EP0069005B1 - Installation de lyophilisation à double série d'étagères - Google Patents
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- F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
- F26B5/04—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum
- F26B5/06—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum the process involving freezing
Definitions
- the present invention relates to a product freeze-drying installation, of the type comprising an enclosure forming a single compartment inside which are mounted superimposed shelves provided with cooling and heating means and supporting trays containing said products (see for example the FR-A-1 415 793).
- lyophilization is a process for removing water from the structure of organic or mineral substances, in particular food products, pharmaceuticals, etc. and which essentially consists of a freezing operation then a sublimation operation under vacuum .
- the lyophilisation installations currently known comprise either (FR-A-2198611) two separate compartments: one dedicated to freezing, the other to sublimation, the latter being able to be put under vacuum, or, in the case of the installations of the aforementioned type, a single compartment in which the two freezing and sublimation operations are carried out and which can, for this second operation, be placed under vacuum.
- the present invention aims to overcome the above-mentioned drawbacks and for this purpose proposes a freeze-drying installation of the aforementioned type in which the shelves are formed of two distinct series: a first series maintained at a temperature below 0 ° C and a second series maintained at a temperature above 0 ° C, and which comprises a transfer device for passing the trays from the shelves of the first series to those of the second series, the enclosure being under vacuum.
- Each series of shelves thus remains at a constant or substantially constant temperature, for example - 40 ° C for the first series and + 40 ° C for the second series, which eliminates the loss of energy and time, the device for transfer, ensuring the movement of the trays, allowing the freezing and sublimation to be carried out successively.
- the shelves of one series are coplanar with the shelves of the other series and the aforementioned transfer device is provided for driving the trays by sliding them from one shelf to another. This gives a very simple configuration and very reliable operation of the installation.
- the aforementioned enclosure is provided, between the two series of shelves, with a set of retractable shutters forming a thermal barrier between said series.
- This set of retractable shutters stops the radiation and convection between the two series of shelves and thus ensures a better thermal efficiency of the installation, while allowing the free sliding of the trays.
- the installation essentially comprises an enclosure or tank 10 of generally parallelepipedal shape, capable of being placed under vacuum and closed, at its two opposite ends, by doors 11, 12 each provided with 'a window 11a, 12a allowing visual control of the products being processed.
- enclosure 10 Inside the enclosure 10 are mounted two series of superimposed shelves or plates 20 and 30 intended to receive bins B containing the products to be lyophilized, as well as a transfer device 40 for passing the bins B from the shelves from series 20 to those of series 30.
- the superimposed shelves 20a, 20b, 20c ... and 30a, 30b, 30c ... of the series 20 and 30 are provided with known cooling and heating means, constituted for example by coils (not shown), in which circulates a cooling fluid and a heating fluid respectively.
- the lines between these coils and the necessary sources of cooling and heating fluids (not shown) have been indicated at 21, 22 and 31, 32.
- the shelves 20a, 20b, 20c ... and 30a, 30b, 30c are further provided with lateral edges 23a, 23b, 23c and 33a, 33b, 33c ... allowing the guidance of the trays B during their translation.
- the temperatures of the cooling and heating fluids must be respectively lower and higher than 0 ° C so as to allow the freezing of the aqueous substances contained in the products to be lyophilized, then the sublimation, under vacuum, of these aqueous substances. These temperatures can be, for example, -40 ° C and + 40 ° C.
- each shelf 20a, 20b, 20c ... of the series of cold shelves 20 is coplanar with a shelf 30a, 30b, 30c ... of the series of hot shelves 30.
- the transfer device generally designated by 40, comprises a frame 41 movable in translation in one direction and in the other in the enclosure 10 and on which is articulated a pushing member of the tanks 42 and a mechanism 43 to drive said frame in translation.
- the frame 41 is formed of two identical lateral cheeks 410 provided with support rollers 411 which roll on horizontal rails 15 fixed on the internal walls of the enclosure 10 and pressure rollers 413 bearing on the side walls of said enclosure.
- the cheeks 410 are also provided with racks 415 for the translational drive of the frame 41.
- the pushing member of the trays 42 comprises a set of horizontal bars 420 fixed on two uprights 421 articulated, by means of links 422, on the frame 41.
- Each upright 421 is provided, at its lower part, with a roller 423 cooperating with a fixed ramp or cam 13 mounted on the enclosure.
- the profile of the ramp 13 is provided for controlling the positioning of the member 42 relative to the frame 41 so that the bars 420 occupy either a low position allowing the placing of the trays B on the shelves 20a, 20b, etc. .. ( Figure 2 and solid lines in Figure 5), or a high position so as to engage said bins B and drive them in translation, from the shelves of series 20 to those of series 30 (figure 4 and dashes of the figure 5).
- the ramp 13 is provided, for this purpose, in the vicinity of its left end (looking at Figure 2) with a sharply inclined portion 13a.
- the mechanism 43 for translational drive of the frame 41 comprises two shafts 430 mounted vertically and rotatably in the enclosure 10, each shaft 430 being provided with two series of grooves 431 intended to mesh with the racks 415 mounted on the two lateral cheeks 410 of said frame 41 (see FIG. 5).
- the rotation drive of each shaft 430 is provided by the same electric motor 432 located outside the enclosure, by means of a right angle gear 433, of a transmission of any known type, indicated at 434 provided for the two shafts 430 to rotate in synchronism and in opposite directions and with a pinion 435 keyed to the upper part of said shaft 430, which passes through the wall of the enclosure 10.
- a seal 436 ensuring vacuum sealing is provided for this purpose.
- rollers 16 and 17 In the enclosure 10, and integral with the latter, are mounted upper and lower guide rollers 16 and 17 respectively which ensure a rectilinear movement of the frame 41 by opposing the lateral thrust exerted on said frame at the racks.
- the rollers 16 are supported on the internal faces of the upper part of the cheeks 410 while the rollers 17 are supported on angles 414 fixed to the lower part of the cheeks 410.
- a set of retractable flaps 50 rotatably mounted on axes 51. These flaps 50 normally occupy, by virtue of a counterweight or a spring (not shown), a vertical position but take a horizontal position under the effect of a thrust exerted either by the trays when they pass from the shelves 20 towards the shelves 30, or by the bars during the movement in the opposite direction of the frame 41.
- the installation operates as follows: after bringing the shelves 20 to the predetermined negative temperature, the tanks B are placed in position, manually or automatically, on the said shelves in order to obtain the freezing of the products. Then, as soon as said freezing temperature is obtained, the chamber is placed under vacuum and sublimation is carried out by passing the tanks B from the cold plates 20 to the hot plates 30. For this, the engine 432 is started. which, by means of the shafts 430, drives in translation, from left to right while looking at FIGS. 2 and 4, the frame 41. The pushing member of the trays 42 then passes into the high position, so that each of the bars 420 comes into contact with a bin and drives the latter in translation as well as possibly those which precede it.
- Each flap 50 is erased as soon as it is struck by a container in order to return to its first vertical position only after the passage (s) of said container (s).
- the tanks are then in position on the shelves 30, the heating fluid is circulated until the completion of the sublimation phase.
- the containers and the products they contain can then be evacuated by the unloading door 12.
- the motor 432 By turning the motor 432 in the opposite direction, the frame 41 is brought back, from left to right, to its first position, the bars 420 erasing in passing the flaps 50.
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Description
- La présente invention concerne une installation de lyophilisation de produits, du type comportant une enceinte formant un compartiment unique à l'intérieur duquel sont montées des étagères superposées munies de moyens de refroidissement et de chauffage et supportant des bacs contenant lesdits produits (voir par exemple le FR-A-1 415 793).
- On sait que la lyophilisation est un procédé pour éliminer l'eau de la structure de substances organiques ou minérales, en particulier de produits alimentaires, pharmaceutiques, etc... et qui consiste essentiellement en une opération de congélation puis une opération de sublimation sous vide.
- Les installations de lyophilisation actuellement connues comportent soit (FR-A-2198611) deux compartiments séparés : l'un consacré à la congélation, l'autre à la sublimation, ce dernier pouvant être mis sous vide, soit, dans le cas des installations du type précité, un compartiment unique dans lequel on effectue successivement les deux opérations de congélation et de sublimation et pouvant, pour cette seconde opération, être mis sous vide.
- Ces dernières installations constituent une simplification évidente par rapport aux installations à deux enceintes en réduisant l'encombrement et les manipulations, mais n'en présentent pas moins de sérieux inconvénients : les étagères doivent être alternativement refroidies et réchauffées pour obtenir la congélation et la sublimation. Il en résulte une perte d'énergie importante ainsi qu'une perte de temps non négligeable puisqu'il faut attendre que l'inversion de température se soit opérée dans les étagères.
- La présente invention a pour but de pallier les inconvénients sus-mentionnés et propose à cet effet une installation de lyophilisation du type précité dans laquelle les étagères sont formées de deux séries distinctes : une première série maintenue à une température inférieure à 0°C et une seconde série maintenue à une température supérieure à 0°C, et qui comporte un dispositif de transfert pour faire passer les bacs des étagères de la première série à celles de la seconde série, l'enceinte étant sous vide.
- Chaque série d'étagères reste ainsi à une température constante ou sensiblement constante, par exemple - 40 °C pour la première série et + 40 °C pour la seconde série, ce qui élimine les pertes d'énergie et de temps, le dispositif de transfert, en assurant le déplacement des bacs, permettant de réaliser successivement la congélation et la sublimation.
- Selon une autre caractéristique de l'invention, les étagères d'une série sont coplanaires aux étagères de l'autre série et le dispositif de transfert précité est prévu pour entraîner les bacs en les faisant glisser d'une étagère à l'autre. On obtient ainsi une configuration très simple et un fonctionnement très fiable de l'installation.
- Selon une autre caractéristique de l'invention, l'enceinte précitée est munie, entre les deux séries d'étagères, d'un ensemble de volets escamotables formant une barrière thermique entre lesdites séries.
- Cet ensemble de volets escamotables arrête le rayonnement et la convection entre les deux séries d'étagères et assure ainsi un meilleur rendement thermique de l'installation, tout en permettant le libre coulissement des bacs.
- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre.
- Dans les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif :
- la figure 1 représente, de façon schématique et en vue de dessus, une installation selon l'invention, la paroi supérieure de l'enceinte étant supposée enlevée ;
- la figure 2 est une coupe selon la ligne II/II de la figure 1 ;
- la figure 3 est une coupe selon la ligne III/III de la figure 2, avec arrachement partiel de la paroi de l'enceinte ;
- la figure 4 est une vue identique à la figure 2 mais montrant le dispositif de transfert en cours d'entraînement des bacs ;
- la figure 5 montre, à plus grande échelle, des détails de guidage et d'entraînement du dispositif de transfert.
- Selon le mode de réalisation représenté sur les dessins, l'installation comporte essentiellement une enceinte ou cuve 10 de forme générale parallélépipédique, susceptible d'être mise sous vide et fermée, à ses deux extrémités opposées, par des portes 11, 12 munies chacune d'un hublot 11a, 12a permettant le contrôle visuel des produits en cours de traitement. A l'intérieur de l'enceinte 10 sont montées deux séries d'étagères ou plaques superposées 20 et 30 destinées à recevoir des bacs B contenant les produits à lyophiliser, ainsi qu'un dispositif de transfert 40 pour faire passer les bacs B des étagères de la série 20 à celles de la série 30.
- Les étagères superposées 20a, 20b, 20c... et 30a, 30b, 30c... des séries 20 et 30 sont munies de moyens de refroidissement et de chauffage connus, constitués par exemple par des serpentins (non représentés), dans lesquels circule un fluide réfrigérant et un fluide réchauffant respectivement. On a indiqué en 21, 22 et 31, 32 les canalisations entre ces serpentins et les sources nécessaires de fluides réfrigérant et réchauffant (non représentées). Les étagères 20a, 20b, 20c... et 30a, 30b, 30c sont munies, en outre, de rebords latéraux 23a, 23b, 23c et 33a, 33b, 33c... permettant le guidage des bacs B pendant leur translation.
- Les températures des fluides réfrigérant et réchauffant doivent être respectivement inférieure et supérieure à 0 °C de façon à permettre la congélation des substances aqueuses contenues dans les produits à lyophiliser, puis la sublimation, sous vide, de ces substances aqueuses. Ces températures peuvent être par exemple de - 40 °C et + 40 °C.
- De plus, chaque étagère 20a, 20b, 20c... de la série d'étagères froides 20 est coplanaire à une étagère 30a, 30b, 30c... de la série d'étagères chaudes 30.
- Le dispositif de transfert, désigné d'une façon générale par 40, comporte un cadre 41 mobile en translation dans un sens et dans l'autre dans l'enceinte 10 et sur lequel est articulé un organe de poussée des bacs 42 et un mécanisme 43 pour entraîner ledit cadre en translation.
- Le cadre 41 est formé de deux joues latérales identiques 410 munies de galets de supportage 411 qui roulent sur des rails horizontaux 15 fixés sur les parois internes de l'enceinte 10 et de galets presseurs 413 en appui sur les parois latérales de ladite enceinte. Les joues 410 sont munies également de crémaillères 415 pour l'entraînement en translation du cadre 41.
- L'organe de poussée des bacs 42 comporte un ensemble de barrettes horizontales 420 fixées sur deux montants 421 articulés, par l'intermédiaire de biellettes 422, sur le cadre 41. Chaque montant 421 est muni, à sa partie inférieure, d'un galet 423 coopérant avec une rampe ou came fixe 13 montée sur l'enceinte. Le profil de la rampe 13 est prévu pour commander le positionnement de l'organe 42 par rapport au cadre 41 de façon que les barettes 420 occupent soit une position basse permettant la mise en place des bacs B sur les étagères 20a, 20b, etc... (figure 2 et traits pleins de la figure 5), soit une position haute de façon à engager lesdits bacs B et les entraîner en translation, des étagères de la série 20 vers celles de la série 30 (figure 4 et tirets de la figure 5). La rampe 13 est munie, à cet effet, au voisinage de son extrémité de gauche (en regardant la figure 2) d'une portion fortement inclinée 13a.
- Le mécanisme 43 d'entraînement en translation du cadre 41 comporte deux arbres 430 montés verticalement et rotativement dans l'enceinte 10, chaque arbre 430 étant muni de deux séries de cannelures 431 prévues pour engrener avec les crémaillères 415 montées sur les deux joues latérales 410 dudit cadre 41 (voir la figure 5). L'entraînement en rotation de chaque arbre 430 est assuré par un même moteur électrique 432 situé à l'extérieur de l'enceinte, par l'intermédiaire d'un renvoi à angle droit 433, d'une transmission de tout type connu, indiquée en 434 prévue pour que les deux arbres 430 tournent en synchronisme et en sens contraire et d'un pignon 435 claveté à la partie supérieure dudit arbre 430, lequel traverse la paroi de l'enceinte 10. Un joint 436 assurant l'étanchéité sous vide est prévu à cet effet.
- Dans l'enceinte 10, et solidaires de cette dernière, sont montés des galets de guidage supérieurs et inférieurs 16 et 17 respectivement qui assurent un déplacement rectiligne du cadre 41 en s'opposant à la poussée latérale exercée sur ledit cadre au niveau des crémaillères. Les galets 16 sont en appui sur les faces internes de la partie supérieure des joues 410 tandis que les galets 17 sont en appui sur des cornières 414 fixées à la partie inférieure des joues 410.
- Entre les deux séries d'étagères 20 et 30 est prévu un ensemble de volets escamotables 50 montés rotativement sur des axes 51. Ces volets 50 occupent normalement, grâce à un contrepoids ou à un ressort (non représenté), une position verticale mais prennent une position horizontale sous l'effet d'une poussée exercée soit par les bacs lorsque ceux-ci passent des étagères 20 vers les étagères 30, soit par les barrettes lors du mouvement en sens inverse du cadre 41.
- L'installation fonctionne de la façon suivante : après avoir amené les étagères 20 à la température négative prédéterminée, on met les bacs B en position, manuellement ou automatiquement, sur les dites étagères afin d'obtenir la congélation des produits. Puis, dès que ladite température de congélation est obtenue, on met l'enceinte sous vide et on procède à la sublimation en faisant passer les bacs B des plaques froides 20 vers les plaques chaudes 30. Pour cela, on met en marche le moteur 432 qui, par l'intermédiaire des arbres 430, entraîne en translation, de gauche à droite en regardant les figures 2 et 4, le cadre 41. L'organe de poussée des bacs 42 passe alors en position haute, de sorte que chacune des barettes 420 vient au contact d'un bac et entraîne ce dernier en translation ainsi qu'éventuellement ceux qui le précèdent. Chaque volet 50 s'efface dès qu'il est heurté par un bac pour ne reprendre sa position première verticale qu'après le passage du ou desdits bacs. Les bacs étant alors en position sur les étagères 30 on fait circuler le fluide réchauffant jusqu'à l'achèvement de la phase de sublimation. Les bacs et les produits qu'il contiennent peuvent être évacués ensuite par la porte de déchargement 12. En faisant tourner le moteur 432 en sens inverse, on ramène le cadre 41, de gauche à droite, à sa position première, les barrettes 420 effaçant au passage les volets 50.
- On pourrait apporter au mode de réalisation décrit et représenté de nombreuses variantes sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
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