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La présente invention concerne une enceinte pour traitement
thermique ainsi qu'un procédé de traitement thermique comportant une
phase de refroidissement à l'aide de fluide cryogénique.
Dans les industries alimentaires et pharmaceutiques en
particulier, des charges de nombreux produits ou objets sont traitées
par cuisson et/ou stérilisation puis refroidissement.
Ce traitement comporte de façon générale une étape à chaud,
de stérilisation ou de cuisson SU$Vi d'un refroidissement. L'étape chaude
peut s'effectuer à la vapeur, ce qui est très satisfaisant en vitesse de
traitement et homogénéité des températures au sein des produits . Le
refroidissement est nécessaire à la manipulation ultérieure des objets
dans le cas de la stérilisation ou à la conservation des produits dans le
cas des produits alimentaires.
Le refroidissement pour des raisons économiques (rapidité) ou
des raisons de qualité des produits cuits ( dans le cas de produi-ts
alimentaires) doit être réalisé selon des profils de température dans le
temps précis et contraignants pour les industriels.
Les enceintes et les procédés proposés jusqu'à présent sont
incompatibles avec les impératifs industriels de rentabilité et les normes
vétérinaires de traitement de produits consommables.
Pour le refroidissement, trois techniques sont usuellement
mises en oeuvre.
Lai technique à l'air pulsé refroidi par échangeur indirect
demande un temps de traitement très long, la présence d'échangeurs à
ailettes au sein dé l'enceinte, et ces échangeurs sont difficiles à
nettoyer.
Par la technique de l'eau pulvérisée et du ruissellement d'eau,
le refroidissement de la charge n'est pas homogène. Une solution connue
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au manque d'homogénéité consiste à rendre la charge mobile durant le
traitement, par exemple par rotation.
La technique par immersion permet des refroidissements plus
homogènes, mais ce procédé est limité à des refroidissements en positif
de l'ordre de + 10C, et pour des temps de traitement de l'ordre de 2
heures .
De plus, l'immersion comme la pulvérisation d'eau glacée
nécessitent des stockages de conditionnement d'eau à + 1 ou 2 C,
comportant des groupes de froid, (encombrement et coût élev~s,
maintenance importante); elles sont incompatibles avec le refroidissement
des produits en vrac non emballés; et enfin elles nécessitent un
traitement de l'eau avant emploi pour obtenir un état bactéricide
(chloration par exemple), l'agent bactériologique convenable ayant
tendance à dégrader le matériel par attaque physico-chimique ( corrosion
inter-granulaire) .
La présente invention apporte une solution au manque
d'homogénéité en température tout en maintenant une cinétique de
refroidissement performante quelque soit la charge à refroidir, ( produit
en emballage étanche ou produit en vrac). De plus, la consigne de
température peut être négative.
Le procédé et les enceintes selon l'invention peuvent être mis
en oeuvre et utilisés dans les industries alimentaires, les industries
pharmaceutiques, en pharmacie hospitalière, dans les industries
chimiques, des plastiques et composites, pour le traitement thermique des
matériaux et dans l'industrie électronique.
La présente invention concerne une enceinte de traitement
thermique d'une charge comportant au moins une porte, des parois
internes délimitant un espace de traitement et des passages de
recirculation de gaz, des moyens de mise en circulation des gaz dans
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l'espace de traitement et lesdits passages, caractérisée en ce que lesdits
moyens de mise en circulation des gaz extraient les gaz dudit espace et
les envoient dans lesdits passages et en ce que l'enceinte est en outre
munie de moyens d'injection de fluide cryogénique et de moyens
d'évacuation de gaz.
Le traitement peut donc selon l'invention avoir lieu dans une
enceinte unique, si bien que l'ensemble du traitement, même quand
celui-ci comporte un phase finale de surgelation, peut être effectué sans
manipulation d'une enceinte dans une autre enceinte, et sans
manipulation ni mouvement de la charge dans l'enceinte ou le
refroiclissement est parfaitement homogène.
Les enceintes sont en général cylindriques et calorifugées,
utilisant la vapeur comme fluide de transfert thermique et destinés à
traiter des produits en cuisson, pasteurisation, stérilisation, ou tout
autre type de traitement thermique, suivi d'un refroidissement.
Dans un mode particulier de réalisation, des enceintes sont des
autoclaves, susceptibles de travailler sous pression.
La présente invention concerne également un procédé de
traitement dans un enceinte d'une charge de produits et/ou d'objets
comprenant une phase de refroidissement, caractérisé en ce que pour
effectuer la phase de re-froidissement, on fait circuler un flux de gaz
cryogénique à travers la charge, on injecte dans le flux de gaz sortant
de la charge un flulde cryogénique et on recircule le gaz refroidi pour
lui faire traverser de nouveau la charge dans le même sens.
La figure 1 représente une vue en coupe partielle selon A
d'une enceinte selon l'invention et la figure 2 en représente une vue en
coupe axiale selon B. La figure 3 représente la température en fonction
du temps pour différents agents de refroidissement.
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Comme cela apparaît sur les figures, l'enceinte 1 cylindrique à
parois calorifugées susceptible de supporter une surpression comporte
une porte 2. Une charge 3 de produits à traiter est disposée dans
l'espace de traitement 4 délimité par les parois 5, 5' de l'enceinte 1, les
cloisons 6,6', la porte 2 et le cône tronqué disposé à l'extrémité de
l'enceinte opposée à la porte 2. Les cloisons 6,6' et le cône 7 délimitent
des passages 9,9',9".
Un ventilateur 8 animé par un moteur situé à l'extérieur de
l'enceinte, est disposé sur l'axe de l'enceinte 1, à l'opposé de la
porte 2. Le ventilateur 8 est susceptible d'aspirer le flux de gaz hors de
l'espace de traitement 4 par le cône 7.
L'ouverture 10 du cône tronqué 7 est en regard du ventilateur
8.
La paroi de l'enceinte 1 est traversée à proximité du
ventilateur 8 par au moins une canalisation 11 d'amenée de fluide
cryogénique munie à l'intérieur de l'enceinte 1 d'une buse 12 de
pulvérisation dirigeant le fluide pulvérisé en direction des pales 13 du
ventilateur.
Trois buses sont prévues, comme cela apparaît à la figure 1 où
une canalisation 14 munie d'une soupape 15 permet de répartir le fluide
cryogénique provenant d'un réservoir non représenté dans trois buses,
mais une seule buse 12 est représentée en détail. Le nombre de buses
dépend de la capacité de l'autoclave.
Un orifice 16 d'évacuation de gaz est en outre prévu dans la
paroi 5 de l'enceinte. L'évacuation des gaz est contrôlée par une vanne
17.
La buse 12 peut être une buse de pulvérisation d'anhydride
carbonique ou d'azote liquide.
Le fonctionnement de l'enceinte ainsi décrite est le suivant.
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Lorsque le ventilateur 8 fonctionne, il fait circuler les gaz comme indiqué
sur les figures par les flèches. Le flux de gaz traverse la charge 3
placée dans l'espace de traitement en direction du ventilateur 8 qui
reflue vers l'espace 9". Duran-t ce passage à travers la charge, il se
rechauffe en donnant ses frigories. Le fluide cryogénique injecté par la
ou les buses sur les pâles est reflué avec le gaz rechauffé dans l'espace
9". Dans l'espace 9", le mélange de gaz et de l'apport en fluide
cryogénique recircule par les passages 9 et 9' vers l'extrémité opposée
de l'autoclave, et traverse la charge en direction du ventilateur.
Ainsi, le procédé selon l'invention peut interdire tout contact
entre le gaz et la charge pendant la recirculation.
La pression est régulée par la vanne 17 fermant l'orifice 16 cle
sortie de gaz. De façon avantageuse, l'orifice 16 est placé au plus près
de l'extrémité de la charge, et si possible après la charge du côté du
ventilateur.
Cette circulation de gaz est particulièrement avantageuse pour
l'homogénéité de la température du flu~. En effet, le ventilateur sert de
mélangeur "flux ou ambiance ventilée + apport" et refoule un gaz
homogène en température sur sa périphérie. Le fluide cryogénique et le
flux se mélangent ainsi parfaitement pendant leur passage dans l'espace
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9" et les passages 9 et 9' avant de passer à travers la charge.
De plus, la disposition de la buse dans l'espace de traitement
et non dans l'espace 9" présente un avantage car l'arbre de l'hélice est
protégé, puisque situé dans une zone non intéressée par la ventilation.
En ce qui concerne la n~ise en oeuvre du procéde selon
l'invention, en partant d'un réservoir de C02 par une tuyauterie
calorifugée jusqu'à une électrovanne munie de la ou des buses
d'injection .
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L'orientation de la buse et son positionnement dans l'autoclave,
de préférence à proximité du ventilateur, permettent lors de l'ouverture
de l'électrovanne une transformation totale du C02 liquide en phase
gazeuse en livrant le maximum de frigories.
Comme ]e montre la figure 2, la buse oriente le jet de C02
vers l'hélice "à réaction "de ventilation de l'autoclave de façon à
mélanger pratiquement instantanément l'apport de C02 avec l'ambiance
ventilée .
La pression régnant dans l'autoclave peut être régulée.
En variante, on peut utiliser de l'azote liquide.
Le procédé selon l'invention peut s 'adapter à de nombreux
types de traitements, aussi bien la cuisson et cle refroidissement de
denrées alimentaires emballées ou la stérilisation et le refroidissement
d'objets pour l'industrie pharmaceutique et le traitement de produits
sanguins en poches.
Ainsi, dans le cas des produits consommables, la température
doit baisser à partir d'une température de cuisson de l'ordre de 60 à
90C, en moins de deu~ heures, à une température de 10 C à coeur. Ce
profil peut être respecté avec du C02 par exemple, comme cela apparaît
sur la figure 3, de fason sûre (3 C atteint) et plus rapide qu'avec de
l'air pulsé (refroidi sur échangeur à ailettes par eau fraîche en
circulation) ou de l'eau glacée à 2 C pulvérisée.
On peut également combiner une première phase à l'eau ou l'air
et une phase subséquente selon l'invention.
Un avantage du procédé selon l'invention apparaît quand des
produits consommables emballés sous gaz sont cuits puis refroidis. En
effet, il est alors important que la pression reste relativement constante
durant l'ensemble du traitement dans l'enceinte, notamment pour l'aspect
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du produit. Le profil de pression est facilement contrôlable lorsque tout
le traitement est réalisé sous gaz froid ou même chaud puis froid.
Le procédé selon l'invention, en variante, comporte en outre
ou comme étape froide la surgelation des produits.
Par le procédé selon l'invention, et dans les autoclaves
décrits, il est possible de cuire et surgeler les produits dans une même
enceinte .
De plus, dans le cas de produits en vrac que l'on veut
stériliser, le C02 notamment a un effet bactériostatique avantageux par
rapport à l'eau ou l'air.
