EP1367858A1 - Installation de chauffage de produits, notamment visqueux - Google Patents

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EP1367858A1
EP1367858A1 EP02291336A EP02291336A EP1367858A1 EP 1367858 A1 EP1367858 A1 EP 1367858A1 EP 02291336 A EP02291336 A EP 02291336A EP 02291336 A EP02291336 A EP 02291336A EP 1367858 A1 EP1367858 A1 EP 1367858A1
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pipe
electrodes
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heating
sections
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Christian Aussudre
Marc Berthou
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/60—Heating arrangements wherein the heating current flows through granular powdered or fluid material, e.g. for salt-bath furnace, electrolytic heating

Definitions

  • the present invention relates to a heating installation for products, in particular viscous, comprising at least one pipe heating for the flow of said products. It could be in particular food products which must be subjected to cooking, sterilization, pasteurization, thermization or any treatment another essential treatment in food processing. He could also the treatment of effluents for the recovery of certain by-products.
  • the treatment must be carried out in the manner as efficient as possible, and the quality of the products must remain excellent, goal sought in all food industries, where we must comply with the regulations and prescriptions regarding vitamin content, texture, color of products etc.
  • heating is carried out the product continuously, it flows continuously in a pipe with heat conducting wall and heated from the outside.
  • the speed of the product remains zero on the wall, however, and its flow laminar is the cause of poor heat transmission and significant heterogeneity in the heating of the product, which is significantly less important in the center of the flow than in the vicinity of the wall. This is all the more annoying as the wall temperature must be relatively high due to the low heat exchange coefficient.
  • the heating time is also important, the power transferable per unit of power being low.
  • the object of the present invention is to remedy these disadvantages of the prior art, and to homogenize much more heat treatment of the product, thus increasing the quality of the product treated, without having to increase the heating power used to a given flow.
  • an installation in accordance with the present invention is characterized in that the heating pipe has at least one tubular section of electrically insulating material, both of which ends can be closed each by an electrode, both electrodes being connected to a power source, and volumes of the product to be heated being fed sequentially between the electrodes to stay there for an ohmic heating time determined, the current flowing between the electrodes crossing through any its section the volume of product introduced and immobilized between them, then what the volume of the treated product is discharged from said line.
  • Ohmic and volume heating is thus carried out in the mass of the product and in a perfectly homogeneous way, since the product does not flow down the pipeline during treatment, and there is no hot wall.
  • the product only flows into it during its introduction or its evacuation from the pipe. We can therefore bring into play an energy less heating than in known installations, while obtaining a better result, due to the decrease in losses.
  • the product is stopped in the pipeline during its treatment, but in using several pipes supplied in parallel and operating with a certain offset, we can obtain a flow important, with a flow of the treated product practically uninterrupted.
  • the installation can also be characterized in that the section tubular of the pipe is round and in that the electrodes, shaped circular discs of corresponding diameter, are permanently mounted at its two ends being movable in rotation about a diametrical axis, and this between two positions: an open position parallel to the axis of the pipe, for which the electrodes free the passage and allow the introduction of the volume of product in the section before heating as well that its evacuation after heating, and a closed position perpendicular to this axis of the pipe, for which this section is closed during the heating operation.
  • each electrode is connected by a mechanically leaves to a specific motor axis to rotate it between its opening and closing positions, and on the other hand electrically electric power source via a terminal connection, these mechanical and electrical connections being provided by watertight passages through the wall of the pipe.
  • the pipe will consist of several tubular sections aligned so as to constitute a continuous passage and smooth, two neighboring sections being separated by a connecting section tubular in electrically insulating material and constituting a housing for an intermediate electrode, which connecting section will be connected to the two adjacent sections by fixing flanges, sections constituting electrode housings of the same type being provided at both ends of said pipe and being connected by flanges to piping with fittings metallic, respectively input and output.
  • each pipe will be consisting of two successive sections and will consequently include three electrodes arranged respectively in three connecting sections.
  • the intermediate electrode will then advantageously be connected to a phase of a single-phase alternating current source via an isolation transformer, the end electrodes being connected to the other phase as well as to the earth.
  • a three-phase supply with four electrodes defining three heating sections, the extreme electrodes being earthed.
  • driving is then consisting of three successive sections and consequently comprises four electrodes arranged respectively in four connecting sections, the intermediate electrodes being connected to the phases of a source of three-phase alternating current through a transformer insulation, and the end electrodes being earthed.
  • this installation will include several pipes supplied with product volumes in parallel but with staggered heating cycles, so that a driving either in the supply phase or in product evacuation while that another pipe will be in the heating phase.
  • food electric may be common to the different pipes, by setting work of a power unit connecting in turn the power supply on the pipe which must be put in heating phase.
  • the installation's heat treatment line includes two tubular sections 1 with round cross section, aligned and separated from each other by an intermediate connecting section 2i of same section and constituting a housing for a shaped electrode thick circular disc with rounded edges, of corresponding diameter, referenced in 3.
  • the material constituting the sections and sections of the pipe is an electrically insulating material having good mechanical temperature resistance, such as for example polypropylene usable up to temperatures of around 100 ° C, or PEEK usable up to 200 to 250 ° C.
  • In 4 we have schematized a jack or other clean motor to make pivot the electrode on command around its vertical diametrical axis, to bring it either in the open position shown in the figure, for which the electrode disc 3 is parallel to the axis of the pipe and allows the passage of products, either in a closed position to which the electrode 3 is brought into a position perpendicular to this axis and completely closes the pipe.
  • In 5 we also represented schematically an electrical connection terminal to ensure the electrical connection between electrode 3 and a power source alternating current, not shown. The crossings of the wall of the driven by these mechanical and electrical connections are ensured by 6m and 6th watertight passages of all known types.
  • the sections 1 are connected to two other exactly similar sections and serving as housings with similar electrodes and connected in the same way than in the intermediate section; it is a 2nd entry section and a outlet section 2s, themselves connected to short steel pipes stainless steel fitted with standard metal fittings 7. Connections between sections 1 and sections on the one hand, between extreme sections 2e, 2i and connections 7 on the other hand, are provided by flanges 8.
  • the terminal 5 central unit is connected to a phase of the alternating current network single phase through an isolation transformer so avoid any current loopback with the distribution network, and the terminals 5 ends are connected to the other phase as well as to earth.
  • a torus of measurement can be inserted in this link in order to control the current of leak and to be able to cut off the power supply if a threshold is exceeded predetermined, this for safety.
  • the whole installation is fixed horizontally on a base of insulating material, and a cover (also not shown) covers the entire work area to avoid contact of operators with live parts during operation.
  • a new cycle identical to the previous one can then be performed.
  • the geometric and electrical characteristics of the installation will be determined from a specification specifying the initial and final temperatures of the product, its electrical conductivities at these temperatures as well as the hourly flow rate of the product, number of hourly operations. or heating time.
  • the dimensions will be calculated taking into account in particular the maximum voltage applicable on the electrodes and the admissible current density on their surface which, with certain materials, may be of the order of 2500 A / m 2 continuously, with a frequency of 50 Hz.
  • the material of the electrodes will be chosen according to the nature of the product treated, the current density and its frequency. There should not be in principle have neither corrosion nor electrochemical reaction with the product. Such materials are proposed in French patent n ° 98 03 154 at name of the applicant.
  • the present invention has the advantage of allowing the heating of very viscous and heat-sensitive products, and to eliminate a large number disadvantages of conventional installations, whatever the viscosity of the product. There is no risk of overheating, in the absence of a hot wall, and the heating of the product has excellent homogeneity and can be relatively fast, even with reduced electrical energy involved. It should be noted that the products should preferably have a conductivity less than 20 S / m.

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  • Control Of Resistance Heating (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

Installation de chauffage de produits, notamment visqueux, comprenant au moins une conduite chauffante pour l'écoulement desdits produits. Cette conduite comporte au moins une section tubulaire 1 en matériau électriquement isolant dont les deux extrémités peuvent être obturées chacune par une électrode 3, les deux électrodes étant reliées à une source d'alimentation en courant électrique, et des volumes du produit à chauffer étant amenés séquentiellement entre les électrodes 3 pour y séjourner pendant un temps de chauffage ohmique déterminé. Le courant passe entre les électrodes 3 en traversant dans toute sa section le volume de produit introduit et immobilisé entre elles, ensuite de quoi le volume du produit traité est évacué de ladite conduite. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne une installation de chauffage de produits, notamment visqueux, comprenant au moins une conduite chauffante pour l'écoulement desdits produits. Il pourra s'agir en particulier de produits alimentaires qui doivent être soumis à des traitements de cuisson, stérilisation, pasteurisation, thermisation ou tout autre traitement essentiel dans la transformation des aliments. Il pourrait s'agir aussi du traitement d'effluents pour la valorisation de certains sous-produits.
Lors de ces opérations, le traitement doit être réalisé de la façon la plus efficace possible, et la qualité des produits devra rester excellente, but recherché dans toutes les industries agro-alimentaires, où l'on doit respecter les règlements et prescriptions en matière de teneur en vitamines, texture, couleur des produits etc.
Dans certaines installations connues, on effectue un chauffage en continu du produit, celui-ci s'écoulant sans interruption dans une conduite à paroi conductrice de la chaleur et chauffée de l'extérieur. La vitesse du produit reste cependant nulle sur la paroi, et son écoulement laminaire est la cause d'une mauvaise transmission de la chaleur et d'une hétérogénéité importante dans le chauffage du produit, qui est sensiblement moins important au centre de l'écoulement qu'au voisinage de la paroi. Ceci est d'autant plus gênant que la température de paroi doit être relativement élevée du fait du faible coefficient d'échange thermique. En outre, le temps de chauffage est également important, la puissance transférable par unité de puissance étant faible.
Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients de la technique antérieure, et d'homogénéiser beaucoup plus le traitement thermique du produit, donc d'augmenter la qualité du produit traité, sans devoir augmenter la puissance de chauffage mise en jeu pour un débit donné.
A cet effet, une installation conforme à la présente invention est caractérisée en ce que la conduite chauffante comporte au moins une section tubulaire en matériau électriquement isolant dont les deux extrémités peuvent être obturées chacune par une électrode, les deux électrodes étant reliées à une source d'alimentation en courant électrique, et des volumes du produit à chauffer étant amenés séquentiellement entre les électrodes pour y séjourner pendant un temps de chauffage ohmique déterminé, le courant passant entre les électrodes en traversant dans toute sa section le volume de produit introduit et immobilisé entre elles, ensuite de quoi le volume du produit traité est évacué de ladite conduite.
On effectue ainsi un chauffage ohmique et volumique dans la masse du produit et de façon parfaitement homogène, puisque le produit ne s'écoule pas dans la conduite pendant son traitement, et qu'il n'y a pas de paroi chaude. Le produit ne s'y écoule que pendant son introduction ou son évacuation de la conduite. On pourra donc mettre en jeu une énergie de chauffage moins importante que dans les installations connues, tout en obtenant un résultat meilleur, du fait de la diminution des pertes. Certes le produit est stoppé dans la conduite pendant son traitement, mais en mettant en oeuvre plusieurs conduites alimentées en parallèle et fonctionnant avec un certain décalage, on pourra obtenir un débit important, avec un écoulement du produit traité pratiquement ininterrompu.
L'installation pourra encore être caractérisée en ce que la section tubulaire de la conduite est ronde et en ce que les électrodes, en forme de disques circulaires de diamètre correspondant, sont montées à demeure à ses deux extrémités en étant mobiles en rotation autour d'un axe diamétral, et ceci entre deux positions : une position d'ouverture parallèle à l'axe de la conduite, pour laquelle les électrodes libèrent le passage et permettent l'introduction du volume de produit dans la section avant chauffage ainsi que son évacuation après chauffage, et une position de fermeture perpendiculaire à cet axe de la conduite, pour laquelle cette section est obturée, pendant l'opération de chauffage.
On peut encore prévoir que chaque électrode est reliée d'une part mécaniquement à un axe moteur propre à la faire pivoter entre ses positions d'ouverture et de fermeture, et d'autre part électriquement à la source d'alimentation électrique par l'intermédiaire d'une borne de raccordement, ces liaisons mécanique et électrique étant assurées par des passages étanches de traversée de la paroi de la conduite.
Avantageusement, la conduite sera constituée de plusieurs sections tubulaires alignées de sorte à constituer un passage continu et lisse, deux sections voisines étant séparées par un tronçon de liaison tubulaire en matériau électriquement isolant et constituant un logement pour une électrode intermédiaire, lequel tronçon de liaison sera relié aux deux sections voisines par des brides de fixation, des tronçons constituant logements à électrode du même type étant prévus aux deux extrémités de ladite conduite et étant reliés par des brides à des tuyauteries à raccords métalliques, respectivement d'entrée et de sortie.
On pourra prévoir par exemple que chaque conduite sera constituée de deux sections successives et comportera par suite trois électrodes disposées respectivement dans trois tronçons de liaison. L'électrode intermédiaire sera alors avantageusement raccordée à une phase d'une source de courant alternatif monophasé par l'intermédiaire d'un transformateur d'isolement, les électrodes d'extrémité étant reliées à l'autre phase ainsi qu'à la terre. On pourra aussi utiliser, pour les puissances importantes, une alimentation en triphasé, avec quatre électrodes définissant trois sections de chauffage, les électrodes extrêmes étant raccordées à la terre. En d'autres termes, la conduite est alors constituée de trois sections successives et comporte par suite quatre électrodes disposées respectivement dans quatre tronçons de liaison, les électrodes intermédiaires étant raccordées aux phases d'une source de courant alternatif triphasé par l'intermédiaire d'un transformateur d'isolement, et les électrodes d'extrémité étant reliées à la terre.
Afin d'augmenter le débit d'une installation conforme à l'invention et de faire en sorte que le produit traité s'en écoule de façon quasi continue, il sera encore avantageux de prévoir que cette installation comportera plusieurs conduites alimentées en volumes de produit en parallèle mais avec des cycles de chauffage décalés, de sorte qu'une conduite soit en phase d'alimentation ou d'évacuation en produit tandis qu'une autre conduite sera en phase de chauffage. L'alimentation électrique pourra être commune aux différentes conduites, par mise en oeuvre d'un organe de puissance connectant à tour de rôle l'alimentation sur la conduite qui doit être mise en phase de chauffage.
Un mode d'exécution de l'invention va maintenant être décrit à titre d'exemple nullement limitatif avec référence à la figure unique du dessin ci-annexé qui représente de façon schématique une installation à trois électrodes et deux sections.
La conduite de traitement thermique de l'installation comporte deux sections tubulaires 1 à section transversale ronde, alignées et séparées l'une de l'autre par un tronçon de liaison intermédiaire 2i de même section et constituant un logement pour une électrode en forme de disque circulaire épais et à bords arrondis, de diamètre correspondant, référencée en 3. La matière constituant les sections et tronçons de la conduite est une matière électriquement isolante présentant une bonne tenue mécanique en température, telle que par exemple le polypropyléne utilisable jusqu'à des températures de l'ordre de 100°C, ou le PEEK utilisable jusqu'à 200 à 250 °C. On peut aussi envisager d'utiliser de la céramique, du verre ou encore un composite en résine imprégnée de fibres de verre. En 4 on a schématisé un vérin ou autre moteur propre à faire pivoter sur commande l'électrode autour de son axe diamétral vertical, pour l'amener soit dans la position d'ouverture représentée sur la figure, pour laquelle le disque d'électrode 3 est parallèle à l'axe de la conduite et autorise le passage des produits, soit dans une position de fermeture pour laquelle l'électrode 3 est amenée dans une position perpendiculaire à cet axe et obture complètement la conduite. En 5 on a représenté aussi schématiquément une borne de raccordement électrique pour assurer la liaison électrique entre l'électrode 3 et une source d'alimentation en courant alternatif, non représentée. Les traversées de la paroi de la conduite par ces liaisons mécanique et électrique sont assurées par des passages étanches 6m et 6e de tout type connu.
A l'opposé du tronçon intermédiaire 2i, les sections 1 sont raccordées à deux autres tronçons exactement semblables et servant de logements à des électrodes semblables et connectées de la même manière que dans le tronçon intermédiaire ; il s'agit d'un tronçon d'entrée 2e et d'un tronçon de sortie 2s, eux-mêmes reliés à de courtes tuyauteries en acier inoxydable équipées de raccords métalliques normalisés 7. Les connexions entre sections 1 et tronçons d'une part, entre tronçons extrêmes 2e, 2i et raccords 7 d'autre part, sont assurées par des brides 8.
Au point de vue du schéma électrique (non représenté), la borne 5 centrale est raccordée à une phase du réseau de courant alternatif monophasé par l'intermédiaire d'un transformateur d'isolement afin d'éviter tout bouclage de courant avec le réseau distributeur, et les bornes 5 d'extrémité sont reliées à l'autre phase ainsi qu'à la terre. Un tore de mesure peut être inséré dans cette liaison afin de contrôler le courant de fuite et de pouvoir couper l'alimentation en cas de dépassement d'un seuil prédéterminé, ceci par sécurité. L'ensemble de l'installation est fixé horizontalement sur un socle en matière isolante, et un capot (également non représenté) recouvre toute la zone de travail pour éviter un contact des opérateurs avec les parties sous tension lors du fonctionnement.
Ce fonctionnement de l'installation, dont les différentes phases peuvent être gérées par un automate, est le suivant
  • commande de la rotation des électrodes 3 pour les amener dans une position d'ouverture parallèle à l'axe de la conduite de traitement ;
  • introduction, par l'extrémité d'entrée de la conduite, du produit à traiter grâce à un système de pompage et éventuellement à un gaveur en cas de produit extrêmement visqueux ;
  • commande de la rotation des électrodes 3 pour les amener clans une position de fermeture perpendiculaire à l'axe de la conduite, déterminant ainsi deux sections de chauffage identiques ;
  • mise en tension des électrodes pendant le temps nécessaire à la montée en température jusqu'à la valeur choisie, puis coupure de l'alimentation, éventuellement après un palier de maintien en température ;
  • rotation en sens inverse des électrodes pour les ramener en position d'ouverture ; et
  • remise en marche du système de pompage, le produit arrivant dans la conduite chassant le produit traité qui en est ainsi évacué.
Un nouveau cycle identique au précédent peut alors être réalisé.
On comprend que les caractéristiques géométriques et électriques de l'installation seront déterminées à partir d'un cahier des charges spécifiant les températures initiale et finale du produit, ses conductivités électriques à ces températures ainsi que le débit horaire du produit, nombre d'opérations horaires ou temps de chauffage. Les dimensionnements seront calculés en prenant en compte notamment la tension maximale applicable sur les électrodes et la densité de courant admissible à leur surface qui, avec certains matériaux, pourra être de l'ordre de 2500 A/m2 en continu, avec une fréquence de 50 Hz.
Le matériau des électrodes sera choisi en fonction de la nature du produit traité, de la densité de courant et de sa fréquence. Il ne devra y avoir en principe ni corrosion ni réaction électrochimique avec le produit. De tels matériaux sont proposés dans le brevet français n° 98 03 154 au nom de la demanderesse.
La présente invention a l'avantage de permettre le chauffage de produits très visqueux et thermosensibles, et d'éliminer un grand nombre des inconvénients des installations classiques, quelle que soit la viscosité du produit. Il n'y a pas risque de surchauffe, en absence de paroi chaude, et le chauffage du produit présente une excellente homogénéité et peut être relativement rapide, même avec une énergie électrique mise en jeu réduite. Il est à noter que les produits devront avoir de préférence une conductivité électrique inférieure à 20 S/m.
Enfin et comme déjà indiqué plus haut, on peut augmenter encore le débit d'une telle installation en mettant en oeuvre plusieurs conduites alimentées, au point de vue produit, en parallèle, avec décalage dans le temps des différentes phases de fonctionnement, une conduite étant par exemple en phase d'introduction ou d'évacuation du produit tandis qu'une autre sera en phase de chauffage. Ces phases seront de préférence commandées par un automate ou autre organe de commande, lequel pourra aussi connecter automatiquement, par l'intermédiaire d'un organe de puissance, l'alimentation en courant alternatif sur les électrodes de la seule conduite qui sera en phase de chauffage. De la sorte on pourra rendre pratiquement continue la production de produit traité, sans augmenter le besoin en puissance électrique installée.

Claims (8)

  1. Installation de chauffage de produits, notamment visqueux, comprenant au moins une conduite chauffante pour l'écoulement desdits produits, caractérisée en ce que cette conduite comporte au moins une section tubulaire (1) en matériau électriquement isolant dont les deux extrémités peuvent être obturées chacune par une électrode (3), les deux électrodes (3) étant reliées à une source d'alimentation en courant électrique, et des volumes du produit à chauffer étant amenés séquentiellement entre les électrodes (3) pour y séjourner pendant un temps de chauffage ohmique déterminé, le courant passant entre les électrodes en traversant dans toute sa section le volume de produit introduit et immobilisé entre elles, ensuite de quoi le volume du produit traité est évacué de ladite conduite.
  2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la section tubulaire est ronde et en ce que les électrodes (3), en forme de disques circulaires de diamètre correspondant, sont montées à demeure à ses deux extrémités en étant mobiles en rotation autour d'un axe diamétral, et ceci entre deux positions : une position d'ouverture parallèle à l'axe de la conduite, pour laquelle les électrodes (3) libèrent le passage et permettent l'introduction du volume de produit dans la section (1) avant chauffage ainsi que son évacuation après chauffage, et une position de fermeture perpendiculaire à cet axe de la conduite, pour laquelle cette section (1) est obturée, pendant l'opération de chauffage.
  3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque électrode (3) est reliée d'une part mécaniquement à un axe moteur propre à la faire pivoter entre ses positions d'ouverture et de fermeture, et d'autre part électriquement à la source d'alimentation électrique par électrique étant assurées par des passages étanches (6m, 6e) de traversée de la paroi de la conduite.
  4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la conduite est constituée de plusieurs sections tubulaires alignées ( 1 ) de sorte à constituer un passage continu et lisse, deux sections voisines étant séparées par un tronçon de liaison (2i) tubulaire en matériau électriquement isolant et constituant un logement pour une électrode (3) intermédiaire, lequel tronçon de liaison (2i) est relié aux deux sections voisines (1) par des brides de fixation (8), des tronçons (2e, 2s) constituant logements à électrode du même type étant prévus aux deux extrémités de ladite conduite et étant reliés par des brides (8) à des tuyauteries à raccords métalliques (7), respectivement d'entrée et de sortie.
  5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la conduite est constituée de deux sections (1) successives et comporte par suite trois électrodes (3) disposées respectivement dans trois tronçons de liaison (2e, 2i, 2s), l'électrode (3) intermédiaire étant raccordée à une phase d'une source de courant alternatif monophasé par l'intermédiaire d'un transformateur d'isolement, et les électrodes (3) d'extrémité étant reliées à l'autre phase ainsi qu'à la terre.
  6. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la conduite est constituée de trois sections successives et comporte par suite quatre électrodes disposées respectivement dans quatre tronçons de liaison, les électrodes intermédiaires étant raccordées aux phases d'une source de courant alternatif triphasé par l'intermédiaire d'un transformateur d'isolement, et les électrodes d'extrémité étant reliées à la terre.
  7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs conduites alimentées en volumes de produit en parallèle mais ayant des cycles de chauffage décalés, de sorte qu'une conduite est en phase d'alimentation ou d'évacuation en produit tandis qu'une autre conduite est en phase de chauffage.
  8. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdites conduites sont constituées de polypropylène, de PEEK, de céramique, de verre ou d'un composite en résine imprégnée de fibres de verre ou analogues.
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