Appareil pour la torréfaction de graines et produits analogues
Le chauffage par hyperfréquence présente en principe l'avantage d'une grande rapidité. Toutefois les conditions de son application varient énormément suivant les produits.
La présente invention a pour objet un appareil pour la torréfaction de graines et produits analogues, tels que les fèves de cacao, par exemple, au moyen d'hyperfré- quences.
Le principe de la torréfaction du cacao sur un tapis sans fin au moyen d'un champ électrique à haute fréquence a été publié en 1960 au moins. Toutefois, le procédé et l'appareil décrits ne sont applicables qu'à une fréquence relativement peu élevée choisie entre 10 et 60 mégahertz.
Or, il y a avantage à utiliser des fréquences sensiblement plus élevées. En effet, l'intensité du champ électrique est limitée, particulièrement avec des produits humides, par le risque de claquage, et pour un même champ électrique, l'énergie transmise au produit est pro portionnelle à la fréquence.
De même, la durée du chauffage diminue en proportion de la fréquence.
Par contre, la pénétration diminue avec la fréquence, de sorte que le chauffage devient moins uniforme, ce qui limite la fréquence vers le haut.
Compte tenu des bandes de fréquence réservées à cette activité par la réglementation légale, il y a avantage à utiliser une fréquence comprise entre 2400 et 2500 mégahertz.
Avec des fréquences de cet ordre, un appareil comportant deux électrodes est inutilisable et l'emploi de guides d'ondes s'impose généralement dans la pratique.
Toutefois, on sait que ceux-ci doivent avoir une forme et des dimensions déterminées.
L'utilisation d'un guide d'onde comme tunnel pour le passage de la marchandise est pratiquement irréalisable à l'échelle industrielle, car ses dimensions seraient tout à fait insuffisantes pour laisser passage à un débit de marchandise de grandeur industrielle. En effet, celles-ci sont étroitement liées à la fréquence et pour les fréquences considérées, la largeur du guide d'onde serait de l'ordre de 5 cm seulement
En outre, la répartition du champ électrique le long du guide d'onde serait fort difficile à déterminer en raison de l'influence très importante de l'humidité du produit (qui peut atteindre 15 %) et de la variation de celle-ci le long du tunnel. La longueur nécessaire du guide d'onde ne pourrait donc être trouvée qu'après de nombreux tâtonnements.
Enfin, les orifices de passage de la marchandise à traiter provoqueraient des fuites et des perturbations compromettant le fonctionnement de tout le système.
L'invention propose une solution aux problèmes évoqués ci-dessus. Elle concerne un appareil du genre décrit, caractérisé par le fait qu'il comporte un tapis de transport destiné à être chargé du produit à traiter, un générateur d'hyperfréquences et un guide d'onde composé de plusieurs éléments transversaux par rapport à l'axe longitudinal du tapis et reliés par des coudes, ces éléments présentant, pour le passage du tapis, des fentes bordées de lèvres, la distance séparant ces dernières ne dépassant pas un huitième de la longueur d'onde dans le guide d'onde.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple une forme d'exécution de l'appareil selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en plan.
La fig. 2 est une coupe d'un élément transversal du guide d'onde selon II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est un agrandissement partiel d'un détail de la fig. 2.
La fig. 4 est un graphique des ondes stationnaires dans deux éléments du guide d'onde.
L'appareil représenté comporte un générateur d'hyperfréquences 1 relié à un guide d'onde généralement désigné par 2. Celui-ci est composé de plusieurs éléments transversaux 21, 22, 23, 24... reliés par des coudes 31, 32, 33... et se termine par une charge adaptée 4constituée par de l'eau ou une cavité à paroi de ferrite. Cette charge sert essentiellement de sécurité car il est clair que pour avoir un rendement optimum, L'énergie émise par le générateur doit être complètement absorbée à l'extrémité du guide d'onde. A cet égard, la forme d'exécution représentée est avantageuse, car l'adaptation finale est facilitée par la possibilité d'enlever ou d'ajouter aisément un élément.
L'appareil comporte d'autre part un tapis de transport, en l'occurrence un ruban sans fin 5 actionné par un moteur 6. Ce ruban est très mince et constitué d'une matière transparente aux hyperfréquences comme le téflon pour éviter toute perturbation dans la répartition de l'énergie. En variante, ce ruban sans fin pourrait être remplacé par un tapis vibrant. De préférence, sa surface est rugueuse pour assurer un meilleur entraînement du produit qu'il transporte. A l'entrée du tapis, un dispositif calibreur et répartiteur garantit la régularité de la couche de produit granulé. Ce ruban passe à travers les éléments transversaux du guide d'onde par des fentes ménagées dans ceux-ci et dont la conformation est visible sur les fig. 2 et 3.
La fig. 2 est une coupe transversale d'un élément du guide d'onde et l'on reconnaît le ruban 5 sur lequel repose le produit granulé 7. La fente 8 ménagée dans la paroi du guide d'onde pour le passage du tapis et du produit granulé est bordée de lèvres 9. Ces lèvres sont séparées par une distance ne dépassant pas un huitième de la longueur d'onde dans le guide d'onde. Ainsi l'énergie ne peut se propager à travers ce canal et celui-ci forme un piège qui retient les fuites d'énergie. Toutefois, dans la forme d'exécution représentée de manière simplifiée à la fig. 2, L'énergie retenue est réfléchie à l'intérieur du guide d'onde et perturbe la répartition générale de l'énergie dans celui-ci.
Pour éviter cet inconvénient, les lèvres 9 sont rainées à l'intérieur en 10 et la profondeur 1 de la rainure est environ égale à la distance h séparant les deux lèvres. La cavité (de section approximativement carrée) ainsi constituée forme un résonateur dans lequel les fuites d'énergie restent stationnaires.
Enfin, pour faciliter l'échappement de la vapeur d'eau dégagée par le produit, les éléments de guide d'onde sont perforés comme une passoire. Avec des trous dont le diamètre n'excède pas 1/40 de la longueur d'onde, on a constaté que les pertes d'énergie sont nulles.
La répartition de l'énergie le long du guide d'onde est représentée schématiquement à la fig. 4. L'énergie forme des ondes stationnaires avec des creux 11 et des ventres 12. Pour que l'énergie soit régulièrement répartie sur toute la largeur du ruban 5, il y a intérêt à ce que les ondes stationnaires d'un élément soient décalées par rapport à celles d'un élément précédent, ainsi que le montre la fig. 4. Il suffit pour cela de donner au coude 3 une longueur appropriée, différente d'un multiple entier de la demi-longueur d'onde.
Enfin, l'énergie est peu à peu absorbée le long du guide d'onde de sorte que si par exemple l'énergie à l'entrée de l'élément supérieur de la fig. 4 est de 5 W, elle sera de 4 W à la sortie de cet élément et à l'entrée de l'élément inférieur, et de 3 W à la sortie de ce dernier.
Cet exemple purement arbitraire est destiné à faire comprendre que la répartition de l'énergie sur la largeur du ruban est symétrique si les éléments de guide d'onde vont par paires. En effet, dans la fig. 4, une diminution d'énergie de droite à gauche dans l'élément supérieur est compensée par une diminution de gauche à droite dans l'élément inférieur. L'addition des puissances dé montre aussi cette symétrie: à gauche, 4 W + 4W =I 8 W; à droite, 5W + 3W = 8 W. Il y a donc intérêt à prévoir un nombre pair d'éléments transversaux.
Il pourrait sembler que le produit doive transiter de préférence dans le sens de l'émission d'énergie, c'est-àdire de droite à gauche sur la fig. 1, de telle sorte que le maximum d'énergie soit appliqué au produit contenant le maximum d'humidité, et le minimum au produit séché. En réalité, l'expérience a confirmé qu'il était préférable de faire le contraire, c'est-à-dire que le produit soit déplacé de l'extrémité du guide d'onde la plus éloignée vers l'extrémité la plus proche du générateur d'hyperfréquences.
Exemple
L'appareil est destiné à la torréfaction de fèves de cacao. Le générateur fournit une puissance de 1250W à la fréquence de 2450 + 25 MHz, correspondant à une longueur de 12,24cl dans l'espace. Il est relié à un guide d'onde WR 430 dans lequel la longueur d'onde À g est de 14,7716 cm. Les éléments transversaux de ce guide d'onde sont percés de trous circulaires de 3 mm de diamètre. La hauteur des fentes de passage du produit est de 18rem. Les fèves d'un diamètre maximum de 14 mm et d'une teneur en eau initiale de 6,5 % sont débitées à raison de 15 kg/h. Elles sont portées par un ruban de téflon grainé de 0,25 mm d'épaisseur, et avancent à une vitesse de 0,7 m/minute environ.
Compte tenu d'un certain glissement, les fèves parcourent environ 2 mètres en 4 minutes. Leur humidité à la sortie est d'environ 20/,.
Avec une couche de fèves de cacao d'une épaisseur de 15 mm et avec une teneur maximum en eau de 15
I'expérience a permis de déterminer les dimensions suivantes pour le piège:
h =I= 18mm (au/8= 14,77 cm/8 = 18,5 mm)
1' =25mm
h' 2mm
Apparatus for roasting seeds and similar products
In principle, microwave heating has the advantage of high speed. However, the conditions of its application vary enormously depending on the product.
The present invention relates to an apparatus for roasting seeds and the like, such as cocoa beans, for example, by means of microwave frequencies.
The principle of roasting cocoa on an endless belt using a high-frequency electric field was published in at least 1960. However, the method and apparatus described are applicable only at a relatively low frequency selected between 10 and 60 megahertz.
However, there is an advantage in using significantly higher frequencies. In fact, the intensity of the electric field is limited, particularly with wet products, by the risk of breakdown, and for the same electric field, the energy transmitted to the product is proportional to the frequency.
Likewise, the heating time decreases in proportion to the frequency.
On the other hand, the penetration decreases with the frequency, so that the heating becomes less uniform, which limits the frequency upwards.
Taking into account the frequency bands reserved for this activity by legal regulations, it is advantageous to use a frequency between 2400 and 2500 megahertz.
With frequencies of this order, an apparatus comprising two electrodes is unusable and the use of waveguides is generally necessary in practice.
However, it is known that these must have a determined shape and dimensions.
The use of a waveguide as a tunnel for the passage of the goods is practically impracticable on an industrial scale, because its dimensions would be quite insufficient to allow passage of a flow of goods of industrial size. Indeed, these are closely related to the frequency and for the frequencies considered, the width of the waveguide would be of the order of only 5 cm.
In addition, the distribution of the electric field along the waveguide would be very difficult to determine because of the very significant influence of the humidity of the product (which can reach 15%) and the variation of the latter on along the tunnel. The necessary length of the waveguide could therefore only be found after much trial and error.
Finally, the openings for the passage of the goods to be treated would cause leaks and disturbances compromising the operation of the entire system.
The invention proposes a solution to the problems mentioned above. It relates to an apparatus of the type described, characterized in that it comprises a conveyor belt intended to be loaded with the product to be treated, a microwave generator and a waveguide composed of several transverse elements with respect to the longitudinal axis of the mat and connected by elbows, these elements having, for the passage of the mat, slits bordered by lips, the distance separating the latter not exceeding one eighth of the wavelength in the waveguide.
The accompanying drawing shows by way of example an embodiment of the apparatus according to the invention.
Fig. 1 is a plan view.
Fig. 2 is a sectional view of a transverse element of the waveguide along II-II of FIG. 1.
Fig. 3 is a partial enlargement of a detail of FIG. 2.
Fig. 4 is a graph of standing waves in two elements of the waveguide.
The apparatus shown comprises a microwave generator 1 connected to a waveguide generally designated by 2. The latter is composed of several transverse elements 21, 22, 23, 24 ... connected by elbows 31, 32, 33 ... and ends with a suitable charge 4 consisting of water or a cavity with a ferrite wall. This load is essentially used as a security because it is clear that to have an optimum efficiency, the energy emitted by the generator must be completely absorbed at the end of the waveguide. In this respect, the embodiment shown is advantageous, since the final adaptation is facilitated by the possibility of easily removing or adding an element.
The device also comprises a conveyor belt, in this case an endless ribbon 5 actuated by a motor 6. This ribbon is very thin and made of a material transparent to microwave frequencies such as Teflon to avoid any disturbance in the material. the distribution of energy. As a variant, this endless ribbon could be replaced by a vibrating carpet. Preferably, its surface is rough to ensure better entrainment of the product which it transports. At the entrance of the belt, a sizing and distributing device guarantees the regularity of the layer of granulated product. This tape passes through the transverse elements of the waveguide through slits formed in them and whose conformation is visible in FIGS. 2 and 3.
Fig. 2 is a cross section of an element of the waveguide and one recognizes the strip 5 on which the granulated product 7 rests. The slot 8 formed in the wall of the waveguide for the passage of the carpet and the product. granule is lined with lips 9. These lips are separated by a distance not exceeding one eighth of the wavelength in the waveguide. Thus energy cannot propagate through this channel and it forms a trap which retains energy leaks. However, in the embodiment shown in a simplified manner in FIG. 2, The retained energy is reflected inside the waveguide and disturbs the general distribution of energy in the latter.
To avoid this drawback, the lips 9 are grooved inside at 10 and the depth 1 of the groove is approximately equal to the distance h separating the two lips. The cavity (of approximately square section) thus formed forms a resonator in which the energy leaks remain stationary.
Finally, to facilitate the escape of the water vapor given off by the product, the waveguide elements are perforated like a sieve. With holes whose diameter does not exceed 1/40 of the wavelength, it has been observed that the energy losses are zero.
The distribution of energy along the waveguide is shown schematically in FIG. 4. The energy forms standing waves with hollows 11 and bellies 12. So that the energy is evenly distributed over the entire width of the strip 5, it is advantageous that the standing waves of an element are shifted. compared to those of a previous element, as shown in FIG. 4. It suffices for this to give the elbow 3 an appropriate length, different from an integer multiple of the half-wavelength.
Finally, the energy is gradually absorbed along the waveguide so that if for example the energy at the input of the upper element of FIG. 4 is 5 W, it will be 4 W at the output of this element and at the input of the lower element, and 3 W at the output of the latter.
This purely arbitrary example is intended to make it understood that the distribution of energy over the width of the strip is symmetrical if the waveguide elements go in pairs. In fact, in FIG. 4, a decrease in energy from right to left in the upper element is compensated by a decrease from left to right in the lower element. The addition of the powers of also shows this symmetry: on the left, 4 W + 4W = I 8 W; on the right, 5W + 3W = 8 W. It is therefore advantageous to provide an even number of transverse elements.
It could seem that the product should preferably transit in the direction of the energy emission, that is to say from right to left in fig. 1, so that the maximum energy is applied to the product containing the maximum moisture, and the minimum to the dried product. In fact, experience has confirmed that it is better to do the opposite, i.e., move the product from the furthest end of the waveguide to the end closest to the waveguide. microwave generator.
Example
The device is intended for roasting cocoa beans. The generator provides a power of 1250W at the frequency of 2450 + 25 MHz, corresponding to a length of 12.24cl in space. It is connected to a WR 430 waveguide in which the wavelength λ g is 14.7716 cm. The transverse elements of this waveguide are drilled with circular holes 3 mm in diameter. The height of the product passage slots is 18rem. Beans with a maximum diameter of 14 mm and an initial water content of 6.5% are debited at a rate of 15 kg / h. They are carried by a grained Teflon tape 0.25 mm thick, and advance at a speed of about 0.7 m / minute.
Given a certain slippage, the beans travel about 2 meters in 4 minutes. Their humidity at the outlet is about 20 / ,.
With a layer of cocoa beans with a thickness of 15 mm and with a maximum water content of 15
The experiment made it possible to determine the following dimensions for the trap:
h = I = 18mm (au / 8 = 14.77 cm / 8 = 18.5 mm)
1 '= 25mm
h '2mm