffage 20. Pour ce faire, lesdits moyens d'échange thermique 8 comprennent un échangeur thermique « chaud » 81 permettant de chauffer le fluide de chauffage de la colonne 20 par restitution desdites calories. 15 On notera que l'apport en calorie du fluide de chauffage peut s'effectuer directement au sein de la colonne 20, ou bien par l'intermédiaire d'un circuit, équipé de moyens de mise en circulation 10 similaire aux moyens 9. Dès lors, il est possible de refroidir à moindre coût, en 20 circulation fermée, le fluide de la colonne de refroidissement 30, en récupérant ces calories qui peuvent être réutilisée, notamment en vue du chauffage de la colonne de chauffage 20. Selon le mode préférentiel de réalisation, lesdits moyens 25 d'échange thermique 8 se présentent sous la forme d'un cycle thermodynamique dit « frigorifique », de type pompe à chaleur 82. Cette dernière sert alors d'interface entre les échangeurs froid 80 et chaud 81, récupérant réciproquement les calories de 30 l'un pour les transmettre à l'autre. Pour ce faire, au sein de ladite pompe à chaleur 82, un fluide, de type gaz, est mis en circulation fermée. Il subit successivement une étape de mise sous pression, le comprimant et induisant son réchauffement à une température supérieure à 35 celle du fluide de chauffage, avant de traverser l'échangeur chaud 81. A ce moment, les calories ainsi produites sont transmises au fluide de chauffage. Puis, une étape de détente refroidit le gaz, à une température inférieur à celle du fluide de refroidissement, avant son passage au sein de l'échangeur froid 80, qui vient alors compenser ce différentiel de température en transférant ses calories audit gaz et en se refroidissant. Enfin, le gaz est renvoyé pour être comprimé, et ainsi de suite. Le dispositif 1 selon l'invention prévoit donc de récupérer les calories issues du refroidissement des produits chauds, pour le transférer au moins en partie vers le compartiment de chauffage 2. Dès lors, l'invention permet de diminuer considérablement l'énergie nécessaire pour le chauffage et le refroidissement, mais aussi de s'affranchir de tout apport régulier d'eau pour le refroidissement. De plus, il est alors possible de diminuer, voire de s'affranchir, de l'apport régulier en calorie pour le chauffage, notamment en supprimant l'apport en vapeur d'eau au sein du compartiment 2. La présente invention est précédemment décrite et appliquée pour des stérilisateurs ou pasteurisateurs en continu comprenant des colonnes hydrostatiques. De manière équivalente, les moyens d'échange thermique 8 pourront être montés sur des stérilisateurs ou pasteurisateurs constitués d'une enceinte fermée, accessible par des sans, dans le cadre d'un procédé discontinu, utilisant un fluide de chauffage ou de refroidissement, de type liquide comme de l'eau, mais aussi gazeux comme de la vapeur concernant le fluide de chauffage. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de stérilisation ou pasteurisation en continu de produits agroalimentaires, comprenant une enceinte constituée d'un compartiment de chauffage (2) et d'un compartiment de refroidissement (3) reliés par un compartiment central intermédiaire (4), chaque compartiment (2,3) se présentant sous la forme d'au moins une réciproquement de chauffage (20) et de remplies de fluide de chauffage et caractérisé par le fait qu'il comprend thermique (8) et des moyens (9) de mise du fluide de refroidissement de colonne hydrostatique refroidissement (30) de refroidissement, des moyens d'échange en circulation fermée ladite colonne de refroidissement (30), lesdits moyens d'échange thermique (8) 15 comprenant un échangeur froid (80) de captation des calories dudit fluide de refroidissement en vue de le refroidir. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'échange thermique (8) comprennent des moyens (10) de mise en circulation fermée dudit 20 fluide de chauffage de la colonne de chauffage (20) et un échangeur chaud (81) de restitution desdites calories. 3. Dispositif (1) selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'échange thermique (8) comprennent une pompe à chaleur (82) servant d'interface entre 25 les échangeurs chaud (81) et froid (80).