EP0341131A1 - Enceinte et procédé de traitement thermique comportant une phase de refroidissement - Google Patents

Enceinte et procédé de traitement thermique comportant une phase de refroidissement Download PDF

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EP0341131A1
EP0341131A1 EP89401182A EP89401182A EP0341131A1 EP 0341131 A1 EP0341131 A1 EP 0341131A1 EP 89401182 A EP89401182 A EP 89401182A EP 89401182 A EP89401182 A EP 89401182A EP 0341131 A1 EP0341131 A1 EP 0341131A1
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gases
cooling phase
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Claude Gibot
Jean-Pierre Peyremorte
Richard Sojka
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NOUVELLE DES ETABLISSSEMENTS J LAGARDE Ste
Carboxyque Francaise SA
NOUVELLE des Ets J LAGARDE STE
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NOUVELLE DES ETABLISSSEMENTS J LAGARDE Ste
Carboxyque Francaise SA
NOUVELLE des Ets J LAGARDE STE
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • F25D3/102—Stationary cabinets

Definitions

  • the present invention relates to an enclosure for heat treatment as well as to a heat treatment method comprising a cooling phase using cryogenic fluid.
  • loads of numerous products or objects are treated by cooking and / or sterilization then cooling.
  • This treatment generally includes a hot step, sterilization or cooking followed by cooling.
  • the hot stage can be carried out with steam, which is very satisfactory in terms of processing speed and temperature uniformity within the products. Cooling is necessary for the subsequent handling of the objects in the case of sterilization or preservation. products in the case of food products.
  • Cooling for economic reasons (speed) or for reasons of quality of the cooked products (in the case of food products) must be carried out according to temperature profiles over time which are precise and restrictive for manufacturers.
  • the immersion technique allows more homogeneous cooling, but this process is limited to positive cooling on the order of + 10 ° C, and for treatment times on the order of 2 hours.
  • both immersion and the spraying of chilled water require storage of water conditioning at + 1 or 2 ° C, including cold groups (size and high cost, significant maintenance); they are incompatible with the cooling of unpackaged bulk products; and finally they require treatment of the water before use to obtain a bactericidal state (chlorination for example), the suitable bacteriological agent tending to degrade the material by physico-chemical attack (inter-granular corrosion).
  • the present invention provides a solution to the lack of temperature uniformity while maintaining efficient cooling kinetics whatever the load to be cooled (product in sealed packaging or product in bulk).
  • the temperature setpoint can be negative.
  • the method and the enclosures according to the invention can be implemented and used in the food industries, the pharmaceutical industries, in hospital pharmacy, in the chemical, plastics and composites industries, for the heat treatment of materials and in industry electronic.
  • the present invention relates to a heat treatment chamber for a load comprising at least one door, internal walls delimiting a treatment space and gas recirculation passages, means for circulating the gases in the treatment space and said passages, characterized in that said means for circulating the gases extract the gases from said space and send them into said passages and in that the enclosure is further provided with means for injecting fluid cryogenic and gas evacuation means.
  • the treatment can therefore according to the invention take place in a single enclosure, so that all of the treatment, even when it comprises a final phase of deep-freezing, can be carried out without manipulation of one enclosure in another enclosure, and without handling or movement of the load in the enclosure where the cooling is perfectly homogeneous.
  • the enclosures are generally cylindrical and heat-insulated, using steam as the heat transfer fluid and intended to treat products in cooking, pasteurization, sterilization, or any other type of heat treatment, followed by cooling.
  • enclosures are autoclaves, capable of working under pressure.
  • the present invention also relates to a method of treatment in an enclosure of a load of products and / or objects comprising a cooling phase, characterized in that to carry out the cooling phase, a flow of cryogenic gas is circulated to through the charge, a cryogenic fluid is injected into the flow of gas leaving the charge and the cooled gas is recirculated to make it pass through the charge again in the same direction.
  • Figure 1 shows a partial sectional view along A of an enclosure according to the invention and Figure 2 shows an axial sectional view along B.
  • Figure 3 shows the temperature versus time for different coolants.
  • the cylindrical enclosure 1 with heat-insulated walls capable of withstanding an overpressure comprises a door 2 .
  • a load 3 of products to be treated is placed in the treatment space 4 delimited by the walls 5.5 ′ of the enclosure 1 , the partitions 6.6 ′ , the door 2 and the truncated cone disposed at the end of the enclosure opposite door 2 .
  • the partitions 6,6 ′ and the cone 7 delimit passages 9,9 ′, 9 ⁇ .
  • the fan 8 is capable of sucking the gas flow out of the treatment space 4 by the cone 7 .
  • the opening 10 of the truncated cone 7 is opposite the fan 8 .
  • the wall of the enclosure 1 is crossed near the fan 8 by at least one pipe 11 for supplying cryogenic fluid provided inside the enclosure 1 with a spray nozzle 12 directing the sprayed fluid towards the fan blades 13 .
  • FIG. 1 Three nozzles are provided, as shown in FIG. 1 where a pipe 14 provided with a valve 15 makes it possible to distribute the cryogenic fluid coming from a reservoir not shown in three nozzles, but only one nozzle 12 is shown in detail. The number of nozzles depends on the capacity of the autoclave.
  • a gas discharge orifice 16 is also provided in the wall 5 of the enclosure.
  • the evacuation of gases is controlled by a valve 17 .
  • the nozzle 12 can be a nozzle for spraying carbon dioxide or liquid nitrogen.
  • the fan 8 When the fan 8 is operating, it circulates the gases as indicated in the figures by the arrows. The gas flow passes through the load 3 placed in the treatment space in the direction of the fan 8 which flows back towards the space 9 ⁇ . During this passage through the charge, it heats up giving its frigories. The cryogenic fluid injected by the nozzle (s) on the blades is refluxed with the gas heated in the space 9 ⁇ . In space 9 ⁇ , the mixture of gas and the cryogenic fluid supply recirculates through passages 9 and 9 ′ towards the opposite end of the autoclave, and crosses the load in the direction of the fan.
  • the method according to the invention can prohibit any contact between the gas and the load during the recirculation.
  • the pressure is regulated by the valve 17 closing the orifice 16 for the gas outlet.
  • the orifice 16 is placed as close as possible to the end of the load, and if possible after the load on the side of the fan.
  • the fan serves as a "flow or ventilated atmosphere + intake” mixer and delivers a homogeneous gas in temperature on its periphery.
  • the cryogenic fluid and the flow thus mix perfectly during their passage through the space 9 ⁇ and the passages 9 and 9 ′ before passing through the charge.
  • the arrangement of the nozzle in the treatment space 4 and not in the space 9 ⁇ has an advantage because the propeller shaft is protected, since it is located in an area not interested in ventilation.
  • the orientation of the nozzle and its positioning in the autoclave, preferably near the fan allow when the solenoid valve opens a total transformation of the liquid CO2 into the gaseous phase by delivering the maximum of frigories.
  • the nozzle directs the jet of CO2 towards the "reaction" propeller for ventilating the autoclave so as to almost instantaneously mix the supply of CO2 with the ventilated atmosphere.
  • the pressure in the autoclave can be regulated.
  • liquid nitrogen can be used.
  • the method according to the invention can be adapted to many types of treatment, both cooking and cooling of packaged foodstuffs or the sterilization and cooling of objects for the pharmaceutical industry and the treatment of blood products in bags. .
  • the temperature must drop from a cooking temperature of the order of 60 ° to 90 ° C, in less than two hours, to a temperature of 10 ° C at its core.
  • This profile can be respected with CO2 for example, as it appears on figure 3, in a sure way (3 ° C reached) and faster than with forced air (cooled on finned exchanger by fresh water in circulation ) or sprayed 2 ° C ice water.
  • An advantage of the process according to the invention appears when consumable products packaged under gas are cooked and then cooled. Indeed, it is then important that the pressure remains relatively constant during the entire treatment in the enclosure, especially for the appearance of the product.
  • the pressure profile is easily controllable when all the treatment is carried out under cold gas or even hot then cold.
  • the method according to the invention also comprises, or as a cold step, the freezing of the products.
  • CO2 in particular has an advantageous bacteriostatic effect compared to water or air.

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Abstract

L'invention concerne une enceinte de traitement 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 l'espace de traitement et lesdits passages, caractérisée en ce que lesdits moyens (2) de mise en circulation des gaz extraient les gaz dudit espace (4) et les envoient dans lesdits passages (9,9′) et en ce que l'enceinte est en outre munie de moyens d'injection (12) de fluide cryogénique et de moyens (16) d'évacuation de gaz.
Elle 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 refroidissement, on fait circuler un flux de gaz cryogénique à travers la charge, on injecte dans le flux de gaz sortant de la charge un fluide cryogénique et on recircule le gaz refroidi pour lui faire traverser de nouveau la charge dans le même sens.

Description

  • 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 suivi 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 produits 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.
  • La technique à l'air pulsé refroidi par échangeur indirect demande un temps de traitement très long, la présence d'échangeurs à ailettes au sein de 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 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 + 10°C, 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 élevés, 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 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 où le refroidissement 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 refroidissement, on fait circuler un flux de gaz cryogénique à travers la charge, on injecte dans le flux de gaz sortant de la charge un fluide 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.
  • 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. 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˝. Durant 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 de 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 flux. 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 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 4 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 mise en oeuvre du procédé selon l'invention, en partant d'un réservoir de CO₂ par une tuyauterie calorifugée jusqu'à une électrovanne munie de la ou des buses d'injection.
  • 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 CO₂ liquide en phase gazeuse en livrant le maximum de frigories.
  • Comme le montre la figure 2, la buse oriente le jet de CO₂ vers l'hélice "à réaction "de ventilation de l'autoclave de façon à mélanger pratiquement instantanément l'apport de CO₂ 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 de 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 90°C, en moins de deux heures, à une température de 10° C à coeur. Ce profil peut être respecté avec du CO₂ par exemple, comme cela apparaît sur la figure 3, de façon 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 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 CO₂ notamment a un effet bactériostatique avantageux par rapport à l'eau ou l'air.

Claims (13)

1. Enceinte de traitement 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 l'espace de traitement et lesdits passages, caractérisée en ce que lesdits moyens (2) de mise en circulation des gaz extraient les gaz dudit espace (4) et les envoient dans lesdits passages (9,9′) et en ce que l'enceinte est en outre munie de moyens d'injection (12) de fluide cryogénique et de moyens (16) d'évacuation de gaz.
2. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'injection sont constitués d'au moins une buse (12) pour pulvériser de l'azote ou de l'anhydride carbonique liquide.
3. Enceinte selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdits moyens d'injection sont disposés à proximité desdits moyens de mise en circulation des gaz.
4. Enceinte selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que lesdits moyens de mise en circulation des gaz sont constitués par un ventilateur (8) et lesdits moyens d'injection (12) sont dirigés vers l'aspiration de ce ventilateur.
5. Enceinte selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est susceptible de supporter la pression.
6. Procédé de traitement dans une enceinte d'une charge de produits et/ou d'objets comprenant une phase de refroidissement , caractérisé en ce que pour effectuer la phase de refroidissement, on fait circuler un flux de gaz cryogénique à travers la charge, on injecte dans le flux de gaz sortant de la charge un fluide cryogénique et on recircule le gaz refroidi pour lui faire traverser de nouveau la charge dans le même sens.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on interdit tout contact du gaz avec la charge pendant sa recirculation.
8. Procédé selon la revendication 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que l'on contrôle la pression pendant toute la phase de refroidissement.
9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les produits ou objets sont traités par stérilisation ou cuisson, notamment à la vapeur avant la phase de refroidissement.
10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la phase de refroidissement est précédée d'une phase de refroidissement à l'air pulsé, par pulvérisation ou ruissellement d'eau ou par immersion.
11. Procédé selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le fluide cryogénique est de l'anhydride carbonique ou de l'azote liquide.
12. Procédé selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que l'ensemble du traitement est réalisé sous pression.
13. Procédé selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que le traitement comporte en outre une étape de surgélation.
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