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DISPOSITIF POUR LA STERILISATION DES LIQUIDES ET SON PROCEDE DE MISE EN
OEUVRE.
La présente invention concerne un dispositif pour la stérilisation des liquides, d'aliments liquides et de boissons en particulier, dans lequel on fait passer le liquide à traiter par un canal à travers des ouvertures de la paroi duquel l'on introduit dans ce liquide un véhicule de chaleur sous forme de vapeur ou de gaz.
On sait soumettre le lait à un traitement thermique par introduction directe de vapeur d'eau. On se propose ainsi de détruire les microorga- nsmes se trouvant dans le lait et qui agissent tant sur la qualité hygiénique du lait que sur sa stabilité. Un dispositif dès à présent utilisé à cette fin se compose d'un tronçon de tube rectiligne qui est entouré d'une chemise de vapeur et dont la paroi est percée d'ouvertures d'introduction de la vapeur d'eau. On fait circuler le lait à traiter sous pression élevée à l'intérieur du tronçon de tube et on l'échauffé pendant un court instant par la vapeur d'eau qui pénètre et se condense à la température nécessaire pour détruire les microorganismes.
Pour éviter des variations nuisibles du lait sous l'effet des températures appliquées, on le refroidit aussitôt après par abaissement de la pression dans un dispositif de détente.
Le fonctionnement d'un tel dispositif doit satisfaire à de multiples conditions. D'une part, le traitement thermique ne doit donner lieu à aucune sorte de variations nuisibles du lait. A cet égard, on doit exiger en particulier que le goût de lait crû soit conservé, c'est-à-dire qu'il n'intervienne pas de saveur de lait bouilli du fait que certaines particules de lait brûlent ou que certains composants du lait se modifient.
On peut d'autant mieux satisfaire à ces exigences que toutes les particules de liquide sont plus uniformément exposées au véhicule de chaleur
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introduit pour ce qui concerne la température et la durée de l'action thermique. Si l'on réussit à chauffer avec certitude et en totalité les particules de liquide à la température exactement nécessaire à la destruction des microorganismes pendant l'action thermique qui dure seulement des portions de seconde, on est assuré que les germes sont tués en totalité grâce à un traitement du liquide comportant le maximum de ménagement.
Si cette garantie n'existe pas du fait que le mode d'introduction du véhicule de chaleur ne permet pas de chauffer conformément et en totalité les particules de liquide pendant le bref intervalle de temps en cause, on court le risque que certains germes particulièrement résistants à la chaleur traversent le dispositif de stérilisation sans être détruits. Ceci diminue la qualité hygiénique et la stabilité du liquide traité., ce qui a une importance particulière en ce qui concerne le lait. En pareil cas, il faut soit prolonger l'action thermique soit augmenter la température de chauffage. Mais ces deux mesures augmentent le danger que le liquide subisse des variations nuisibles dans sa saveur ou dans sa composition.
La présente invention se propose de perfectionner les dispositifs de la nature indiquée connus actuellement), en vue de pouvoir exécuter dans le temps le plus bref un chauffage uniforme de toutes les particules de liquides et par conséquent une stérilisation intergale avec un traitement comportant le maximum de ménagement.
Le dispositif conforme à l'invention est caractérisé par le fait que le canal possède, au moins sur un tronçon présentant les ouvertures d'introduction du véhicule de chaleur, des parois placées en face l'une de l'autre, au moins approximativement parallèles et au moins approximativement planes, qui sont pourvues des ouvertures d'introduction du véhicule de chaleur.
Le canal peut avantageusement présenter une section transversale approximativement rectangulaire. Des ouvertures d'introduction du véhicule de chaleur,disposées du petit côté du canal, peuvent être constituées en forme de fente, et des ouvertures d'introduction du véhicule de chaleur, disposées du grand côté du canal, peuvent l'être en forme de trous. Ces trous peuvent être avantageusement disposés par groupes sur une rangée au moins placée per- pendiculairement à la direction de l'axe du canal. Les trous peuvent en outre être décalés les uns par rapport aux autres.
L'invention a en outre pour objet un procédé pour la mise en oeuvre du dispositif conforme à l'invention. Ce procédé est caractérisé par le fait que le liquide est ramené dans le canal sous une pression élevée et qu'il est chauffé pendant un' court instant à une température supérieure à 140 C. à l'aide du véhicule de chaleur introduit, après quoi le liquide est refroidi par rapide abaissement de la pression, immédiatement après ce traitement thermique.
On expliquera l'objet de l'invention en se référant au dessin annexé qui représente un mode de réalisation donné à titre d'exemple, et dans lequel
Figure 1 est une coupe axiale du dispositif conforme à l'invention ;
Figure 2, représente, à plus grande échelle, certaines parties du dispositif représenté à la figure 1 ;
Figure 3 est une coupe selon la ligne I-I de la figure 1, à plus grande échelle également.
Le dispositif conforme à l'invention représenté à la figure 1 convient en particulier à la stérilisation du lait et de liquides contenant du lait. Il possède un canal rectiligne 1 présentant sur le tronçon A-A une section transversale de passage constante, sensiblement rectangulaire.
Des canalisations de jonction, (non représentées) sont fixées à l'orifice d'entrée 2 et à l'orifice de sortie 3 du canal. Un organe de refoulement, également non représenté, est disposé sur le trajet d'écoulement du liquide
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en amont du dispositif selon l'invention pour assurer un écoulement continu dans le canal 1. Le canal 1 est formé de deux parties 4 et 5 constituant ses parois, qui entourent chacune le canal sur une moitié et sont appliquées l'une contre l'autre selon un plan de séparation passant par le milieu des petits côtés. Les deux parties de paroi 4 et 5 sont vissées à la fois par leurs extrémités avec l'élément de raccord 6 ou 7. Un tube 8 en forme d'enveloppe de section circulaire est placé autour et à distance des parties formant
4 et 5.
Il délimite, avec les surfaces extérieures des parties 4 et 5, un espace vide 9. Le tube enveloppant 8 est inséré sur les parties 4 et 5 et les éléments de raccord 6 et 7 et vissé avec ces derniers à l'aide des écrous 10 et 11. Une rondelle de joint est placée au point 12 et une botte à étoupe au point 13, l'une et l'autre isolent hermétiquement l'espace vi- de 9 de l'extérieur. Les éléments 4,5, 6 et 7 sont fabriqués en acier ré- sistant à la corrosion. Au tube enveloppant 8 est soudé un raccord 14 par lequel un véhicule de chaleur sous forme de gaz ou de vapeur, de la va- peur d'eau par exemple, peut être introduit sous pression élevée dans l'es- pace vide 9 et admis par des trous 15 ou des fentes 16 des parois des par- ties 4 et 5 à l'intérieur du canal 1.
Le rapport entre la quantité de li- quide s'écoulant par le canal par unité de temps et la quantité de véhicu- le de chaleur introduite simultanément peut être réglé dans les conduites d'adduction correspondantes par des organes régulateurs de l'écoulement, non représentés.
La figure 2 représente à plus grande échelle en élévation les parties de paroi 4 et 5 et les éléments de raccord 6 et 7 vissés sur elles.
Les parties de paroi 4 et 5 sont maintenues l'une contre l'autre à l'aide des vis 17.
La figure 3 représente, également à plus grande échelle une cou- pe selon la ligne I-I de la figure 1. La section transversale de passage, sensiblement rectangulaire, du canal 1 est formée par les parois planes, parallèles et se faisant face 18 et 19 d'une part, 20 et 21 d'autre part des parties 4 et 5, qui sont pourvues d'ouvertures d'introduction du véhicules de chaleur formées par les trous 15 et les fentes 16. Conformément à la figure 2, les trous 15 sont disposés par gourpes, sur les grands c8tés du canal en rangées placées perpendiculairement à la direction de l'axe du canal. En même temps, les rangées aménagées dans les deux parties de paroi 4 et 5 et dirigées l'une vers l'autre sont partiellement décalées. Les fentes 16 sont formées par des évidements de la surface de contact des deux parties 4 et 5.
Les trous 15 sont formés de deux tronçons de diamètres dif- férents.
Dans le fonctionnement du dispositif selon l'invention, on fait passer le liquide à traiter dans l'orifice d'entrée 2 et par le canal 1 sous pression élevée. Il est bon de réchauffer le liquide approximativement à 100 C, antérieurement à son chauffage par le véhicule de chaleur introduit.
Le véhicule de chaleur sous forme de vapeur de gaz est amené par les ouvertures d'introduction en forme de trous 15 ou de fentes 16 dans le li-- quide qui s'écoule et provoque un brusque échauffement de ce liquide à la température nécessaire à la stérilisation. Dans le traitement du lait par exemple, cette température est de 140 C. au minimum. Dans la plupart des cas, on peut utiliser de préférence de la vapeur d'eau véhicule de chaleur.
Le fonctionnement du dispositif est alors avantageusement réglé de façon' que la vapeur d'eau se condense complètement et le plus rapidement possible dans le liquide. On empêche ainsi que la vitesse d'écoulement du liquide dans le canal 1 soit influencée irrégulièrement par des bulles de vapeur rétrécissant la section transversale.
Pour ménager le liquide à traiter, l'action thermique du véhicule de chaleur doit être interrompue à l'aide d'un brusque abaissement de la température. Ceci a lieu avantageusement par un abaissement rapide de la pression dans un dispositif de détente, non représenté, raccordé à l'orifice de sortie du canal, et dans lequel le liquide chauffé et stérilisé est détendu à la près-
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sion supérieure. Grâce à des dispositifs à vide appropriés, le liquide peut aussi être détendu à une pression inférieure à la pression atmosphérique.
Il se produit alors un brusque abaissement de température au point d'ébul- lition correspondant, la vapeur d'eau introduite et éventuellement condensée dans le liquide s'échappent en même temps. L'écoulement du liquide est établi par réglage des proportions de façon que la durée du traitement thermique dans le dispositif de stérilisation jusqu'à l'abaissement de pression soit inférieure à une seconde, ce qui assure la destruction même des germes résistants à la chaleur en utilisant les températures indiquées.
Du fait de la constitution conforme à l'invention du tronçon du canal présentant les ouvertures d'introduction du véhicule de chaleur, on peut obtenir une action thermique uniforme quant à la température et à la durée pour toutes les particules de liquide. La disposition conforme à l'invention des ouvertures d'introduction sur des parois opposées du canal parallèles et planes, 18 et 19 ainsi que 20 et 21, (voir figure 3), garantit que sur toute la section transversale de passage les particules de liquide sont uniformément chauffées au contact des bulles de vapeur ou de gaz qui se produisent lors de l'introduction du véhicule de chaleur. D'une part, la forme plane des parois du canal a pour effet que la chaleur se propage en profondeur uniformément vers l'intérieur du courant de liquide.
D'autre part,la disposition des ouvertures d'introduction sur des parois opposées a pour effet que le liquide est exposé de deux côtés opposés aux bulles du véhicule de chaleur admis. Et enfin, la disposition des ouvertures d'introduction sur des parois opposées, parallèles et planes assure cet avantage qu'il n'existe pas au centre du courant de liquide des zones se trouvant moins en contact avec le véhicule de chaleur.
On ne peut obtenir les avantages indiqués avec aucune forme différant essentiellement de la section transversale du canal 1. 0-lest ainsi que dans le cas d'une section circulaire avec introduction radiale ou tangentielle du véhicule de chaleur, il se produit toujours à l'intérieur de la section des zones qui ne sont exposées que dans une mesure moins intense à l'action du vénicue de chaleur, de sorte qu'avec la brève durée du traitement, certaines particules de liquide ne sont pas chauffées à la température nécessaire à la destruction des germes tandis qu'il s'écoule dans le canal.
Les ouvertures en forme de fente 16 d'introduction du véhicule de chaleur sont avantageusement placées du coté de l'entrée du liquide dans le canal 1.
Par rapport aux trous 15, les fentes permettent l'admission dans le liquide d'une quantité de véhicule de chaleur beaucoup plus grande, ce qui provoque un accroissement soudain de la température du liquide. Mais à cet endroit la différence de température est encore si élevée qu'en cas d'utilisation de vapeur d'eau comme véhicule de chaleur, la quantité de vapeur pénétrant par les fentes se condense immédiatement et ne forme pas de bulles de vapeur rétrécissant de façon inadmissible la section transversale.
Vers l'extrémité du canal l, la différence de température entre le véhicule de chaleur et le liquide diminue, de sorte que la vapeur introduite à cet endroit a besoin de plus de temps pour se condenser. D'assez grosses bulles de vapeur entraînées par le liquide peuvent provoquer des surchauffes localisées et amener ainsi le liquide à brûler, L'introduction de véhicule de chaleur vers l'extrémité de sortie du liquide a lieu pour cette raison dans une moindre proportion, et ceci de préférence par des trous aménagés à plus grands intervalles et dont le diamètre peut aller en diminuant le cas échéant dans le sens d'écoulement du liquide.
Du coté de l'entrée du liquide dans la partie du canal présentant les ouvertures d'introduction du véhicule de chaleur, à une rangée de troua peut être opposée dans l'autre partie de la paroi une autre rangée située dans le même plan, perpendiculairement à l'axe du canal. La figure 2 montre très nettement la répartition des trous 15 disposés sur les grands cotés du canal. La disposition de ces trous en rangées perpendiculaires à la direction de l'axe augmente uniformément la turbulence du courant de liquide sur toute la longueur du tronçon de canal présentant les ouvertures d'in-
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troduction du véhicule de chaleur.
Cette turbulence plus intense provoque un tourbillonnement intime des particules de liquide et par suite leur chauffage uniforme ; pour la même raison, les trous disposés sur le grand côté opposé sont partiellement les uns par rapport aux autres.,
L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation repré- senté. Les avantages indiqués peuvent être obtenus bien entendu avec d'autres formes de section transversale du canal, dans la mesure où les ouvertures deintroduction du véhicule de chaleur se trouvent sur des parois du canal opposées, au moins approximativement parallèles et au moins approximativement planes. Une telle disposition permet dans tous les cas le chauffage uniforme de toutes les particules de liquide au cours du traitement qui ne dure que des fractions de seconde.
Ceci permet d'utiliser la température la plus exactement suffisante pour détruire les germes nocifs et assure de ce fait le traitement du liquide comportant le plus grand ménagement.
Le dispositif décrit conforme à l'invention convient d'une ma- nière remarquable à la stérilisation du lait et de liquides contenant du lait au moyen de vapeur d'eau à titre de véhicule de chaleur. Mais d'autres aliments liquides ou boissons peuvent aussi être avantageusement stérilisés avec le dispositif conforme à l'invention, d'autres véhicules de chaleur que la vapeur d'eau pouvant être également utilisés en certaines circon- stances, par exemple l'azote ou l'aicde carbonique.