FR3103890A1 - Dispositifs de chauffage de fluide. - Google Patents

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Abstract

Dispositif (1) de chauffage de fluide, comportant : - un corps de chauffe (9) comportant une surface d’échange thermique pour chauffer le fluide ; - un système de vannage (107) relié à une sortie de fluide (9b) du corps de chauffe et à une conduite de distribution (31) de fluide chauffé. Le dispositif (1) comporte: - un réservoir d’effluents (112) relié audit système de vannage (107), ce système de vannage (107) adoptant sélectivement une configuration d’alimentation de la conduite de distribution (31) et une configuration de vidange, en configuration de vidange le passage de fluide vers le réservoir d’effluent (112) étant autorisé et le corps de chauffe étant adapté à chauffer ladite surface d’échange thermique au moins jusqu’à une température de calcination égale à 850°C. FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 1

Description

Dispositifs de chauffage de fluide.
La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs de chauffage de fluide.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
Des dispositifs de chauffage de fluide sont par exemple connus dans les domaines des machines de préparation de boisson chaude ou dans les domaines des dispositifs de nettoyage de produits à l’aide de fluide chauffé.
De tels dispositifs de chauffage de fluide doivent être détartrés et l’on utilise pour cela des produits chimiques comme de l’acide qui peuvent être à l’origine de pollutions ou de dégradations du dispositif de chauffage de fluide et de l’environnement.
OBJET DE L’INVENTION
Un objet de la présente invention est de fournir un dispositif de chauffage de fluide autorisant un détartrage tout en limitant le risque de pollution du dispositif lors de ce détartrage.
A cet effet, l’invention concerne un dispositif de chauffage de fluide, comportant:
- un corps de chauffe doté d’au moins une entrée d’admission de fluide vers le corps de chauffe et d’au moins une sortie de fluide hors du corps de chauffe, ce corps de chauffe comportant une surface d’échange thermique pour chauffer le fluide circulant de l’entrée d’admission de fluide vers la sortie de fluide,
- un système de vannage relié d’une part à ladite sortie de fluide du corps de chauffe et d’autre part à une conduite de distribution de fluide chauffé par le corps de chauffe.
Le dispositif de chauffage selon l’invention est essentiellement caractérisé en ce qu’il comporte également:
- un réservoir d’effluents relié audit système de vannage, ce système de vannage adoptant sélectivement une configuration d’alimentation de la conduite de distribution et une configuration de vidange, le système de vannage en configuration d’alimentation autorisant le passage de fluide de ladite sortie de fluide vers ladite conduite de distribution tout en interdisant le passage de fluide de ladite sortie de fluide vers le réservoir d’effluent et le système de vannage en configuration de vidange autorisant le passage de fluide de ladite sortie de fluide vers le réservoir d’effluent tout en interdisant le passage de fluide de ladite sortie de fluide vers ladite conduite de distribution, le corps de chauffe étant adapté à chauffer ladite surface d’échange thermique au moins jusqu’à une température de calcination égale à 850°C.
Pour la compréhension de l’invention, un système de vannage est un système comprenant une ou plusieurs vannes agencée(s) pour sélectivement autoriser et/ou interdire le passage de fluide entre des voies du système de vannage, ce système de vannage comportant au moins trois voies pour le passage de fluide.
Grâce au dispositif selon l’invention, on peut détartrer la surface d’échange thermique en calcinant le dépôt de calcaire par l’élévation de la température de cette la surface d’échange thermique.
Le dépôt de calcaire se calcine et forme de la chaux vive pulvérulente.
Après refroidissement du corps de chauffe 9, par exemple après écoulement d’un temps de refroidissement prédéterminé sans alimentation du corps de chauffe et/ou après atteinte d’une température basse prédéterminée du corps de chauffe (l’atteinte de cette température basse étant vérifié par l’unité de commande 6 qui est reliée fonctionnellement à au moins un capteur de température), l’unité de commande positionne le système de vannage en configuration de vidange et commande la mise en circulation de fluide vers l’entrée d’admission de fluide (par exemple par mise en fonctionnement de la pompe et/ ou ouverture de vanne).
La chaux vive pulvérulente est alors évacuée vers le réservoir d’effluent via le système de vannage positionné en configuration de vidange.
Ainsi, le dispositif selon l’invention peut être détartré simplement tout permettant d’évacuer les déchets du détartrage vers un réservoir dédié.
On limite ainsi le risque de pollution de la conduite de distribution par les déchets du détartrage.
L’invention porte également sur un procédé de commande d’un dispositif de chauffage de fluide selon l’invention. Ce procédé selon l’invention comprend:
- une étape de calcination dans laquelle le passage de fluide vers le corps de chauffe via ladite entrée d’admission de fluide est interdit, le système de vannage est positionné en configuration de vidange et ladite surface d’échange thermique du corps de chauffe est chauffée au moins jusqu’à atteindre ladite température de calcination;
- une étape de vidange postérieure à l’étape de calcination dans laquelle du fluide est admis vers le corps de chauffe via ladite entrée d’admission de fluide, le système de vannage étant toujours positionné en configuration de vidange pour pouvoir évacuer ce fluide et des matières calcinées vers le réservoir d’effluents.
Le procédé de commande selon l’invention permet de détartrer le dispositif selon l’invention.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
la figure 1 est une vue schématique du dispositif 1 de chauffage de fluide selon l’invention, le système de vannage 107 de ce dispositif étant ici réalisé par une vanne trois voies 107a;
la figure 2 est une vue schématique du dispositif 1 de chauffage de fluide selon l’invention, le système de vannage 107 de ce dispositif 1 étant ici réalisé par des première et seconde vanne deux voies 107b, 107c.
Comme indiqué précédemment, l’invention porte essentiellement sur un dispositif 1 de chauffage de fluide, comportant:
- un corps de chauffe 9 doté d’au moins une entrée d’admission de fluide 9a vers le corps de chauffe 9 et d’au moins une sortie de fluide 9b hors du corps de chauffe 9, ce corps de chauffe 9 comportant une surface d’échange thermique pour chauffer le fluide circulant de l’entrée d’admission de fluide 9a vers la sortie de fluide 9b,
- un système de vannage 107 relié d’une part à ladite sortie de fluide 9b du corps de chauffe et d’autre part à une conduite de distribution 31 de fluide chauffé par le corps de chauffe 9.
Le corps de chauffe est adapté à chauffer ladite surface d’échange thermique au moins jusqu’à une température de calcination égale à 850°C. La calcination est aussi connue sous le terme de thermolyse.
Le dispositif 1 comporte égalementun réservoir d’effluents 112 relié audit système de vannage 107, ce système de vannage 107 adoptant sélectivement une configuration d’alimentation de la conduite de distribution 31 et une configuration de vidange.
Le système de vannage 107 en configuration d’alimentation autorise le passage de fluide de ladite sortie de fluide 9b vers ladite conduite de distribution 31 tout en interdisant le passage de fluide de ladite sortie de fluide 9b vers le réservoir d’effluent 112.
Le système de vannage 107 en configuration de vidange autorise le passage de fluide de ladite sortie de fluide 9b vers le réservoir d’effluent 112 tout en interdisant le passage de fluide de ladite sortie de fluide 9b vers ladite conduite de distribution 31.
Dans chaque mode de réalisation du dispositif selon l’invention, comme ceux illustrés sur les figures 1 et 2, on retrouve un corps de chauffe adapté pour pouvoir calciner les matières déposées sur la surface d’échange thermique et un système de vannage 107 qui permet l’évacuation de matière calcinée vers le réservoir d’effluents 112.
L’invention permet de retirer du tartre formé dans le corps de chauffe tout en limitant le risque de polluer la conduite de distribution 31 par des produits issus du détartrage.
Préférentiellement, le dispositif comporte une pompe 100 agencée pour forcer la circulation dudit fluide de l’entrée 9a vers la sortie 9b du corps de chauffe 9 en passant le long de ladite surface d’échange thermique.
Le dispositif 1 comporte également une unité de commande 6 agencée pour commander la pompe 100, le corps de chauffe 9 et le système de vannage 107.
Cette pompe 100, le corps de chauffe 9 et le système de vannage 107 sont préférentiellement actionnés électriquement par l’unité de commande 6.
La pompe comporte un moteur électrique qui une fois alimenté, sous l’effet d’une commande générée par l’unité de commande 6, force ladite circulation de fluide.
Le système de vannage 107 comporte des actionneurs électromécaniques permettant de passer d’une configuration à l’autre en fonction d’une alimentation électrique du système de vannage 107, cette alimentation électrique étant commandée par l’unité de commande 6.
Le corps de chauffe comporte préférentiellement une résistance électrique de chauffe et/ou un système de chauffe par induction de telle sorte que lorsque le corps de chauffe est alimenté électriquement sous l’action d’une commande émise par l’unité de commande 6, la température de la surface d’échange thermique est augmentée.
En fonction de la commande émise par l’unité de commande 6, la température de la surface d’échange thermique peut être limitée en deçà de la température de calcination lorsque l’on souhaite simplement chauffer le fluide ou elle peut être limitée à la température de calcination lorsque l’on souhaite détartrer le corps de chauffe.
Plus particulièrement, l’unité de commande 6 est adaptée à successivement adopter une configuration de chauffe de liquide, une configuration de calcination et une configuration de nettoyage du corps de chauffe.
Dans la configuration de chauffe de liquide, l’unité de commande 6 commande la chauffe de ladite surface d’échange thermique au moins jusqu’à ce que le liquide circulant le long de la surface d’échange thermique atteigne une température cible du fluide prédéterminée, cette température cible du fluide étant inférieure à ladite température de calcination.
Préférentiellement, pour limiter l’entartrage du corps de chauffe, cette température cible est inférieure à 300°C et préférentiellement inférieure à 100°C.
Dans la configuration de calcination, l’unité 6 commande la chauffe de ladite surface d’échange thermique au moins jusqu’à ce que cette surface d’échange thermique atteigne ladite température de calcination.
Dans cette configuration de calcination, l’unité 6 commande préférentiellement le maintien à l’arrêt de la pompe pour interdire la circulation de fluide vers le corps de chauffe 9.
L’effet de calcination de matière est d’autant plus utile que la section de passage de fluide au travers du corps de chauffe 9 est faible. Ainsi, l’invention permet un très fort échange thermique avec le fluide tout en limitant les effets indésirables associés comme l’entartrage qui provoque des bouchons dans le corps de chauffe 9.
Dans la configuration de nettoyage, l’unité de commande 6 maintenant ladite pompe en fonctionnement et le système de vannage 107 est placé dans sa configuration de vidange.
Préférentiellement, le dispositif 1 selon l’invention comporte au moins un capteur de pression de fluide P agencé pour mesurer une pression de fluide circulant entre l’entrée d’admission de fluide 9a et ladite conduite de distribution 31.
L’unité de commande 6 est reliée à cet au moins un capteur de pression de fluide P et est agencée pour commander le passage en configuration de calcination au moins en fonction de la pression de fluide mesurée par ledit au moins un capteur de pression de fluide P.
La pression mesurée permet d’estimer un colmatage du passage de fluide entre l’entrée d’admission de fluide et la conduite de distribution, ce colmatage étant généralement provoqué par un dépôt de matière telle que du tartre sur ladite au moins une surface d’échange thermique.
Lorsque ce colmatage est détecté, l’unité de commande 6 commande son passage en configuration de calcination et la température de la surface d’échange du corps de chauffe 9 est alors augmentée au moins jusqu’à atteindre ladite température de calcination.
Le dépôt est ainsi calciné et se détache de la surface d’échange.
Il est par exemple possible d’avoir plusieurs capteurs de pression de fluide P mesurant des pressions de fluide entre la pompe et la conduite de distribution 31 pour pouvoir estimer une valeur représentative de la perte de charge induite entre l’entrée et la sortie du corps de chauffe 9. Lorsque cette valeur de perte de charge dépasse une valeur prédéterminée alors l’unité de commande 6 commande le passage en configuration de calcination.
Il est également possible que le dispositif de chauffage de fluide 1 comporte au moins un capteur de température 106 agencé pour mesurer une température du fluide circulant entre l’entrée d’admission de fluide 9a et ladite conduite de distribution 31.
Ladite unité de commande 6 est reliée à cet au moins un capteur de température de fluide 106 de manière à pouvoir commander la chauffe de la surface d’échange thermique du corps de chauffe 9 en fonction d’une température mesurée à l’aide de cet au moins un capteur de température de fluide 106.
Préférentiellement, l’unité de commande 6 est également agencée pour commander le passage en configuration de calcination au moins en fonction de la température de fluide mesurée par cet au moins un capteur de température de fluide 106.
De manière similaire à ce qui vient d’être décrit en relation à l’estimation de colmatage par mesure de pression, il est également possible d’estimer ce colmatage du corps de chauffe 9 en mesurant une évolution de la température du fluide circulant entre l’entrée d’admission de fluide 9a et ladite conduite de distribution 31.
En effet, le colmatage ayant tendance à limiter le passage de fluide au travers du corps de chauffe 9, la variation de température en aval du corps de chauffe s’en trouve affectée à la hausse ou à la baisse et l’on peut ainsi évaluer un colmatage en mesurant une évolution de température et en comparant cette évolution avec une courbe d’évolution prédéterminée.
La courbe d’évolution prédéterminée est généralement obtenue en réponse à une commande de chauffe du corps de chauffe et de mise en fonctionnement de la pompe à un débit prédéterminé. Si l’écart de température entre la courbe d’évolution de la température mesurée et la courbe d’évolution prédéterminée est supérieur à un écart attendu prédéterminé correspondant à la commande de chauffe du corps de chauffe, cela peut signifier que du tartre / calcaire réduit le débit de fluide et/ou l’échange thermique au niveau de la surface d’échange.
Dans ce mode de réalisation le passage en configuration de calcination peut être commandé par l’unité de commande 6 en fonction de la température mesurée et/ou de la pression mesurée.
Comme on le voit sur les figures 1 et 2, cette sonde de température 106 est préférentiellement disposée pour mesurer la température du fluide en sortie du corps de chauffe 9.
Ainsi, l’unité de commande 6 peut, en prenant en compte une mesure de température réalisée avec cette sonde 106, réguler la chauffe du fluide par le corps de chauffe afin d’atteindre une température cible du fluide.
Le dispositif selon l’invention peut aussi comporter un second capteur de température 109 disposé en amont du corps de chauffe 9, c’est-à-dire entre l’arrivée d’alimentation en fluide 10a du dispositif 1 et ladite entrée 9a du corps de chauffe 9. Préférentiellement, ce second capteur de température 109 mesure la température de fluide circulant entre la pompe 100 et l’entrée d’admission de fluide 9a. Idéalement ce capteur 109 est placé entre le dé-bulleur et l’entrée 9a. Ce second capteur est également relié à l’unité de commande 6 qui peut commander la chauffe du corps de chauffe en fonction de mesures de températures réalisées par les deux capteurs de température 106 et 109.
En particulier le passage en configuration de calcination peut être commandé en fonction de mesures de températures réalisées par les deux capteurs de température 106 et 109. Par exemple ces mesures de températures réalisées par ces capteurs 106 et 109 permettent d’évaluer l’élévation de température du fluide chauffé par le corps de chauffe et si cette élévation est inférieure à une valeur d’élévation de température prédéterminée alors l’unité de commande peut commander le passage en configuration de calcination.
Préférentiellement, le dispositif selon l’invention comporte également une interface homme machine (non représentée sur les figures) pour permettre à l’utilisateur de programmer le dispositif.
Par exemple, l’interface homme / machine peut être prévue pour programmer ladite température cible du fluide et/ou les conditions de passage en configuration de calcination.
Préférentiellement, l’unité de commande 6 est agencée pour générer un signal représentatif d’un état courant de calcination de matière par le corps de chauffe (lorsque cette unité de commande est dans sa configuration de calcination) et pour commander le passage de la configuration de calcination à la configuration de nettoyage en fonction de ce signal représentatif de l’état courant de calcination de matière par le corps de chauffe.
Par exemple, l’unité de commande 6 peut être reliée à au moins un capteur de température agencé pour mesurer une température représentative d’une température courante de la surface d’échange thermique et cette unité de commande peut être reliée à un compteur de temps.
L’unité de commande 6 est préférentiellement agencée pour générer ledit signal représentatif d’un état courant de calcination de matière par le corps de chauffe en fonction de mesures de température générées par cet au moins un capteur de température et en fonction d’un décompte de temps effectué par ledit compteur de temps.
En l’occurrence, l’unité de commande 6 peut estimer une durée de chauffe de la surface d’échange thermique au-delà de la température de calcination et lorsque cette durée dépasse un temps prédéterminé de calcination, l’unité 6 commande le passage de la configuration de calcination vers la configuration de nettoyage.
En configuration de nettoyage, le système de vannage 107 est positionné dans sa configuration de vidange pour autoriser le passage de fluide de ladite sortie de fluide 9b vers le réservoir d’effluent 112 et la pompe 100 est également mise en fonctionnement.
La matière calcinée pendant que l’unité de commande 6 est dans sa configuration de calcination est alors transportée par le fluide mis en circulation par la pompe 100 et cette manière est ainsi évacuée du corps de chauffe 9 vers le réservoir d’effluent 112.
Préférentiellement, pendant que l’unité de commande 6 est dans sa configuration de nettoyage, elle aussi réaliser un test permettant d’estimer l’état de colmatage du dispositif.
Ce test peut être effectué de la même manière que décrite précédemment en estimant une pression entre l’entrée d’admission de fluide 9a et ladite conduite de distribution 31, plus particulièrement entre l’entrée d’admission de fluide 9a et ledit système de vannage 107.
Le corps de chauffe 9 comporte préférentiellement un tube en métal supportant ladite surface d’échange thermique, ce tube en métal présentant une résistivité électrique et des plots d’alimentation électrique de ce tube en métal.
Ce tube en métal est tel que l’alimentation électrique de ses plots induit une circulation de courant électrique au travers du tube et une élévation de la température du tube par effet Joule.
Cette élévation de température du tube permet d’élever la température de la surface d’échange thermique et de chauffer le fluide circulant entre l’entrée et la sortie 9a, 9b du corps de chauffe.
Préférentiellement, le dispositif comprend un transformateur d’énergie 200 électriquement relié aux plots d’alimentation électrique dudit tube en métal, ce transformateur étant adapté à transformer un courant d’alimentation électrique C1 dudit transformateur d’énergie 200 en un courant d’alimentation électrique C2 des plots dudit tube en métal.
Ce courant d’alimentation électrique C2 des plots a une intensité supérieure à une intensité du courant d’alimentation électrique C1 dudit transformateur d’énergie.
Le transformateur 200 permet, à partir d’un courant C1 ayant une intensité donnée, de générer un courant d’alimentation C2 des plots présentant une intensité supérieure ce qui augmente l’effet Joule.
En effet, comme la puissance thermique générée par effet Joule est proportionnelle au carré de l’intensité du courant C2, l’usage d’un tel transformateur d’énergie électrique 200 permet de générer une intensité d’alimentation des plots du tube de chauffe qui est supérieure à l’intensité du courant d’alimentation électrique C1 du transformateur.
Par exemple, le transformateur peut être adapté pour générer un courant d’alimentation C2 des plots qui est au moins 5 fois, préférentiellement au moins 10 fois, la valeur de l’intensité du courant d’alimentation électrique C1 du transformateur.
Typiquement, si le courant d’alimentation C1 du transformateur est de 16 ampères avec une tension de 230 V et une fréquence alternative de 50 Hz, le courant d’alimentation des plots présente préférentiellement une intensité supérieure à 150 ampères.
Ainsi, si le tube est formé d’un métal ayant une résistance de 0.1 ohm, la puissance thermique de chauffe générée avec un courant de 150 A sera égale 150*150*0.1 soit supérieure à 2250 W.
Typiquement, on peut faire en sorte que le transformateur génère un courant d’alimentation des plots compris entre 150 et 550 ampères à partir d’un courant d’alimentation C1 du transformateur de 16 ampères.
Ce tube en métal est préférentiellement dans un alliage choisi parmi un alliage de titane et un alliage inox et plus particulièrement il peut être dans l’un des alliages inox connus sous le nom d’inconel ou kanthal ®.
L’avantage de l’inox est de garantir une bonne résistance à l’élévation de température et aux chocs thermiques, une bonne résistance à la pression et à l’oxydation et le maintien d’une résistance électrique du tube sensiblement constante entre 15°C et 850°C.
Ainsi, le dispositif selon l’invention aura une longévité accrue.
Préférentiellement la surface d’échange thermique est formée par une surface interne du tube, ce tube étant préférentiellement cylindrique droit, le tube présentant un passage interne de fluide au travers du tube qui est également cylindrique droit.
Pour un dispositif 1 ayant une puissance de chauffe thermique comprise entre 2000 W et 3500 W, le passage interne de fluide cylindrique droit présente préférentiellement un diamètre intérieur compris entre 1 et 5 mm, préférentiellement égal à 2mm à plus ou moins 0.5mm près.
Préférentiellement, pour un dispositif 1 ayant une puissance de chauffe thermique comprise entre 2000 W et 3500 W, le tube a une paroi comprise entre 0.2 et 0.75 mm. Avec une épaisseur aussi faible de paroi, on réduit l’inertie thermique du tube, on réduit le temps nécessaire pour chauffer le fluide et on augmente la résistance électrique du tube.
Préférentiellement la surface d’échange thermique, qui est préférentiellement directement formée sur le tube, comporte des obstacles à l’écoulement de fluide circulant entre l’entrée et la sortie du corps de chauffe 9.
Ces obstacles, en s’opposant à la circulation dudit fluide le long de la surface d’échange thermique, permettent de générer des turbulences le long de cette surface d’échange ce qui augmente l’échange thermique entre la surface d’échange et le fluide.
Typiquement ces obstacles sont obtenus avec un état de surface de la surface d’échange thermique de rugosité Ra supérieure à 50 microns. On peut obtenir un tel état de surface par grenaillage et/ou filetage et/ou rainurage de la surface d’échange thermique.
Préférentiellement, le dispositif 1 comporte un dé-bulleur relié fluidiquement entre l’arrivée d’alimentation en fluide 10a du dispositif et ladite entrée 9a du corps de chauffe 9.
Ce dé-bulleur est adapté à permettre le passage dudit fluide de l’arrivée d’alimentation en fluide 10a vers l’entrée 9a du corps de chauffe 9 tout en interdisant le passage de gaz de l’arrivée d’alimentation en fluide 10a vers l’entrée 9a du corps de chauffe 9.
Le dé-bulleur réduit le risque d’admettre du gaz dans le corps de chauffe 9 ce qui réduit les problèmes potentiels de surpression (risque de dilatation de gaz dans le corps de chauffe 9).
Comme on le voit sur les figures 1 et 2, le dispositif selon l’invention peut également comporter une cuve 10 de stockage du fluide.
Cette cuve 10 est reliée fluidiquement à l’arrivée d’alimentation en fluide 10a pour délivrer du fluide vers le corps de chauffe 9.
La cuve de stockage 10 peut être à température ambiante ou éventuellement réfrigérée pour conserver le fluide à une température de conservation prédéterminée.
Ainsi, la cuve 10 pourrait être utilisée pour stocker du fluide alimentaire à chauffer tel que de la soupe.
Alternativement, il est aussi possible que cette arrivée d’alimentation 10a soit directement reliée à une adduction de fluide externe au dispositif, telle qu’une adduction d’eau potable.
Le dé-bulleur 110 comporte préférentiellement une sortie d’évacuation de gaz 110a qui est préférentiellement reliée à la cuve 10. Ceci permet d’éviter le risque que du liquide ne s’écoule en dehors du dispositif via le dé-bulleur.
Un filtre anticalcaire 102 est préférentiellement disposé sur l’arrivée d’alimentation en fluide 10a du dispositif pour pouvoir retirer du calcaire éventuellement contenu dans le fluide avant que ce fluide n’arrive dans le corps de chauffe 9. Idéalement, ce filtre anticalcaire 102 est relié à une entrée de fluide de la pompe, le dé-bulleur 110 étant relié à une sortie de fluide de la pompe.
Le dispositif 1 comporte aussi une vanne deux voies 104 mobile entre une configuration ouverte dans laquelle elle interdit le passage de fluide de l’arrivée d’alimentation en fluide 10a vers l’entrée d’admission de fluide 9a du corps de chauffe et une configuration fermée dans laquelle elle autorise le passage de fluide de l’arrivée d’alimentation en fluide 10a vers l’entrée d’admission de fluide 9a du corps de chauffe.
Le passage de la vanne deux voies 104 entre la configuration ouverte et la fermée est commandé par l’unité de commande 6.
Préférentiellement, lorsque l’unité de commande 6 se trouve dans sa configuration de calcination, elle maintient cette vanne 104 est en configuration fermée.
La calcination est ainsi facilitée en limitant l’arrivée de fluide vers le corps de chauffe.
Préférentiellement, le dé-bulleur 110 comporte un clapet antiretour 110b agencé pour d’une part autoriser le passage de fluide de l’arrivée d’alimentation en fluide 10a vers l’entrée d’admission de fluide 9a du corps de chauffe et pour d’autre part interdire le passage de fluide de l’entrée d’admission de fluide 9a du corps de chauffe vers l’arrivée d’alimentation en fluide 10a.
Préférentiellement, le dispositif 1 comporte un clapet antiretour principal 111 agencé pour d’une part autoriser le passage de fluide de l’arrivée d’alimentation en fluide 10a vers l’entrée d’admission de fluide 9a du corps de chauffe et pour d’autre part interdire le passage de fluide de l’entrée d’admission de fluide 9a du corps de chauffe vers l’arrivée d’alimentation en fluide 10a.
L’avantage d’avoir deux clapets antiretour montés en série est de réduire le risque de pollution du fluide contenu au niveau de l’arrivée d’alimentation en fluide 10a par de la matière contenue dans le corps de chauffe 9. Le clapet antiretour 111 permet aussi d’éviter un retour de fluide chaud vers des éléments sensibles à la chaleur. Ainsi, le clapet 111 sécurise la pompe 100, le dé-bulleur 111 et le filtre 102.
Préférentiellement, le dispositif comporte aussi des éléments de sécurité.
Ainsi, un premier élément de sécurité comprend un thermostat automatique TH1 actionnant un interrupteur commandé relié électriquement au transformateur 200.
Ce thermostat automatique TH1 est agencé pour actionner cet interrupteur vers une configuration de coupure lorsque la température du fluide en sortie du corps de chauffe est supérieure à un premier seuil de sécurité prédéterminé. Dans cette configuration de coupure, l’interrupteur commandé interdit l’alimentation en courant C1 dudit transformateur 200.
Ce thermostat automatique Th1 et l’interrupteur commandé sont également agencés pour que lorsque ladite température du fluide en sortie du corps de chauffe est inférieure audit premier seuil de sécurité, l’interrupteur commandé passe alors automatiquement dans une configuration d’alimentation du transformateur 200 permettant d’alimenter le transformateur 200 avec le courant C1.
Un second élément de sécurité comprend un thermostat de sécurité TH2 actionnant un coupe circuit relié électriquement au transformateur 200.
Ce thermostat de sécurité est agencé pour commander le passage du coupe circuit dans une configuration de coupure lorsque la température du fluide en sortie du corps de chauffe est supérieure à un second seuil de sécurité prédéterminé supérieure audit premier seuil de sécurité.
Dans cette configuration de coupure du coupe circuit, ce coupe circuit interdit l’alimentation en courant C1 dudit transformateur 200.
Ce coupe circuit est tel qu’il est agencé pour rester dans sa configuration de coupure au moins tant qu’une action de ré armement manuel n’est pas accomplie par un opérateur de maintenance.
Le capteur de pression P peut également être couplé au coupe circuit pour commander le passage du coupe circuit dans sa configuration de coupure en cas de dépassement d’un seuil de pression maximale autorisé.
Nous allons maintenant décrire deux modes de réalisation possibles du système de vannage 107.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le système de vannage 107 comporte une électrovanne trois voies 107a commandée par l’unité de commande 6.
A contrario, dans le mode de réalisation du dispositif de la figure 2, le système de vannage 107 comporte des première et seconde électrovannes deux voies 107b, 107c (montées en parallèle), chacune de ces électrovannes deux voies 107b, 107c ayant une voie d’entrée 1071 reliée fluidiquement à la sortie de fluide 9b du corps de chauffe 9.
La première électrovanne 107b comporte une voie de sortie reliée fluidiquement au réservoir d’effluent 112.
La seconde électrovanne 107c comporte une voie de sortie reliée fluidiquement à ladite conduite de distribution 31.
Chacune de ces première et seconde électrovannes deux voies 107b, 107c est commandée par l’unité de commande 6.
Dans chacun de ces modes des figures 1 et 2, la sortie de fluide 9b du corps de chauffe 9 est reliée à une première voie 1071 du système de vannage 107 qui est commandé par l’unité de commande 6.
Le réservoir d’effluents 112 est relié à une seconde voie 1072 de ce système de vannage 107 ce qui permet de vidanger le corps de chauffe 9 et évacuer les matières calcinées vers ce réservoir 112.
Les première et seconde voies 1071, 1072 du système de vannage 107 sont par exemple mises en communication entre elles lorsque l’on souhaite nettoyer le corps de chauffe 9, c’est-à-dire dans la configuration de vidange.
Ce système de vannage 107 comporte également une troisième voie 1073 qui est reliée à la conduite de distribution 31 pour pouvoir l’alimenter en fluide chauffé par le corps de chauffe 9.
Il est possible, comme illustré sur la figure 1, d’interposer entre cette troisième voie 1073 et la conduite de distribution 31, un réservoir 108 pour stocker un volume de fluide chauffé que l’on souhaite injecter vers la conduite de distribution.
Dans ce cas, la sortie de ce réservoir 108 est reliée à la conduite de distribution de fluide 31 via une électrovanne de décharge qui est une électrovanne deux voies V1 également commandé par l’unité de commande 6.
Le volume de ce réservoir 108 est prévu pour accumuler et stocker du fluide chauffé par le corps de chauffe 9, par exemple du liquide et/ou de la vapeur, puis pour le délivrer vers la conduite 31.
Ce réservoir 108 permet d’avoir un stock tampon de fluide chauffé placé entre le corps de chauffe 9 et la conduite 31. Ceci peut être avantageux pour bénéficier d’une puissance instantanée de chauffe supérieure à celle pouvant être générée instantanément par le corps de chauffe 9.
Dans les modes où le dispositif 1 ne comporte pas de réservoir 108, comme c’est le cas de la figure 2, la troisième voie 1073 du système de vannage 107 est directement reliée à ladite conduite de distribution 31.
Les première et troisième voies 1071, 1073 du système de vannage 107 sont par exemple mises en communication entre elles lorsque l’on souhaite alimenter la conduite 31 en fluide chauffé par le corps de chauffe 9, c’est-à-dire dans ladite configuration de chauffe de liquide / du fluide.
Le dispositif selon l’invention peut être utilisé pour chauffer un fluide destiné à préparer une boisson ou destiné à traiter un produit à l’aide du fluide ainsi chauffé.
Le traitement d’un produit à l’aide du fluide chauffé est par exemple une percolation d’un produit (par exemple pour la préparation d’un café ou d’une infusion) ou un nettoyage de ce produit ou un étuvage du produit.
Le dispositif selon l’invention 1 peut ainsi être intégré dans une machine de percolation ou dans une machine à laver.
Pour permettre le traitement du produit, le dispositif 1 peut comporter une enceinte 11 destinée à recevoir le produit à traiter à l’aide de fluide chauffé par le corps de chauffe 9.
Comme on le voit sur les figures 1 et 2, cette enceinte 11 est fluidiquement reliée à la conduite de distribution 31.
Cette conduite de distribution 31 peut être reliée à l’enceinte 11 via une ou plusieurs zones d’admission 31a, 31b dans l’enceinte 11, ces zones d’admission étant éloignées les unes des autres pour permettre un traitement homogène du produit dans l’enceinte 11.
Ainsi, si le produit reçu dans l’enceinte est une capsule contenant une matière à percoler (par exemple du café ou un thé), on pourra faire en sorte que ces zones d’admission 31a, 31b soient éloignées l’une de l’autre et soient intégrées à des perforateurs pour venir perforer la capsule en plusieurs endroits distincts de la capsule.
Si le produit reçu dans l’enceinte est un objet devant être nettoyé (par exemple un verre), on pourra faire en sorte que ces zones d’admission 31a, 31b éloignées l’une de l’autre soient intégrées à des buses de pulvérisation orientées vers des faces interne et externe du produit à nettoyer.
Le corps de chauffe 9 peut être adapté à générer de la vapeur à partir d’eau, le fluide arrivant au niveau de l’entrée d’admission 9a du corps de chauffe étant ici de l’eau.
Préférentiellement, comme illustré sur les figures 1 et 2, le dispositif 1 comporte au moins une première conduite d’admission d’air 71 débouchant dans l’enceinte 11 et au moins une première conduite d’évacuation de fluide 41 hors de l’enceinte 11.
L’air admis dans l’enceinte peut être utile pour sécher le produit contenu dans l’enceinte et favoriser l’évacuation de fluide hors de l’enceinte via la première conduite d’évacuation de fluide 41 hors de l’enceinte 11.
Préférentiellement, cette conduite d’évacuation de fluide 41 hors de l’enceinte 11 est fluidiquement reliée au réservoir d’effluent 112 pour pouvoir évacuer des fluides de l’enceinte vers le réservoir d’effluent 112.
Le dispositif 1 peut aussi comporter une turbine de circulation d’air 72 reliée fluidiquement à la première conduite d’admission d’air 71 et/ou à la première conduite d’évacuation de fluide 41 pour pouvoir forcer un écoulement d’air au travers de l’enceinte tout autour de l’objet 2. Cette turbine 72 est fonctionnellement reliée à l’unité de commande 6 qui commande l’actionnement et/ou l’arrêt de cette turbine 72.
Une telle turbine peut accélérer le séchage du produit contenu dans l’enceinte 11.
La première conduite d’admission d’air 71 peut aussi être équipée d’un moyen de fermeture 8 de la première conduite d’admission d’air (par exemple un clapet antiretour 8 ou une électrovanne commandée par l’unité de commande 6). Ce moyen de fermeture 8 est adapté à:
- autoriser le passage d’air, via cette conduite d’admission d’air 71 vers l’enceinte 11; et à
- interdire la sortie de fluide hors de l’enceinte 11 via cette conduite d’admission d’air 71.
Le moyen de fermeture 8 est préférentiellement placé au plus près de l’enceinte 11, en l’occurrence à moins de 1 cm de l’enceinte, préférentiellement à moins de 2 mm de l’enceinte.
Grâce à ce mode de réalisation, le moyen de fermeture 8 permet d’obturer la conduite d’admission d’air 71.
Dans le cas où ce moyen de fermeture est un clapet commandé 8 par l’unité de commande 6, cette unité de commande 6 peut commander la fermeture ou l’ouverture du clapet commandé 8 pour soit éviter une fuite de fluide de la chambre vers la conduite d’air 71, soit autoriser le passage de fluide de la conduite d’air 71 vers la chambre.
Un tel clapet commandé 8 permet plus de souplesse et de précision dans le paramétrage du cycle de nettoyage.
Dans le cas où ce moyen de fermeture 8 est un clapet antiretour 8, dès que la pression dans l’enceinte 11 augmente, par exemple parce que l’on y injecte du fluide tel que du liquide ou de la vapeur via la conduite de distribution 31, le clapet antiretour 8 (de manière autonome) obture la conduite d’admission d’air 71.
Par contre, ce clapet 8 laisse passer l’air via la première conduite d’admission d’air 71 au moins lorsque la pression dans la conduite d’admission d’air 71 est supérieure, d’au moins une valeur d’écart de pression prédéterminée, par rapport à la pression dans l’enceinte 11.
L’admission d’air 71 est aussi utile pour refroidir le produit contenu dans l’enceinte par l’évacuation de calories via l’air circulant le long de l’objet et via effet d’évaporation. La chaleur latente de vaporisation induit une perte de chaleur du produit qui est ainsi refroidi.
Idéalement, l’air admis dans l’enceinte via la conduite 71 à une température préférentiellement comprise entre 10°C et 70°C, préférentiellement entre 10°C et 50°C, idéalement égale à la température ambiante autour du dispositif 1 à plus ou moins 5°C.
Alternativement, à cette solution avec clapet antiretour 8, il est possible que cette conduite 71 soit équipée d’une électrovanne d’admission d’air 8 reliée à ladite unité de commande 6 pour commander un changement d’état de cette électrovanne d’admission d’air entre:
- un premier état dans lequel cette électrovanne d’admission d’air autorise le passage d’air via la première conduite d’admission d’air 71; et
- un second état dans lequel cette électrovanne d’admission d’air 8 interdit le passage d’air via cette conduite d’admission d’air 71.
Dans ce mode de réalisation illustré aux figures 1 et 2, lors de l’injection de fluide via la conduite de distribution 31, l’électrovanne d’admission d’air 8 est actionnée dans son second état pour interdire le passage de fluide via la conduite d’admission d’air. En d’autres termes, lorsque le système de vannage est dans sa configuration d’alimentation de la conduite de distribution (31), l’unité de commande maintient l’électrovanne dans son second état.
Par contre, après avoir réalisé cette injection de fluide via la conduite 31, on cherche à sécher l’objet et l’électrovanne d’admission d’air 8 est alors actionnée par l’unité de commande pour autoriser le passage d’air via la conduite d’admission d’air 71.
Enfin, comme illustré sur les figures 1 et 2, le dispositif peut comporter une vanne de surpression (illustrée entre la sortie de fluide 9b et le système de vannage 107). Cette vanne de surpression permet d’autoriser une fuite de fluide hors de la conduite de distribution 31 en cas d’atteinte ou dépassement d’une pression maximale de sécurité. On limite ainsi le risque de dégradation du dispositif 1 en cas de surpression / dysfonctionnement du système de vannage 107.

Claims (12)

  1. Dispositif (1) de chauffage de fluide, comportant:
    - un corps de chauffe (9) doté d’au moins une entrée d’admission de fluide (9a) vers le corps de chauffe (9) et d’au moins une sortie de fluide (9b) hors du corps de chauffe (9), ce corps de chauffe (9) comportant une surface d’échange thermique pour chauffer le fluide circulant de l’entrée d’admission de fluide (9a) vers la sortie de fluide (9b),
    - un système de vannage (107) relié d’une part à ladite sortie de fluide (9b) du corps de chauffe et d’autre part à une conduite de distribution (31) de fluide chauffé par le corps de chauffe (9), caractérisé en ce que le dispositif (1) comporte également:
    - un réservoir d’effluents (112) relié audit système de vannage (107), ce système de vannage (107) adoptant sélectivement une configuration d’alimentation de la conduite de distribution (31) et une configuration de vidange, le système de vannage (107) en configuration d’alimentation autorisant le passage de fluide de ladite sortie de fluide (9b) vers ladite conduite de distribution (31) tout en interdisant le passage de fluide de ladite sortie de fluide (9b) vers le réservoir d’effluent (112) et le système de vannage (107) en configuration de vidange autorisant le passage de fluide de ladite sortie de fluide (9b) vers le réservoir d’effluent (112) tout en interdisant le passage de fluide de ladite sortie de fluide (9b) vers ladite conduite de distribution (31), le corps de chauffe étant adapté à chauffer ladite surface d’échange thermique au moins jusqu’à une température de calcination égale à 850°C.
  2. Dispositif (1) selon la revendication 1, comportant également:
    - une pompe (100) agencée pour forcer la circulation dudit fluide de l’entrée (9a) vers la sortie (9b) du corps de chauffe (9) en passant le long de ladite surface d’échange thermique ;
    - une unité de commande (6) agencée pour commander la pompe (100), le corps de chauffe (9) et le système de vannage (107), cette unité de commande (6) étant adaptée à successivement adopter une configuration de calcination et une configuration de nettoyage du corps de chauffe, dans la configuration de calcination l’unité de commande (6) commandant la chauffe de ladite surface d’échange thermique au moins jusqu’à ce que cette surface d’échange thermique atteigne ladite température de calcination et dans la configuration de nettoyage, l’unité de commande (6) maintenant ladite pompe en fonctionnement et le système de vannage (107) dans sa configuration de vidange.
  3. Dispositif selon la revendication 2, comportant au moins un capteur de pression de fluide agencé pour mesurer une pression de fluide circulant entre l’entrée d’admission de fluide (9a) et ladite conduite de distribution (31), ladite unité de commande (6) étant reliée à cet au moins un capteur de pression de fluide et étant agencée pour commander le passage en configuration de calcination au moins en fonction de la pression de fluide mesurée par ledit au moins un capteur de pression de fluide.
  4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, comportant au moins un capteur de température (106) agencé pour mesurer une température de fluide circulant entre l’entrée d’admission de fluide (9a) et ladite conduite de distribution (31), ladite unité de commande (6) étant reliée à cet au moins un capteur de température de fluide (106) et étant agencée pour commander le passage en configuration de calcination au moins en fonction de la température de fluide mesurée par ledit au moins un capteur de température de fluide (106).
  5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel dans la configuration de calcination l’unité de commande (6) maintient ladite pompe à l’arrêt.
  6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel l’unité de commande (6) est agencée pour générer un signal représentatif d’un état courant de calcination de matière par le corps de chauffe et pour commander le passage de la configuration de calcination à la configuration de nettoyage en fonction de ce signal représentatif de l’état courant de calcination de matière par le corps de chauffe.
  7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel l’unité de commande (6) est reliée à au moins un capteur de température agencé pour mesurer une température représentative d’une température courante de la surface d’échange thermique et est reliée à un compteur de temps, l’unité de commande (6) étant agencée pour générer ledit signal représentatif d’un état courant de calcination de matière par le corps de chauffe en fonction de mesures de température générées par cet au moins un capteur de température et d’un décompte de temps effectué par ledit compteur de temps.
  8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le corps de chauffe (9) comporte un tube en métal supportant ladite surface d’échange thermique, ce tube en métal présentant une résistivité électrique et des plots d’alimentation électrique de ce tube en métal.
  9. Dispositif selon la revendication 8, comprenant un transformateur d’énergie (200) électriquement relié aux plots d’alimentation électrique dudit tube en métal, ce transformateur (200) étant adapté à transformer un courant d’alimentation électrique (C1) dudit transformateur d’énergie en un courant d’alimentation électrique (C2) des plots dudit tube en métal, ce courant d’alimentation électrique (C2) des plots ayant une intensité supérieure à une intensité du courant d’alimentation électrique (C1) dudit transformateur d’énergie.
  10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, dans lequel la surface d’échange thermique comporte des obstacles à l’écoulement de fluide circulant entre l’entrée et la sortie du corps de chauffe (9).
  11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comportant un dé-bulleur relié fluidiquement entre une arrivée d’alimentation en fluide (10a) du dispositif et ladite entrée (9a) du corps de chauffe (9), ce dé-bulleur étant adapté à permettre le passage dudit fluide de l’arrivée d’alimentation en fluide (10a) vers l’entrée (9a) du corps de chauffe (9) tout en interdisant le passage de gaz de l’arrivée d’alimentation en fluide (10a) vers l’entrée (9a) du corps de chauffe (9).
  12. Procédé de commande d’un dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant:
    - une étape de calcination dans laquelle le passage de fluide vers le corps de chauffe via ladite entrée d’admission de fluide (9a) est interdit, le système de vannage (107) est positionné en configuration de vidange et ladite surface d’échange thermique du corps de chauffe est chauffée au moins jusqu’à atteindre ladite température de calcination;
    - une étape de vidange postérieure à l’étape de calcination dans laquelle du fluide est admis vers le corps de chauffe (9) via ladite entrée d’admission de fluide 9a, le système de vannage (107) est toujours positionné en configuration de vidange pour pouvoir évacuer ce fluide et des matières calcinées vers le réservoir d’effluents (112).
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