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Perfectionnements aux machines à stériliser.
Cette invention concerne des machines à stériliser telles qu'on en emploie pour stériliser le lait ou d'autres liquides ou produits alimentaires en bouteilles ou autres récipients.
L'invention a pour objet d'établir une machine à stériliser qui soit plus stable, en ce qui concerne ses conditions de fonctionnement, que les machines employées jusqu'à présent, améliorant ainsi et rendant plus uniforme la qualité du pro- duit fini, réduisant la casse des récipients du fait de la tem- pérature ou d'autres circonstances, et rendant la machine plus souple et d'une utilité plus grande que jusqu'à présent.
Les diverses caractéristiques de l'invention exposées ci-après, peuvent avantageusement être incorporées dans des machines dis- posées pour fonctionner à la même température que des machines connues, soit environ 106 C, et s'appliquent d'ailleurs avec plus
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d'avantages à des machines établies pour fonctionner à des tem- pératures plus élevées, par exemple 110 C, établies pour cer- taines fins en conformité avec la pratique moderne.
L'invention consiste en une méthode de stabilisation du fonctionnement d'une machine à stériliser comportant une chambre de stérilisation fermée par un joint liquide, dont une partie de la colonne de joint est soumise à un refroidisse- ment positif.
L'invention consiste encore en une machine à stériliser comportant une chambre de stérilisation fermée par un joint liquide, et un dispositif pour refroidir positivement une cer- taine longueur de la colonne liquide de joint.
L'invention ressortira clairement de la description ci- après de dispositions (indiquées, toutefois, simplement à titre d'exemples) qu'elle peut recevoir ; cette description sera plus facilement suivie en se référant aux dessins annexés dont :
La figure 1 est une élévation vue en bout, et la figure 2 est une coupe transversale verticale d'une machine à stériliser conforme à l'invention, tandis que les figures 3, 4 et 5 sont des coupes de détails de l'in- vention.
La disposition générale des machines à stériliser connues auxquelles la présente invention est applicable, se reconnaît dans la fig. 2 des dessins annexés représentant une machine à stériliser des bouteilles, employée par exemple pour la stérilisation du lait. Les bouteilles 1 préalablement remplies avec le produit à stériliser, sont transportées par une bande sans fin 2 à travers une chambre 3 divisée en sections, remplie de vapeur maintenue à une température d'environ 106 C, le pas- sage de chaque bouteille à travers la chambre chauffée prenant quelque 30 à 40 minutes.
L'entrée et la sortie de la chambre
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chauffée sont constituées par des conduits en forme d'U, 4, 5, remplis d'eau par laquelle cette chambre est isolée de l'atmos- phère, et une différence des niveaux de l'eau dans les deux branches de chaque conduit en U, comme le montre la figure, forme une colonne de pression à l'effet de maintenir à- l'intérieur de la chambre chauffée la pression nécessaire pour y conserver la vapeur à la température voulue d'environ 106 C.
Les bouteilles traversent l'eau contenue dans les deux conduits de joints 4, 5, à leur entrée dans la chambre chauffée 3 et à leur sortie de cette chambre ; etl'eau de la partie intérieure, ou sous pres- sion, du conduit de joint d'entrée 4 est chauffée à la tempéra- ture désirée par un serpentin de vapeur ou par injection directe de vapeur par l'orifice 6 ou autrement, par quoi l'enceinte sous pression se remplit de vapeur humide aux pression et température désirées.
Le chauffage est commandé par thermostat à l'effet de maintenir la pression et la température aux valeurs voulues ; dispositifs fonctionnent aussi automatiquement paur maintenir la hauteur d'eau voulue dans les conduits de joints d'entrée et de sortie en cas de variation ou de déplacement de l'eau dans ces conduits, survenant par exemple par suite d'une interruption du transport des bouteilles dans la machine par la bande trans- porteuse. On remarquera que, bien que les branches intérieures de l'un ou des deux conduits de joints en U soient chauffées, leurs branches extérieures, étant en contact avec l'atmosphère, sont à une température notablement inférieure et la température s'accroît dans chaque conduit de joint 4, 5.
En particulier, les bouteilles sortantes entrent dans le conduit de joint de sortie à la température de stérilisation et, en passant par ce conduit, transmettent leur chaleur à l'eau qu'il contient, maintenant l'état des températures dans ce conduit aux valeurs établies précédemment, sans qu'il soit besoin d'un apport de chaleur provenant d'une source extérieure.
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Après leur traversée et leur sortie du conduit de joint de sortie 5, les bouteilles sont transportées à travers un ré- servoir de refroidissement 7 cloisonné pour former un conduit en forme d'U et pendant cette étape de leur transport, elles sont refroidies par un courant d'eau introduit par un tuyau 8 dans la branche de sortie du réservoir de refroidissement 7 et coulant dans le sens indiqué par les flèches jusqu'à un ori- fice de trop-plein ou-de sortie ménagé dans la branche d'entrée du réservoir 7. Après ce refroidissement, les bouteilles peuvent à nouveau être transportées à travers un bac de refroidissement 9 placé sous la machine, où elles se meuvent de nouveau en sens inverse d'un courant d'eau de refroidissement introduit par un tuyau 10 dans le bac 9.
L'eau introduite dans le réservoir de refroidissement 7 peut être aspirée dans le bac 9 et refoulée dans le tuyau 8 par une pompe appropriée 10 .Après avoir tra- versé le bac 9, les bouteilles sont retirées du transporteur sur le brin sortant 11 disposé, par exemple, près du brin entrant 12.
Il est évident que la température maintenue à l'intérieur de la chambre 3 est déterminée par la colonne d'eau maintenue dans les conduits de joints 4, 5. Dans ces conduits l'eau est sujette à des variations de température et, par conséquent, à des variations de densité, du fait de variations des conditions extérieures, modifications de la vitesse d'entrée des bouteilles et autres causes, et il y a un risque important que les colonnes de joints dans les conduits 4 et 5 deviennent instables, que leur équilibre soit donc troublé et que la hauteur voulue ne soit pas maintenue.
Ce risque existe quelle que soit la température de travail à laquelle la machine fonctionne (par exemple à la tem- pérature de 106 C pratiquée jusqu'à présent) et il peut y avoir une difficulté croissante de surveillance si la machine doit fonctionner à une température plus élevée, par exemple 110 C.
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En particulier, l'eau à haute température dans les branches in- térieures, ou soumises à la pression,¯ des joints d'entrée et de sortie,peut s'écouler vers la branche opposée.ou joint où elle peut s'élever rapidement à travers l'eau plus froide et plus dense qu'elle contient et, en arrivant à une zone de moindre pression, tendre à se transformer instantanément en vapeur, troublant de ce fait complètement l'équilibre du joint.
Ce risque est, dans une certaine mesure, mais non complète- ment, limité dans le joint d'entrée par le fait que l'eau de la branche sous pression est artificiellement chauffée sous contrô- le d'un thermostat qui réduit le chauffage si des conditions anormales s'établissent résultant d'une élévation excessive de température. L'eau de la branche sous pression du joint de sor- tie est chauffée par l'immersion continue des bouteilles chaudes venant de la chambre principale 3. Il n'est pas facilement possi- ble de diminuer ou surveiller la température de cette branche s'il règne des conditions tendant à élever la température et, dans les machines existantes, aucune disposition n'est prise à cet effet.
Selon la présente invention, ce risque d'instabilité d'une machine à stériliser est supprimé, ou limité, dans l'un ou les deux joints d'entrée et de sortie de la machine par un disposi- tif de refroidissement d'une partie de la colonne liquide con- tenue dans la branche extérieure du joint.
Ce refroidissement est réglé de préférence automatiquement, de manière à ne pas maintenir seulement les températures moyennes et les diverses températures de la colonne à certaines valeurs voulues, mais à ménager aussi une protection d'eau refroidie ou plus froide au sommet de la colonne, qui servira à stabiliser la colonne et aura, dans le joint d'entrée, l'avantage supplémentaire de faire office d'une zone de transition recevant la première les bouteil- les entrantes, évitant ainsi ou diminuant la casse qui, autrement, @
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pourrait se produire par une immersion des bouteilles dans de l'eau à température relativement élevée.
Le refroidissement peut être assuré par un dispositif approprié quelconque comportant, séparément ou concomitamment, un refroidissement par air des surfaces extérieures du conduit de joint, sur une aire déterminée par convection naturelle, et/ou par un courant d'air artificiel produit par des ventila- teurs ou dispositifs analogues tels qu'une injection directe d'eau plus froide dans la colonne de joint, ou bien une circu- lation d'eau ou d'autres agents appropriés de refroidissement, à travers des tuyaux en serpentins plongés dans la colonne.
Dans une disposition préférée de l'invention, représentée dans la figure 1 des dessins annexés, le refroidissement est assuré par une injection directe d'eau dans le haut de la co- lonne d'eau des joints d'entrée et de sortie, en laissant cette eau descendre à travers les colonnes de joints sur une certaine hauteur et s'écouler hors des conduits de joints par des orifi- ces de sortie disposés de manière appropriée. Bien que cette eau injectée froide puisse provenir d'une source commode quelconque, on préfère, d'après l'invention, la prendre comme représenté, au trop-plein du conduit de refroidissement des bouteilles et l'élever par un tuyautage approprié, jusqu'au sommet de la colonne d'eau des joints d'entrée et de sortie.
Comme le montrent les figures 1 et 4, l'eau du conduit de refroidissement 7 est conduite par un tuyau de trop-plein 13 dans un réservoir trop-plein 14, d'où elle est reprise et élevée jusqu'au niveau ou au-dessus du niveau supérieur de l'eau des branches extérieures des conduits de joints, par une pompe 15, à travers un tuyau 16 communiquant par un branchement en T avec chacune des colonnes de joints. L'eau froide ainsi introduite descend dans la partie supérieure de chaque colonne de joint et la refroidit. Un tuyau 18 (figs.2 et 3) fixé dans la paroi de @
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chaque conduit de joint 4, 5, et ouvert en son point le plus haut, descend dans chaque colonne de joint et sert, par son extrémité inférieure, d'orifice de trop-plein pour l'eau en excès dans la colonne.
On voit donc que la colonne de joint est refroi- die entre son niveau supérieur et l'extrémité inférieure ouver- te d'un tuyau de trop-plein 18 qui oeut aller, comme le montre la figure, jusqu'à près du tiers de la hauteur de la colonne.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'eau plus froide peut être soutirée du conduit de refroidissement (en sus de l'eau prélevée par le trop-plein normal 13) en un point un peu plus bas que le trop-plein 13, c'est-à-dire atteint par l'eau de refroidissement dans une période antérieure de son écou- lement à travers le conduit de refroidissement.
Un tuyau 19 traversant la paroi du conduit de refroidissse- ment 7 peut, à cet effet, descendre jusqu'à un niveau relative- ment bas dans le conduit de refroidissement (figs.l et 4) et être raccordé, à l'extérieur du conduit, à un tuyau 20 ouvert à son extrémité supérieure, qui débouche dans le réservoir de trop-plein 14. Il est clair que l'eau soutirée au moyen des tuyaux 19,20 sera plus froide que celle qui passe par le tuyau de trop-plein 13, et que les deux arrivées d'eau se mélangent dans le réservoir 14 oour donner une eau à une température in- termédiaire, déterminée par les vitesses d'écoulement relatives de ces deux arrivées.
Des valves de commande appropriées (non figurées) peuvent être disposées aux deux orifices par lesquels l'eau de refroidissement est prélevée dans le conduit de refroi- dissement, de manière que, par un réglage approprié, on puisse faire varier les quantités relatives d'eau prises aux deux points à l'effet de modifier la température du mélange introduit dans la colonne de joint, suivant les nécessités de la marche. La vitesse totale de l'arrivée d'eau de refroidissement au joint d'entrée est, de préférence, commandée par des thermostats 17
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disposés pour maintenir l'équilibre thermique de la machine en fonction de la charge imposée à la machine suivant la vitesse d'entrée des bouteilles.
Comme dans les machines à stériliser connues, une machine conforme à l'invention, telle qu'on l'a décrite plus haut, peut être pourvue d'un dispositif de sûreté établi pour limiter la pression intérieure de la machine au-dessous d'une certaine va- leur maxima. Une disposition d'un tel appareil de sûreté est décrite dans la spécification du brevet britannique n .431.944.
Dans la présente invention, ce dispositif peut prendre la forme d'un conduit en forme d'U communiquant avec la chambre sous- pression et établissant un autre joint d'eau à colonne d'eau disposée pour "céder" avant que la hauteur de joint dans la branche sous-pression du conduit de joint principal soit tombée à zéro. Ce conduit de sûreté est, de préférence, placé à bonne distance des colonnes d'eau chauffées et autres organes chauffés de la machine, afin qu'il ne soit pas soumisà des variations de température susceptibles de le rendre instable ou de troubler les conditions limitatives de sûreté pour lesquelles il est établi.
La figure 5 montre une disposition que peut recevoir un tel conduit de sûreté. Le niveau 21 de l'eau dans l'une des branches de ce conduit 22 est soumis à la pression de la vapeur contenue dans la chambre principale 3 de la machine, et repré- sente le niveau le plus bas, en marche, de l'eau dans les bran- ches sous-pression des conduits de joints 4 et 5. Le niveau 23 correspond au point le plus bas des cloisons des conduits de joints 4 et 5 et il se trouve en dessous de l'extrémité ouverte d'un tuyau 24 qui est normalement plongée dans l'eau du côté pression du conduit 22. Ce tuyau 24 communique avec un collecteur d'échappement 25 placé au-dessus-du conduit, d'où part un autre tuyau 26 qui communique avec la branche de joint du conduit de
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sécurité 22.
Il est clair que si la pression dans la machine s'élève indûment, le niveau de l'eau 21 dans le conduit 22 s'a- baissera,mais dégagera l'extrémité inférieure du tuyau 24 avant d'atteindre le niveau 23 où s'ouvre le joint des cloisons des conduits 4 et 5. Quand le tuyau 24 est ainsi dégagé, la vapeur y pénètre en refoulant l'eau dans le collecteur d'échappement 25 d'où elle est renvoyée dans la colonne de joint. Cet échappement de la vapeur ramène la pression intérieure de la machine à une valeur de sécurité et le joint est rétabli.
Si on le désire, l'intervalle 27 entre le conduit de joint 5 et le conduit de refroidissement 7 (fig.2) peut être fermé sur ses côtés de manière à former un couloir par lequel peut passer de l'air par convection et/ou par ventilation, pour concourir au refroidissement des parois voisines des conduits.
Si l'on emploie l'une des dispositions de l'invention décri- tes plus haut pour stériliser des objets qui sont normalement à basse température quand ils arrivent dans la machine, ces objets, des bouteilles en verre par exemple, peuvent être endommagés par une notable élévation brusque de température à leur entrée dans le joint d'entrée, malgré le fait que la partie supérieure de la colonne de joint est refroidie. Pour écarter cette difficulté, on peut installer une chambre ou une colonne de pré-chauffage par laquelle on fait passer les objets immédiatement avant leur entrée dans le joint d'entrée.
Cette chambre ou colonne de pré- chauffage peut être maintenue à une certaine température ou à une température croissante afin de chauffer les objets à une température approchant celle de l'entrée du joint d'entrée et d'éviter par là les brusques changements de température des objets à leur arrivée. Cette chambre de préchauffage peut être chauffée par l'eau soutirée du côté le plus chaud du conduit de refroi- dissement de sortie, par exemple celle qui circule vers le tuyau 16 pour aller aux colonnes de joints, ou bien par un tuyautage .séparé.
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On remarquera que des machines à stériliser connues aux- quelles référence a été faite ci-dessus, comportant une chambre de stérilisation chauffée, fermée par une ou plusieurs colonnes liquides, peuvent facilement être adaptées à l'application des caractéristiques de la présente invention; et l'invention s'étend aux aménagements de machines à stériliser connues, grâce auxquels les avantages de l'invention leur seront acquis. Ces aménagements peuvent comprendre, par exemple, un système de tuyaux correspon- dant aux tuyaux 13, 15, 16, 18,19 et 20 représentés dans la fig.l (les tuyaux correspondant aux branches transversales du raccord en T du tuyau 16 étant pourvus, ou disposés pour l'être, d'appareils de commande par thermostats 17 également prévus), une chambre de mélange analogue au réservoir 14, et une pompe corres- pondant à la pompe 15.
Ces aménagements peuvent être faits avec des dimensions et conformations telles qu'ils s'ajustent sur les éléments appropriés d'une machine à stériliser existante et on voit qu'en pratiquant des ouvertures appropriées dans les parois de la machine, les tuyaux d'aménagement peuvent rapidement et sans difficulté y être raccordés.
On voit par la description qui précède qu'un réglage est effectué,de manière convenable, de la température de la tête d'une colonne de joint liquide en y injectant du liquide prove- nant d'une autre source, par exemple d'un autre point du système circulatoire de l'appareillage. La densité du liquide au sommet de la colonne est maintenue par ce moyen à une valeur nécessaire pour prévenir une rupture du joint.
En général, quand l'état de régime est atteint, l'eau injectée sera plus froide que le li- quide de la tête de la colonne de joint ; dans certaines circonstances temporaires (par exemple si les bouteilles arri- vantes atteignent la colonne à une température notablement ré- duite) la température de la tête de la colonne peut être réduite dans une mesure telle que l'eau injectée soit momentanément plus
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chaude que la tête de la colonne.
Dans ces conditions, l'eau injectée tendra à chauffer la tête de colonne et continuera à le faire jusqu'à ce que, sous l'effet de la commande par thermos- tat, un supplément de chaleur soit fourni au système (par exemple aux serpentins de chauffage à la vapeur) et que, par conduction à travers le joint, l'état de régime se rétablisse avec une grada- tion différente de la chaleur dans la colonne.
Si on le désire, la disposition de l'invention représentée dans les figs.l et 2 annexées, peut être modifiée en intercalant, entre le tuyau 8 et le réservoir de trop-plein 14, un tuyau de communication supplémentaire dont le débouché dans le réservoir 14 est commandé par une valve à flotteur dont le fonctionnement est réglé par le niveau du liquide dans le réservoir 14. Cette disposition assure le fonctionnement correct de l'appareillage quand (par exemple du fait d'un intervalle dans la ligne des bouteilles ou autres objets passant à travers la machine) le déplacement d'eau est diminué dans le conduit de refroidissement 7 et que le niveau de l'eau y tombe au-dessous du trop-plein 13 (fig.4).
Dans ces cas, le réservoir 14 se viderait complètement. On obvie à cette difficulté par un tuyau d'amenée supplémentaire venant du tuyau 8, comme on l'a indiqué ci-dessus. Si on le désire, cette disposition peut encore être modifiée en montant une valve réglable à la place de la valve à flotteur, ce qui permet de faire arriver dans le réservoir 14 une quantité réglable venant continuellement du tuyau 8 et, par là, facilite le réglage de la température de l'eau dans ce réservoir 14. On remarquera que ces aménagements permettent de régler le courant d'eau tra- versant le conduit de refroidissement 7 sans gêner l'arrivée de l'eau au réservoir 14 et, de là, aux colonnes de joint 4 et 5.
On voit que l'invention telle qu'on l'a décrite plus haut, établit une machine à stériliser disposée pour rester stable et ,pour fonctionner de manière satisfaisante dans les conditions de
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température voulues ; mais il doit être entendu que cette inven- tion n'est pas limitée uniquement aux détails constructifs de la disposition décrite, mais qu'elle peut être modifiée de diverses manières pour satisfaire à des conditions et nécessités rencon- trées dans une marche différente, sans sortir en aucune manière du champ de l'invention.