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PROCEDE ET APPAREIL POUR LA STERILISATION CONTINUE-DE BOITES, CONTENANT.DES -MATIERES ALIMENTAIRES ET SCEILEES AVEC-INTERVENTION D'UN
REFROIDISSEMENT.
La présente invention est relative à la technique de la stérili- sation de produits alimentaires contenus dans des récipients métalliques fer- més notamment dans des boîtes à conserves,
La stérilisation nécessaire à la préservation des produits ali- mentaires en conserve peut s'effectuer convenablement en faisant passer les boites scellées en une suite continue à travers une atmosphère confinée de vapeur d'eau ou de vapeur d'eau et d'un gaz non-condensable tel que l'air, chauffé à des températures comprises d'ordinaire entre 116 et 132 C (240 à 270 F) pendant un temps suffisant pour détruire la vie des bactérieso Lors- que le traitement de stérilisation est terminé, on enlève les boites de cette atmosphère et, puisque la chaleur de l'opération de stérilisation, si elle se prolonge au delà du temps nécessaire à la destruction de la vie des bactéries,
peut produire des variations indésirables de qualité des produits alimentaires conservés,il faut refroidir rapidement les boîtes traitées par la chaleur soit en les arrosant avec de l'eau soit en les plongeant dans un bain d'eau pour conserver leur arôme et l'aspect du produit stérilisée
Quand on scelle des boites contenant des matières alimentaires, il est rare qu'elles soient entièrement remplies de sorte qu'il reste entre le niveau du produit alimentaire enfermé et la paroi supérieure des boites un espace vide, qu'on dénomme d'ordinaire "espace supérieur" ou "espace de têts" des boites.
Dans la plupart des procédés de fermeture ou d'obturation des boîtes cet espace de tête contient non-seulement de la vapeur d'eau, mais également des quantités variables d'aira Par conséquent, la pression totale de gaz à l'intérieur de l'espace' supérieur d'une boite scellée est égale à la somme de la tension de vapeur du contenu liquide de la boite, de la pres- sion de l'air occlus et de la pression de tout ou tous autres gaz non-conden- sables qui peuvent avoir été occlus dans la boite au cours de l'opération
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de scellement, ou qui peuvent s'être dégagés du produit alimentaire au cours de l'opération de stérilisation.
La présente invention est relative particulièrement au traite- ment de boites ou de récipients qui ont été fermés dans des conditions qui enferment dans l'espace de tête ou supérieur des boites un certain nombre de gaz non-condensables en plus de la vapeur produite par le contenu liqui- de de la boite.
Quand on chauffe dans un but de stérilisation des boîtes scel- lées contenant des produits alimentaires, la pression totale à l'intérieur de la boîte augmente fortement et a tendance à ouvrir la boite. Suivant ses dimensions, la matière dont elle est faite et le procédé de fabrication, particulièrement le contour du couvercle de la boîte, chaque type de boîte possède une limite de résistance critique à la pression intérieure, commu- nément dénommée "pression d'expansion de la boîte", c'est-à-dire la pression interne causant une déformation caractérisée par l'expansion du couvercle :
cela veut dire que si la pression intérieure excède la pression extérieure qui agit sur la boite, de cette pression d'expansion, la boite se dilate au delà de sa limite d'élasticité et se déforme de façon permanente, le type de déformation se produisant le plus souvent ayant lieu aux bords de la boite sous la forme de "plis". Ces déformations permanentes ne nuisent pas seulement à l'aspect des boites, mais s'accompagnent fréquemment d'un affai- blissement des joints de la boite, de sorte que des fuites peuvent se produi- re à travers lesquelles des microorganismes peuvent pénétrer à l'intérieur de la boite et produire la détérioration du produit alimentaire enfermé.
C'est particulièrement dans des boîtes scellées dans des conditions produi- sant l'occlusion de gaz non-condensables en plus de la vapeur dans leurs es- paces de tête ou supérieur que, lors du chauffage à des températures habi- tuellement appliquées lors de la stérilisation, la pression intérieure tend à s'élever jusqu'à un point où elle peut endommager la structure de la boî- te. Pendant l'opération de stérilisation proprement dite, l'augmentation de pression intérieure de la boîte produite par l'augmentation de la tempéra- ture du contenu de la boite est largement contrebalancée par la pression de l'atmosphère de stérilisation confinée.
Cependant, quand on enlève brus- quement la boite de l'atmosphère de stérilisation à la fin du traitement de stérilisation comme c'est le cas dans des stérilisateurs du type conti- nu, la contre-pression protectrice de l'atmosphère de stérilisation est re- lâchée à un moment où le contenu des boîtes a atteint sa température la plus élevée et où la pression produite à l'intérieur de la boîte est maxima.
La pratique usuelle a par conséquent été de maintenir les boîtes sous pression après qu'elles quittent le stérilisateur, et dans ce but, on a combiné des stérilisateurs continus avec des refroidisseurs "fermés" dans lesquels on maintient une atmosphère d'air comprimé au dessus du li- quide de refroidissement. Bien que ce procédé soit-efficace pour protéger des boîtes contre la déformation,des refroidisseurs sous pression de ce genre sont nécessairement de construction lourde et augmentent le prix et la complexité de l'ensemble de l'appareillage de stérilisation.
En outre, ils peuvent causer des dégâts aux boîtes traitées d'une manière à rapprocher des dégâts causés.par une pression interne exagérée ; car toutes les boites ont une limite de résistance définie aux pressions extérieures, communément désignée comme "pression d'affaissement local des parois du corps de la boite" (panelling) qui dépend des dimensions, de la matière et du procédé de fabri- cation de la boite particulière ; c'est-à-dire que si la pression extérieure exercée sur la boîte dépasse la pression intérieure de la boîte de la valeur de la pression d'affaissement local, la boite peut s'affaisser ou bien sa paroi latérale peut s'aplatir, phénomène connu sous le nom de "panelling" (affaissement local), qui détériore l'aspect de la boite et est sujet à pro- duire des fuites.
Par conséquent, bien que la pression exercée sur le liqui- de de refroidissement d'un refroidisseur sous pression puisse convenir à pro- téger les boites contre l'expansion, à l'entrée du refroidisseur où les boi- tes pénètrent sous un état fortement chauffé, elle peut être exagérée à la fin de la période de refroidissement parce que les boites se refroidissent progressivement à mesure qu'elles se déplacent à travers le refroidisseur,
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ce qui fait tomber leur pression intérieure, et ce-,-Le pression intérieure peut éventuellement tomber à une valeur à laquelle les boîtes ne sont plus capables de résister à la pression du refroidisseur de sorte que l'affais- sement local se produit;
en outre, des pressions extérieures élevées, ap- pliquées aux boîtes, pendant que leur pression intérieure est basse, augmen- tent le danger d'infiltration d'eau de refroidissement contaminée à l'inté- rieur à travers de minimes fissures des joints de la boîte,,
Il a par conséquent fréquemment été nécessaire de diviser les refroidisseurs en deux sections consécutives, comprenant une première section dans laquelle on maintient une pression élevée sur le liquide de refroidis- sement pour protéger les boites contre l'expansion, lorsqu'elles sortent du stérilisateur à l'état fortement chauffé, et une seconde section dans laquel- le on effectue un refroidissement atmosphérique pour éviter l'affaissement local des boîtes au cours de la phase finale de leur trajet à travers le refroidisseur.
Ces constructions de "refroidisseurs divisés" augmentent da- vantage le prix et la complexité de l'appareillage de stérilisation continue et dans beaucoup de cas, rend l'emploi de ces appareils non économiques en pratique.
Un but de la présente invention est de créer un moyen sûr, sim- ple et bon marché de refroidir des boîtes chauffées contenant des matières alimentaires qui ont été scellées dans des conditions qui occasionnent l'ac- clusion de gaz non-condensables dans leurs espaces de tête ou supérieurs.
Un autre but est de supprimer-, dans des opérations continues de stérilisation de boîtes, les types habituels de refroidissement sous pres- sion ainsi que leurs appareillages compliqués et coûteux, sans exposer les boîtes au risque d'expansiono
Un autre but est encore de créer un procédé simple et efficace de manutention de boîtes scellées traversant un stérilisateur continu pour en effectuer le refroidissement, d'une manière qui les garantisse en même temps contre l'expansion et l'affaissement local, sans faire usage d'un appareillage coûteux de refroidissement sous pression divisée.'
En outre, un but de l'invention est de créer un appareil pour le traitement de boîtes scellées contenant des matières alimentaires, lors- qu'elles sortent du stérilisateur, de manière qu'on puisse les refroidir dans des refroidisseurs atmosphériques sans dangers d'expansion.
En outre, un but de l'invention est de créer un clapet de déchar- gement de boites, pour stérilisateurs continus, capable de réduire rapide- ment la pression intérieure de la boite de manière que les boîtes déchargées puissent être refroidies avec sécurité dans des refroidisseurs atmosphéri- ques.
Ces buts de la présente invention, ainsi que d'autres, apparaî- tront au cours de la description donnée ci-après des dessins annexés qui en représentent une construction préférée
La Figure 1 représente schématiquement les conditions de pression existant à l'intérieur d'une boîte scellée à la fin de la stérilisation;
La Figure 2 est un diagramme de courbe montrant les effets du procédé de refroidissement de l'invention sur les conditions de pression à l'intérieur de la boîte représentée sur la Figure 1;
La Figure 3 est une coupe transversale verticale à travers un appareillage combiné de stérilisation et de refroidissement du genre conti- nu muni d'un appareil de construction préférée au moyen duquel on peut ap- pliquer en pratique le procédé de l'inventiono
La présente invention part du fait connu que la pression totale existant dans l'espace de tête ou supérieure de boîtes scellées chauffées aux températures de stérilisation est notablement plus élevée que la tension de vapeur du contenu liquide de la boîte provenant de la présence, en plus de la vapeur d'eau, de gaz non-condensables, parmi eux de façon notable
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l'azote de l'air occlus au cours du scellement de la boîte et d'autres gaz, tels que de l'oxygène résiduel ou de l'anhydride ,carbonique,
pouvant s'ê- tre formés ou avoir été désorbés des produits alimentaires par l'action de la chaleur de l'opération de stérilisation. L'invention est basée sur la dé- couverte que si l'on applique un agent de refroidissement à la partie for- mant espace de tête d'une boite, chauffée à une température de stérilisation, la pression totale des gaz à l'intérieur de l'espace de tête tombe en quel- ques secondes environ au niveau de la pression de vapeur du contenu liquide des boites, et ne s'élèvera plus à nouveau à des valeurs nuisibles supé- rieures si dans la suite, on continue le refroidissement de la boîte de fa- çon ininterrompue.
Par conséquent, si on règle la température de l'atmos- phère stérilisante à un niveau qui maintient la pression de vapeur du con- tenu liquide des boites de façon sûre en dessous de la pression d'expansion des boîtes utilisées, une application brève d'un agent de refroidissement à la portion de l'espace de tête des boîtes chauffées au moment où elles quittent l'atmosphère de stérilisation, suffira à permettre le refroidis- sement ultérieur des boîtes dans des refroidisseurs atmosphériques sans les exposer au danger d'expansion, pourvu qu'il existe une continuité pra- tiquement ininterrompue entre l'application préliminaire décrite d'un agent de refroidissement à l'espace de tête des boîtes et l'opération de refroi- dissement atmosphérique.
Ainsi, le refroidissement sous pression, qu'il soit appliqué au moyen de refroidisseurs soumis à la pression,=entièrement ou d'une manière divisée, est rendu inutile et des boîtes traitées conformément à l'invention, ne sont pas seulement protégées contre l'expansion sans qu'il ne soit nécessaire de recourir à la dépense et à la complexité d'appareils de refroidissement sous pression, mais sont également garanties contre l'af- faissement local et la recontamination des contenus des boîtes par des mi- cro-organismes provenant du milieu de refroidissement, tels qu'ils peuvent être provoqués par une pression extérieure excessive exercée sur les boîtes dans les phases finales de l'opération de refroidissement.
On a trouvé que la diminution extraordinairement rapide et sub- stantielle de la pression totale dans l'espace de tête d'une boîte chauffée à une température de stérilisation par application d'un agent de refroidis- sement à sa partie formant espace de tête est due au fait qu'une condensa- tion extrêmement rapide d'une partie de la vapeur d'eau dans l'espace de tête est occasionnée, qui ne peut être compensée avec une vitesse égale à partir du contenu liquide de la boîte, en dépit de la température élevée qui y règne, en raison de la présence des gaz non-condensables mentionnés plus haut, parce que les pressions partielles exercées par ces gaz non-condensa- bles maintiennent la pression totale de l'espace de tête de la boîte pendant une courte période au-dessus de la pression de vapeur du contenu liquide de la boîte,
de sorte que l'ébullition du contenu liquide des boîtes, qui est la seule manière de rémplacement rapide des vapeurs condensées, ne peut se produire immédiatement et que le remplacement de la vapeur condensée dépend en premier lieu de l'opération beaucoup plus lente de l'évaporation. Par conséquent, la condensation de vapeur produite par application de l'agent de refroidissement à l'espace de tête d'une boîte chauffée a pour effet de faire tomber progressivement la pression totale de l'espace de tête environ au niveau de la tension de vapeur du contenu liquide des boîtes.
Ce n'est qu'après que la pression totale de l'espace de tête est tombée jusque et en dessous de ce niveau, que l'ébullition du contenu liquide des boîtes peut avoir lieu, mais dans les conditions existantes, il cesse parce qu'il fait monter à nouveau la pression totale de l'espace de tête dans la boîte jus- que ou légèrement au dessus de la tension de vapeur du contenu liquide des boîtes.
Il en résulte que la pression totale de l'espace de tête dans la boîte se règlera approximativement au niveau de la tension de vapeur du con- tenu liquide de la boîte, qui est inférieure à la pression d'expansion de la boîte, puisque la température de stérilisation a été réglée au début en rapport avec la résistance à longue durée des boîtes utilisées, comme on l'a dit plus haut;
et tant que le refroidissement de la boîte se poursuit sans interruption, la pression totale de l'espace de tête dans la bote ne s'é- lèvera pas de façon appréciable au dessus de ce niveau, mais tombera graduel- lement à mesure que la tension de vapeur du contenu liquide des boîtes diminue
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par le refroidissement progressif du contenu des boftes, Ainsi, dès que la pression de l'espace de tête d'une boîte a été réduite de la façon décri- te ci-dessus, on peut refroidir la boîte dans des conditions atmosphériques sans risquer de dégâts provenant de pressions intérieures excessives.'
En se référant aux dessins, la Figure 1 représente schématique- ment une boite métallique 5 de dimension 2 1/2, remplie de mais en grains entiers dans de la saumure jusqu'à un niveau laissant un espace de tête 6,
par exemple de 9,5 mm (3/8 pouces) mesurés à partir du sommet de la double soudure jusqu'à la surface du liquide, qui contient de la vapeur et un gaz condensable, ce dernier étant principalement de l'air. La pression d'expan- sion de la boite est d'environ 1,75 kgrs/cm2 (25 livres). En supposant que la boîte soit scellée à une température de 77 C (170 F), une pression de jauge d'environ 2,2 kgrs/cm2 (32 livres) se développe à l'intérieur de la boite quand on soumet la boite à une atmosphère de vapeur saturée à une tem- pérature de stérilisation de 127 C (260 F). Sur cette pression, environ 1,45 Kgrs (20,7 livres) provient de la vapeur d'eau tandis que le restant est dû au gaz non-condensable dans son espace de tête.
Quand on utilise de la vapeur d'eau comme milieu de chauffage comme on le dit plus haut, la pression de l'atmosphère de stérilisation est également d'environ 1,45 Kgrs (20,7 li- vres) de sorte que la différence entre les pressions exercées sur la boîte 5 à l'intérieur et à l'extérieur, n'est que de 0,75 kgrs (11,3 livres) et est bien inférieure à la pression d'expansion de la boîte. Par conséquent, la boîte est à l'abri de l'expansion pendant qu'elle se trouve dans l'at- mosphère stérilisante, mais si on la fait passer dans l'atmosphère exté- rieure, les parois du corps subissent presqu'instantanément l'affaissement local. Par conséquent, conformément à l'invention, on met la boite en con- tact avec de l'eau froide pendant quelques secondes quand on la retire de l'atmosphère de stérilisation.
Ceci provoque la condensation d'une partie de la vapeur d'eau contenue dans l'espace de tête de la boîte, qui ne peut être remplacée à vitesse égale par le liquide chauffé dans la boîte, à cause de la pression partielle appliquée sur ce liquide par les gaz non-condensa- bles présents qui maintiennent la pression totale pendant un temps limité au delà de la pression de vapeur du contenu liquide des boîtes et empêche ainsi l'ébullition.
La condensation s'effectuant ainsi à une vitesse plus grande que l'évaporation, la pression totale à l'intérieur de l'espace de tête tombe rapidement environ au niveau de la pression de vapeur des par- ties les plus chaudes du contenu liquide de la boîte qui, dans l'exemple actuel, est au maximum voisine de 1,45 kgrs/cm2 (20,7 livres) et est suf- fisamment inférieure à la pression d'expansion de la boite..
Sur la figure 2, on porte la pression totale de l'espace de tête de la boîte 5 en fonction du temps mesuré en secondes. Sur cette Fi- gure la ligne horizontale supérieure a indique la pression maximum dévelop- pée dans la boîte à la fin de l'opération de stérilisation, qui, comme on l'indique plus haut, est d'environ 2,2 kgrs/cm2 (32 livres) de jauge. La ligne descendante inférieure b représente la variation de la tension de va- peur de la partie la plus chaude du contenu liquide des boîtes au cours du refroidissement, qui commence à la température de stérilisation de 127 G (260 F) à laquelle cette tension de vapeur est d'environ 1,45 kgrs/cm2 (20,7 livres de jauge).
La ligne horizontale c au centre du diagramme re- présente la pression d'expansion de la boîte 5 qui est d'environ 1,7 Kgrs/ cm2 (25 livres). La courbe d dessinée en traits pleins représente la pres- sion totale de l'espace de tête et indique par la pente de son inclinaison vers le bas la façon dont la pression totale à l'intérieur de la boite bais- se à partir du moment où on applique le milieu de refroidissement représen- té par la ligne verticale pointillée e, en un peu plus de deux secondes, à peu près jusqu'au niveau b de la tension de vapeur du contenu liquide de la boîte, qui se trouve bien en dessous de la ligne c représentant la pression d'expansion de la boite;
et si on continue le refroidissement sans interrup- tion, on peut non seulement maintenir la pression totale dans l'espace de tête à ce niveau inférieur, mais elle diminue encore graduellement davanta- ge à mesure que le produit alimentaire dans la boîte commence à se refroidir.
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Par conséquent, quand on refroidit une boite conformément à l'invention, il n'est nécessaire de la protéger contre l'expansion que pen- dant une courte période s'étendant jusqu'à ce que la pente raide de la cour- be d descende en dessous de la ligne de flambage c, et on peut ensuite pour- suivre le refroidissement de façon sûre dans des conditions atmosphériques.
En pratique, on peut réaliser avantageusement cette protection en entourant la boite d'une atmosphère d'air comprimé pendant qu'on applique le traite- ment de refroidissement préliminaire. Cette atmosphère de protection d'air comprimé doit entourer la boîte au moment ou avant le moment où on applique le milieu de refroidissement préliminaire à la boîte, car l'application de ce milieu de refroidissement condensera rapidement l'atmosphère protectrice de vapeur d'eau existant antérieurement, produite dans le stérilisateur. Et cette atmosphère protectrice d'air comprimé sera automatiquement libérée à la fin du traitement de refroidissement préliminaire quand la boite pénètre dans le refroidisseur atmosphérique, comme on le représente par la ligne pointillée verticale ± sur la Figure 2.
La durée pendant laquelle l'application du milieu de refroidis- sement préliminaire doit s'effectuer pour réduire la pression totale de l'espace de tête dans les boîtes en dessous du point d'expansion, varie con- sidérablement suivant les dimensions des boites, les températures de stéri- lisation appliquées et la nature de la matière alimentée mise en conserve, mais est toujours très courte.
On trouve que dans des procédés de stérili- sation continue fonctionnant aux températures de stérilisations ordinaires comprises entre, disons 116 et 130 G (240 et 265 F), l'application d'un mi- lieu de refroidissement aux espaces de tête de boites de la plupart des di- mensions usuelles n'a pas besoin de dépasser 20 secondes, pour permettre un refroidissement ultérieur des boîtes dans des refroidisseurs atmosphériques sans les exposer aux risques d'expansion, et ne nécessite en dernière analyse que seulement environ 1/2 seconde. On trouve également que la température réelle du milieu de refroidissement n'est pas critique, et peut varier entre de larges limites sans influencer de façon appréciable les résultats obtenus.
Par exemple, on obtient la courbe d discutée plus haut sur la Figure 2 en utilisant de l'eau à une température d'environ 19,4 C (67 F) comme milieu de refroidissement préliminaire.
Comme résultat de la chute rapide de pression conformément à l'invention, telle qu'expliquée plus haut, on peut se dispenser de l'appa- reil de refroidissement compliqué et coûteux considéré auparavant comme une partie essentielle des stérilisateurs continus, et il suffit d'appliquer un milieu de refroidissement à l'espace de tête des boites pendant qu'elles traversent le clapet usuel de déchargement du stérilisateur.
Dans l'appareil combiné de stérilisation et de refroidissement représenté sur la Figure 3, on conduit des boîtes métalliques scellées con- tenant des matières alimentaires en une suite continue à travers un stérili- sateur A d'où on les fait passer au moyen d'un clapet de transfert B dans un refroidisseur atmosphérique C. Le stérilisateur A peut être du genre dé- crit dans la demande de brevet américain Serial n 698'413 déposée le 21 septembre 1946 pour un "procédé et appareil pour le traitement thermique de matières et produits alimentaires", à laquelle on renvoie pour une descrip- tion détaillée.
En résumé, il comprend une enveloppe ou un logement fermé 10 de forme cylindrique dont la face intérieure porte une nervure ou bride en hélice 11 de hauteur limitée et dont le pas est légèrement supérieur à la longueur axiale des boites à traiter. Un tambour rotatif 12 monté coa- xialement à l'intérieur du logement-10, est formé d'un certain nombre de roues 14 montées sur un arbre de commande commun 15, et portant sur leurs surfaces périphériques un certain nombre de cornières parallèles 16 s'éten- dant longitudinalement.
Ces cornières ont des branches courtes 17 dirigées radialement qui aboutissent jusqu'à proximité.étroite de la bride hélicoï- dale 11, et sont espacées circonférentiellement l'une de l'autre d'une dis- tance légèrement supérieure au diamètre des boîtes à traiter,
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Des moyens sont prévus pour établir et maintenir une atmosphère stérilisante à la température désirée à l'intérieur de l'enveloppe 10, telle qu'elle est indiquée par la conduite d'alimentation de vapeur 19 réglée par thermostat.
On introduit les boîtes scellées contenant des matières alimen- taires dans le stérilisateur A au moyen d'un mécanisme de clapet approprié (non représenté) qui les fait passer à un bout du logement 10 à intervalles de temps mesurés, entre les brides 17 du tambour 12 tournant continuellement.
Quand ce tambour tourne dans le sens du mouvement ascendant de la bride hé- licoïdale 11:- c'est-à-dire dans le sens des aiguilles d'une montre en re- gardant dans le sens de la Figure 3, - les boites entraînées entre les bri- des 17 pénètrent et sont graduellement déplacées en direction axiale par la nervure, de sorte qu'elles traversent le stérilisateur le long d'une trajec- toire hélicoïdale d'un bout à l'autre du logement 10, leur temps d'exposi- tion à l'atmosphère stérilisante étant déterminé par la vitesse de marche du tambour 12.
La durée pendant laquelle une boîte contenant des matières ali- mentaires doit être exposée à une atmosphère de stérilisation et la tempé- rature exacte de cette atmosphère sont fonction l'une de l'autre et dépen- dent de la nature du produit à stériliser et des dimensions des boîtes em- ployées des périodes d'exposition plus longues sont nécessaires à des tem- pératures de stérilisation plus basses, et des périodes d'exposition plus courtes suffisent quand on emploie des températures de stérilisation plus élevées. Conformément à l'invention, la température établie à l'intérieur du stérilisateur A doit être choisie de telle sorte que la tension de va- peur des contenus liquides des boîtes à cette température ne dépasse pas la pression d'expansion du type particulier de boîte utilisé.
Par exemple la boite 5 de dimension 2 1/2 discutée antérieurement, est capable de ré- sister à une différence de pression pouvant atteindre jusque 1,75 kgrs/cm2 (25 livres) de pression intérieure au dessus de la pression extérieure, avant qu'elle ne subisse l'expansion. En supposant que le composant liqui- de du produit alimentaire contenu dans la boîte soit de la saumure saline diluée, on peut chauffer cette saumure à une température d'environ 130 C (267 F) avant que sa tension de vapeur intérieure ne se rapproche de 1,75 kgrs/cm (25 livres) de jauge.
Par conséquent, la température établie dans le stérilisateur doit être inférieure à 130 C (267 F), cette limite étant supérieure à l'intervalle de températures habituellement appliqué à la sté- rilisation de produits alimentaires à l'intérieur de récipients scelléso
Au bout du trajet hélicoïdal de l'avancement de la boite à l'intérieur' du stérilisateur A, un mécanisme de roue en étoiles 25 montée de manière à tourner à l'intérieur du logement 10 du stérilisateur, 10, fait glisser les boites par une ouverture 26 de ce logement à portée d'un mécanisme de transfert B capable de transférer les boîtes du stérilisateur A dans le refroidisseur C avec une perte de pression minimum.
Dans la con- struction particulière représentée sur les dessins en annexe, ce mécanisme de clapet comprend une boite extérieure 30 de forme cylindrique qui commu- nique avec l'intérieur à la fois du stérilisateur A et du refroidisseur C et supporté de façon appropriée par les enveloppes extérieures de l'un et de l'autre, comme on le représente.
A l'intérieur de la boite cylindrique 30, un rotor 31 sous forme de roue à étoile est monté de façon rigide sur un arbre de commande horizontal 31, disposé de manière à tourner continuel- lement en sens inverse des aiguilles d'une montre, quand on regarde dans le sens de la Figure 3, et les pointes 33 de ce rotor en forme d'étoile sont construites de manière à former une suite sans fin de poches 34 capables chacune de recevoir et de contenir une boite de la dimension pour laquelle l'appareil de stérilisation décrit est construit.
Conformément à la présente invention, le mécanisme de clapet B comprend des moyens pour traiter les boîtes dans la courte période de temps pendant laquelle elles sont transférées .du stérilisateur A au refroidisseur C, de manière que le refroidisseur C puisse être maintenu à la pression at- mosphérique sans risquer d'expansion des boîtes.
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Pendant qu'une boîte est transférée par un des doigts du rotor en forme d'étoile 31 de l'intérieur du logement du stérilisateur 10 dans u- ne poche de ce rotor y faisant face 34, elle se trouve toujours sous la pression de l'atmosphère stérilisante maintenue à l'intérieur de la chambre 10, et même après qu'une poche s'est avancée en sens inverse des aiguilles d'une montre dans une mesure telle que l'enveloppe 30 du clapet de transfert B la sépare entièrement de la chambre de stérilisation 10, l'atmosphère de vapeur entraînée dans cette poche continue à protéger la boîte contre l'ex- pansion à l'intérieur de la poche.
Peu après qu'une poche 34 n'est plus en communication avec la chambre de stérilisation 10, elle rencontre une chambre 35 s'étendant le long de la périphérie du rotor en étoile 32 et formée d'une encoche ouverte extérieurement dans la paroi cylindrique 36 du logement du clapet 30. Le plafond de cette chambre peut être formé d'un couvercle détachable 37, et à l'intérieur de ce couvercle, se trouve l'orifice d'introduction d'une con- duite d'alimentation d'air comprimé 39 par lequel on introduit de l'air'sous pression dans la chambre 35 à partir d'une tubulure 40. Un tube 41 est pla- cé coaxialement à l'intérieur de la portion terminale de cette conduite d'alimentation d'air 39, et conduit de l'eau sous pression d'une tubulure 42 dans la chambre 35, et son extrémité peut être munie d'une tuyère de pulvérisation appropriée 43.
Le but principal de la chambre 35 est de rem- placer l'atmosphère instable de vapeur d'eau qui entoure les boîtes jusqu'à ce moment et qui a tendance à disparaître au contact du milieu de refroi- dissement, par une atmosphère protectrice d'air comprimé qui continue à a- gir au cours du traitement de refroidissement préliminaire tel que prévu conformément à l'invention.
Le but principal de la fine pulvérisation d'eau froide injectée dans la chambre 35 par la conduite 41 est par conséquent d'effectuer une condensation partielle de la vapeur dans les poches 34, et ainsi de faire place à l'introduction d'air comprimé par la conduite 39, et cette conduite d'introduction d'air doit être suffisamment large et la pres- sion sous laquelle l'air est introduit dans la chambre 35 à travers cette conduite doit être suffisamment élevée pour produire une introduction d'air aussi rapide que la condensation de la vapeur d'eau au contact du jet d'eau.
On trouve que quand la dimension de la conduite d'alimentation d'air 40 est de 2 pouces, ou plus, une pression d'air dans la tubulure d'alimentation 40 de 0,07 kgrs/cm2 (1 livre) en plus de la pression maintenue dans la cham- bre de stérilisation, 10, produit la substitution décrite de vapeur d'eau par de l'air d'une manière qui combine la sécurité et la vitesse. Après que la plus grande partie de l'atmosphère de protection de vapeur d'eau autour d'une boîte entraînée dans une poche 34 a été ainsi échangé contre une at- mosphère plus durable d'air comprimé, la poche et la boîte rencontrent une autre chambre 50 placée sur la périphérie du rotor en étoile 31.
Cette cham- bre a une longueur plus grande, suivant la circonférence de la roue en étoi- le 31, que la chambre 35, mais, de même que la chambre 35, elle est formée d'une encoche ouverte dirigée vers l'extérieur dans la paroi cylindrique 36 de la boîte à clapet 30, qui est recouverte d'un couvercle détachable 51.
A l'intérieur de ce couvercle, on place l'orifice 52 d'une conduite d'alimen- tation d'air 53 qui dirige l'air sous pression de la tubulure 40 mentionnée plus haut, dans la chambre 50 pour maintenir l'atmosphère protectrice d'air comprimé formée autour des boîtes dans la chambre 35. A l'intérieur de ce couvercle existe également l'orifice d'introduction 54 d'une conduite d'eau 55 qui introduit de l'eau de la tubulure 42 mentionnée antérieurement dans la chambre 50 et contre les segments des boîtes dirigés vers le haut pen- dant qu'ils traversent la chambre 50.
Pour assurer un écoulement rapide de l'eau de refroidissement et obtenir ainsi le maximum d'effet du refroidis- sement préliminaire des boîtes, tel que prévu suivant la présente invention, on doit introduire l'eau dans cette chambre sous une pression sensiblement supérieure à la pression maintenue à l'intérieur de la tubulure d'air com- primé 40. En pratique, on trouve qu'une pression d'eau de 0,7 kgrs/cm2 (10 livres) en excès sur la pression d'alimentation de l'air, convient à l'ap- plication de fagon effective de l'eau de refroidissement sur les boîtes qui passent.
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Pour protéger la chambre 50 contre des pressions exagérées, un orifice 58 dans le couvercle 51 donne accès à une conduite de détente 59 réglée par une vanne de détente à pression réglable -sa et à travers laquel- le un excès d'air et/ou d'eau peut s'échapper de la chambre 50 chaque fois que la pression à l'intérieur de cette chambre dépasse un niveau déterminé d'avance. On trouve que la pression à l'intérieur de la chambre 50 peut 30 tre maintenue à un niveau approprié en plagant une vanne de réglage conve- nable 53a dans la conduite d'alimentation d'air 53 et en réglant la vanne de détente 60 à environ 0,14 kgrs/cm2 (2 livres) au dessus de la pression de la tubulure d'alimentation d'air 40.
Par suite de la position des chambres 35 et 50 le long du sec- teur supérieur de la boite de clapet cylindrique 30, ce senties segments supérieurs des boites passant à travers ces chambres qui sont exposés en premier lieu au contact de l'eau de refroidissement provenant des orifices d'entrée des conduites 41 et 55. En outre, par suite de la position parti- culière de la chambre 50 quelque peu au delà de la crête du trajet de ro- tation des poches 34, il n'y a aucune chance que l'eau de refroidissement s'accumule dans le coin de la chambre 50 situé dans le sens des aiguilles d'une montre.
Ceci empêche de façon effective l'infiltration d'eau froide dans un sens opposé au sens dans lequel s'applique le procédé de l'inven- , tion, vers des poches contenant des boites 34, avant qu'elles n'entrent en communication avec la chambre 35, où cette eau peut provoquer une condensa- tion prématurée de l'atmosphère de vapeur d'eau entourant les boites.
La durée du temps pendant laquelle les boites placées dans le clapet de transfert sont soumises au traitement de refroidissement prélimi- naire décrit ci-dessus, dépend de la vitesse de marche du stérilisateur et de la distance entre le point auquel les boites sont mises la première fois en contact avec de l'eau et le point où les poches 34 se déplacent vis-à- vis de l'ouverture de décharge 65 de l'enveloppe du clapet 30, à son seg- ment gauche inférieur, par laquelle le clapet de transfert communique avec le refroidisseur C et par laquelle l'atmosphère d'air comprimé de la poche se détend immédiatement. Dans la construction particulière de l'invention représentée sur la Figure 3, cette distance a une longueur telle suivant la circonférence du rotor 31 qu'elle embrasse environ huit de ses poches.
Par conséquent, si le stérilisateur marche à une vitesse, disons de 100 boî- tes par minute, chacune met 4,8 secondes pour traverser le secteur de refroi- dissement préliminaire défini plus haut du clapet de transfert B et est par conséquent refroidie pendant un.temps d'environ 4,8 secondes, qui est bien suffisant pour réduire la pression totale de l'espace de tête d'une boite contenant des matières alimentaires, du type représenté sur la Figure 1, au niveau de la pression de vapeur des contenus liquides de la boîte.
Si la vitesse à laquelle le stérilisateur marche est d'environ 400 boites par mi- nute, cependant, le temps nécessaire au passage d'une boite à travers le secteur de refroidissement préliminaire du mécanisme de clapet B ne sera que de 1,2 secondes qui est encore bien suffisant dans la plupart des cas pour réduire la pression totale dans les boîtes à un niveau inférieur à leurs points d'expansion, et pour rendre ainsi inutile l'emploi d'un appa- reil de refroidissement sous pression.
Après que les boîtes entraînées dans les poches 34 du rotor 31 ont traversé le secteur de refroidissement préliminaire défini plus haut, et lorsque le rotor cité les fait passer devant l'ouverture mentionnée an- térieurement dans le segment inférieur gauche de l'enveloppe du clapet 30, elles tombent par cette ouverture dans le refroidisseur C.
Ce refroidisseur est de construction similaire à celle du stérilisateur A et comprend une cuve formée d'une enveloppe extérieure cylindrique 71 munie d'une nervure hélicoïdale 72 dirigée vers l'intérieur et à l'intérieur de laquelle est monté un tambour rotatif 73. Ce tambour est formé d'un certain nombre de roues 74 montées sur un axe de commande commun et d'un certain nombre de cornières 76 placées longitudinalement fixées de façon rigide aux roues avec leurs brides 77 placées radialement, espacées suivant la circonférence des roues, sur une distance un peu plus grande que le diamètre des boites à
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traiter.
Les boîtes qui tombent des poches 34 dans le rotor en forme d'é- toile 31 par l'ouverture 65 sont reçues dans les espaces formés entre les brides voisines des cornières 77 du tambour 73 qui tourne de façon continue dans le sens des aiguilles d'une montre, et transporte par conséquent les boites par le chemin le plus court dans le bain d'eau de refroidissement . maintenu dans la cuve 71, comme on l'indique par la ligne 80. Des moyens appropriés, tels qu'un autre mécanisme de roue en étoile (non représenté) peuvent être prévus pour enlever de façon certaine les boites des poches 34 et pour les empêcher de se réintroduire dans ces poches si elles rebon- dissent sur le tambour refroidisseur.
Entre les brides du tambour, les boi- tes sont alors transférées le long d'un trajet'en hélice déterminé par la nervure 72 à travers la cuve de refroidissement d'un bout à l'autre de la cuve cylindrique 71 d'où elles peuvent être déchargées de toute manière con- venable sur une ligne de convoyeur voisine pour être transportées auX sta- tions de traitement suivantes pour le séchage et l'étiquetage.
Par suite du refroidissement préliminaire appliqué en premier lieu aux espaces de tête des boites à l'intérieur du clapet B, il n'est pas nécessaire d'établir une pression supérieure à 1 atmosphère au dessus du liquide de refroidissement dans la cuve 71 pour protéger les boites contre des dégâts provenant de pressions intérieures excessives.
Il est à remarquer cependant, que l'endroit où les poches de clapet 34 se déplacent vis-và-vis de 1-'ouverture 65 et entrent de là en communication avec l'atmosphère exté- rieure, est situé au dessus du niveau du liquide refroidisseur, de sorte qu'il peut exister un court intervalle après que l'atmosphère protectrice d'air comprimé autour des boîtes préalablement refroidies a été détendue, jusqu'à ce que les boites soient entièrement immergées dans l'eau de re- froidissement ; de même, quand les boitestombent des poches 34 du clapet dans le tambour refroidisseur 73, elles sont soumises à une certaine agitation qui peut provoquer une évaporation du liquide à l'intérieur des boîtes quel- que peu plus rapide que celle qui se produirait sur une surface absolument tranquille.
Par conséquent, bien qu'une vitesse ainsi accrue d'évaporation demeure encore loin en dessous du point d'ébullition, il peut être recomman- dable de prévoir une conduite d'eau 81 à l'intérieur de la cuve 71 au dessus du niveau de l'eau de refroidissement, pour diriger un jet d'eau froide con- tre les boites au moment où elles tombent par l'ouverture 65 et sont entraî- nées par le tambour 73 vers et dans le bain d'eau, afin qu'il existe une con- tinuité ininterrompue de refroidissement depuis le moment ,où l'atmosphère protectrice d'air comprimé est séparée d'une boite jusqu'à ce que la boite soit effectivement plongée dans le bain de refroidissement.
On peut égale- ment prévoir des jets d'eau fonctionnant continuellement 82 le long du seg- ment supérieur de la cuve cylindrique 70 au dessus du niveau de l'eau 89 de manière qu'il n'existe aucune interruption dans le refroidissement des boî- tes lorsque ces boîtes traversent les segments supérieurs de leur trajec- toire hélicoïdale à travers le refroidisseur C.
Le procédé de l'invention, tel que décrit ci-dessus, rend inu- tile l'emploi de refroidisseurs sous pression en liaison avec des stérili- sateurs continus, et par conséquent permet une économie énorme dans le prix de l'installation et le prix de revient de l'opération ; bien que le pro- cédé ait été expliqué au moyen d'exemples particuliers, il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux données particulières décrites à ti- tre d'exemple, dont on peut s'écarter pour adapter l'invention à différentes conditions, sans s'écarter de l'esprit ni du domaine de l'invention.
De mê- me, l'invention n'est pas limitée au type de clapet de refroidissement pré- alable représenté et décrit ; versés dans le métier concevront aisément de nombreux autres genres d'appareils capables de traiter des boîtes chauf- fées de la façon exigée par l'invention pour rendre inutile le refroidisse- ment sous pression.