FR2863829A1 - Continuous heat treatment process for fluid foodstuff passing through duct uses electrodes in duct walls and controlling of surface temperature - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet un procédé de traitement thermiqueThe present invention relates to a heat treatment process
continu de fluide, et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. continuous fluid, and a device for carrying out this method.
Il pourra, par exemple, s'agir de traiter thermiquement des produits alimentaires, solides, entiers, ou en morceaux, dans du jus, de la sauce, de la saumure ou autre, qui doivent être soumis à une étape de cuisson, stérilisation, pasteurisation, ou tout autre traitement pour la transformation des aliments. It may, for example, be heat-treated food products, solid, whole or in pieces, in juice, sauce, brine or other, which must be subjected to a cooking step, sterilization, pasteurization, or other processing for food processing.
On connaît les technologies à chauffage volumique, notamment par microondes, radiofréquences, ou encore chauffage ohmique, qui permettent un chauffage dans l'ensemble du volume des produits contrairement aux échanges thermiques à surface d'échanges. We know the technologies with volume heating, including microwave, radio frequency, or ohmic heating, which allow heating in the entire volume of products in contrast to thermal exchange surface exchange.
En particulier, on connaît un dispositif de chauffage ohmique en continu à fluide circulant dans une conduite, et soumis à un champ électrique. Il présente au moins deux électrodes en contact avec le fluide. Ce dernier, lui même conducteur de courant électrique est soumis à une élévation de températures par perte diélectrique. In particular, there is known a continuous ohmic heating device fluid flowing in a pipe, and subjected to an electric field. It has at least two electrodes in contact with the fluid. The latter, itself an electric current conductor, is subjected to an increase in temperature by dielectric loss.
Cependant, tout comme les échanges thermiques à surface d'échange, les technologies à chauffage volumique connues engendrent un chauffage non homogène lorsqu'il s'agit de traiter un fluide circulant dans une conduite. Ce phénomène est à l'origine de l'encrassement de la conduite. However, as exchange surface heat exchange, known volume heating technologies cause inhomogeneous heating when it comes to treating a fluid flowing in a pipe. This phenomenon is at the origin of the fouling of the pipe.
Des solutions existent pour tenter d'homogénéiser la température et limiter le processus d'encrassement lors du chauffage volumique. Solutions exist to try to homogenize the temperature and limit the fouling process during volume heating.
Une première solution consiste à contrôler la pression dans la conduite afin de créer un filament de vapeur homogénéisant la température dans le produit et limitant ainsi l'encrassement. Toutefois, cette solution est délicate à mettre en oeuvre. A first solution is to control the pressure in the pipe to create a vapor filament homogenizing the temperature in the product and thus limiting fouling. However, this solution is difficult to implement.
Une deuxième solution consiste à utiliser des conduites à faible section favorisant un régime d'écoulement turbulent. Les turbulences ainsi créées homogénéisent les températures dans le fluide et limitent ainsi l'encrassement. Toutefois, cette solution est limitée aux fluides homogènes peu visqueux. A second solution is to use pipes with a small section favoring a turbulent flow regime. The turbulences thus created homogenize the temperatures in the fluid and thus limit the fouling. However, this solution is limited to homogeneous low viscosity fluids.
Une autre solution consiste à diviser le processus en deux étapes. Une première étape consiste à chauffer, immobile, les produits dans une conduite, et une deuxième étape à les évacuer de ladite conduite. Toutefois, ce procédé est discontinu et permet donc de traiter un volume inférieur de produits par rapport à un système continu. Another solution is to divide the process into two steps. A first step is to heat, still, the products in a pipe, and a second step to remove them from said pipe. However, this process is discontinuous and therefore makes it possible to treat a lower volume of products compared to a continuous system.
Lors de leurs travaux, les inventeurs ont étudié ce phénomène d'encrassement et ont remarqué qu'il s'explique par le fait que le fluide en régime d'écoulement laminaire a une vitesse faible près des parois et maximale dans l'axe de symétrie de la conduite. Ainsi, le fluide situé près de la paroi est exposé plus longtemps au moyen de chauffage volumique que la couche se trouvant au centre de la conduite. During their work, the inventors have studied this phenomenon of fouling and have noticed that it is explained by the fact that the fluid in the laminar flow regime has a low speed near the walls and a maximum in the axis of symmetry. of driving. Thus, the fluid located near the wall is exposed longer by volume heating means than the layer in the center of the pipe.
Alors, la température à la surface de la conduite est donc bien supérieure à la température moyenne du fluide et est à l'origine de l'encrassement. De plus, les inventeurs ont également mis en exergue que ce phénomène est accentué pour le procédé de chauffage ohmique, le fluide présentant une conductivité électrique supérieure lorsque la température augmente. Then, the temperature on the surface of the pipe is well above the average temperature of the fluid and is the cause of fouling. In addition, the inventors have also pointed out that this phenomenon is accentuated for the ohmic heating method, the fluid having a higher electrical conductivity when the temperature increases.
La présente invention concerne un procédé de traitement thermique continu de fluide, notamment alimentaire, qui a pour objet de limiter l'encrassement de la conduite tout en palliant les inconvénients précités de l'état de la technique. The present invention relates to a continuous thermal treatment process of fluid, especially food, which aims to limit the fouling of the pipe while overcoming the aforementioned drawbacks of the state of the art.
Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de traitement thermique qui permet d'uniformiser la distribution des températures. Ainsi, la température maximale par ce procédé, sur une section de la conduite, est sensiblement diminuée et est déplacée en direction du centre de celle-ci. Another object of the invention is to provide a heat treatment process which makes it possible to standardize the distribution of temperatures. Thus, the maximum temperature by this method, on a section of the pipe, is substantially decreased and is moved towards the center thereof.
Un autre avantage du procédé conforme à l'invention réside dans le fait qu'il permet de traiter un grand tonnage de produits étant donné qu'il s'agit d'un procédé en continu. Another advantage of the process according to the invention lies in the fact that it makes it possible to process a large tonnage of products since it is a continuous process.
Un autre avantage du procédé est qu'il permet d'utiliser une conduite chauffante de large dimension et ainsi d'avoir dans le produit de faibles coefficients de cisaillement. Aussi, on pourra traiter des produits alimentaires solides, entiers, ou en morceaux, en suspension dans un liquide. Des produits fragiles, par exemple des fraises, peuvent donc être traitées. Another advantage of the method is that it allows the use of a large size heating pipe and thus to have in the product low shear coefficients. Also, solid food products, whole or in pieces, can be treated in suspension in a liquid. Fragile products, for example strawberries, can therefore be processed.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de traitement thermique qui permet d'obtenir un produit de qualité avec une surveillance limitée. Another object of the invention is to propose a heat treatment device which makes it possible to obtain a quality product with limited surveillance.
D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. Other objects and advantages of the present invention will become apparent during the description which is given for information only and which is not intended to limit it.
Selon l'invention, le procédé de traitement thermique en continu de fluide, notamment alimentaire, est caractérisé en ce qu'on crée une veine de fluide à traiter, on chauffe la veine de façon volumique et on contrôle la température surfacique de ladite veine. According to the invention, the process of continuous thermal treatment of fluid, especially food, is characterized in that creates a stream of fluid to be treated, the volume is heated volumetrically and the surface temperature of said vein is controlled.
Elle met en oeuvre plus précisément un procédé de chauffage volumique dans lequel la température de surface de la veine de fluide à traiter est contrôlée de manière à uniformiser la distribution des températures dudit fluide à traiter sur une section perpendiculaire de ladite veine. Ce contrôle permet également d'éviter une surchauffe dudit fluide à traiter et ainsi l'encrassement des conduites. It uses more precisely a volume heating process in which the surface temperature of the fluid stream to be treated is controlled so as to standardize the temperature distribution of said fluid to be treated on a perpendicular section of said vein. This control also makes it possible to avoid overheating of said fluid to be treated and thus clogging of the pipes.
L'invention a également pour objet un dispositif conçu pour la mise en oeuvre du procédé précité, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens pour créer une veine de fluide à traiter, - des moyens pour chauffer la veine de façon volumique, - des moyens pour contrôler la température surfacique de ladite veine. The invention also relates to a device designed for the implementation of the aforementioned method, characterized in that it comprises: - means for creating a stream of fluid to be treated, - means for heating the vein volumetrically, means for controlling the surface temperature of said vein.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels: - la figure 1 est une vue schématique permettant d'expliquer le procédé conforme à l'invention pour le traitement thermique en continu de fluide, notamment alimentaire, - la figure 2 est une vue schématique des températures du fluide à traiter sur une section perpendiculaire de la veine lors du chauffage volumique sans et avec contrôle de la température de la surface de la veine. The invention will be better understood on reading the following description accompanied by the appended drawings in which: FIG. 1 is a schematic view making it possible to explain the process according to the invention for the continuous heat treatment of fluid, in particular FIG. 2 is a schematic view of the temperatures of the fluid to be treated on a perpendicular section of the vein during volume heating without and with control of the temperature of the surface of the vein.
- la figure 3 est une vue schématique de la section d'une première variante du dispositif conçu pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, - la figure 4 est une vue schématique de la section d'une autre variante du dispositif conçu pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. FIG. 3 is a schematic view of the section of a first variant of the device designed for implementing the method according to the invention; FIG. 4 is a schematic view of the section of another variant of the device; designed for the implementation of the method according to the invention.
La présente invention a pour objet un procédé de traitement thermique volumique de fluide, notamment alimentaire, et un dispositif conçu pour la mise en oeuvre de ce procédé. The subject of the present invention is a process for the thermal treatment of fluid, especially food, and a device designed for carrying out this process.
Selon l'invention, tout d'abord, on crée une veine 1 de fluide 2 en mouvement, notamment, dans le sens de la flèche 3. According to the invention, firstly, a vein 1 of fluid 2 is created in motion, in particular in the direction of arrow 3.
Dans un mode de mise en oeuvre du procédé, on canalise le fluide en mouvement dans une conduite 11 de traitement. La conduite est avantageusement lisse et ne présente aucun point d'arrêt pour le fluide 2 afin d'éviter toutes zones de stagnation à l'origine de l'encrassement de la conduite. In one embodiment of the method, the moving fluid is channeled in a treatment pipe 11. The pipe is advantageously smooth and has no stopping point for the fluid 2 in order to avoid any stagnation zones at the origin of fouling of the pipe.
Puis, selon l'invention, on chauffe la veine 1 au moins sur une section 4 de celle-ci. Then, according to the invention, the vein 1 is heated at least on a section 4 thereof.
II pourra s'agir de technologies de chauffage volumique tel que le chauffage ohmique, micro-ondes, par radiofréquences ou encore tout autre technologie traitant les fluides dans la masse. These may be volumetric heating technologies such as ohmic heating, microwaves, radio frequencies or any other technology treating the fluids in the mass.
Ensuite, selon l'invention, on contrôle la température surfacique 5 de ladite veine 1 du fluide 2. Then, according to the invention, the surface temperature of said vein 1 of the fluid 2 is controlled.
Dans un mode de mise en oeuvre du procédé on contrôle la température surfacique 5 de manière à uniformiser la distribution des températures dudit fluide 2 à traiter sur une section perpendiculaire de ladite veine 1. Dans un mode avantageux, on refroidit la surface de ladite veine 1 pour contrôler la température surfacique 5. 15 In one embodiment of the method, the surface temperature is controlled in such a way as to uniformize the distribution of the temperatures of said fluid 2 to be treated on a perpendicular section of said vein 1. In an advantageous mode, the surface of said vein 1 is cooled. to control the surface temperature 5. 15
Par ailleurs, on règle la température surfacique 5 de manière à limiter l'encrassement de ladite conduite. In addition, the surface temperature is adjusted so as to limit the fouling of said pipe.
En outre, on chauffe dans la masse ledit fluide 2 et on refroidit de manière surfacique les parois 10 de ladite conduite 11 sur une même section 4. In addition, said fluid 2 is heated in the mass and the walls 10 of said pipe 11 are surface-cooled on a same section 4.
La figure 2 présente un graphique des températures sur une section perpendiculaire de ladite conduite, en fonction des rayons dans la conduite, dans l'exemple où la veine est cylindrique. Ainsi, l'axe 6 est l'ordonnée des températures et l'axe 7 est celui des rayons dans la conduite. FIG. 2 presents a graph of the temperatures on a perpendicular section of said pipe, as a function of the radii in the pipe, in the example where the vein is cylindrical. Thus, the axis 6 is the ordinate of the temperatures and the axis 7 is that of the spokes in the pipe.
La courbe 8 présente la distribution des températures avec chauffage volumique mais sans contrôle de la température surfacique des parois de la conduite. La courbe 9 présente la distribution des températures obtenue en combinant l'action du chauffage volumique avec le contrôle de la température surfacique des parois de la conduite. Curve 8 shows the temperature distribution with volume heating but without control of the surface temperature of the walls of the pipe. Curve 9 shows the temperature distribution obtained by combining the action of space heating with the control of the surface temperature of the walls of the pipe.
A cause des phénomènes de friction du fluide 2 par rapport aux parois de la conduite, en régime d'écoulement laminaire, ce dernier a une vitesse faible près des parois 10 de la conduite 11 et maximale dans l'axe de symétrie de la conduite. Les inventeurs ont observé, lors de leurs travaux, que ce phénomène se traduit tel que sur la courbe 8 par des températures près des parois 10 bien supérieures à la température moyenne du fluide 2. Due to friction phenomena of the fluid 2 with respect to the walls of the pipe, laminar flow regime, the latter has a low speed near the walls 10 of the pipe 11 and maximum in the axis of symmetry of the pipe. The inventors observed, during their work, that this phenomenon is reflected as on curve 8 by temperatures near the walls 10 much higher than the average temperature of the fluid 2.
Lors de leur expérimentation, ils sont parvenus à uniformiser la distribution des températures, tel que sur la courbe 9, et à baisser la température près des parois 10 en refroidissant de manière surfacique les parois 10 de la conduite 11. Ainsi, en refroidissant les parois 10 de la conduite 11, les maxima des températures, sur une section perpendiculaire, sont sensiblement diminuées et se déplacent radialement vers le centre de la conduite telle que vu en courbe 9. During their experimentation, they managed to standardize the distribution of temperatures, as on curve 9, and to lower the temperature near the walls 10 by surface cooling the walls 10 of the pipe 11. Thus, by cooling the walls 10 of the pipe 11, the maximum temperatures, on a perpendicular section, are substantially reduced and move radially towards the center of the pipe as seen in curve 9.
En outre, dans un mode de mise en oeuvre du procédé, on mesure avantageusement la température des parois 10 de ladite conduite, et on prévoit une boucle de régulation asservissant le système de refroidissement à une valeur consigne de la température de surface de ladite conduite. La valeur de consigne peut être avantageusement choisie inférieure à la température critique de l'encrassement du fluide 2 à traiter. In addition, in one embodiment of the method, the temperature of the walls 10 of said pipe is advantageously measured, and a control loop is provided which controls the cooling system at a set value of the surface temperature of said pipe. The reference value may advantageously be chosen to be lower than the critical temperature of the fouling of the fluid 2 to be treated.
Cela étant, selon le dispositif conforme à l'invention pour la mise en oeuvre du procédé, il comprend des moyens pour créer une veine 1 de fluide 2 à traiter, des moyens pour chauffer la veine 1 de façon volumique et, des moyens pour contrôler la température surfacique 5 de ladite veine 1. However, according to the device according to the invention for the implementation of the method, it comprises means for creating a stream 1 of fluid 2 to be treated, means for heating the vein 1 in a volume manner and means for controlling the surface temperature of said vein 1.
Selon un mode de réalisation du dispositif conçu pour la mise en oeuvre du procédé, le dispositif comprend une conduite 11 canalisant le fluide 2 en mouvement, notamment dans le sens de la flèche 3. According to one embodiment of the device designed for the implementation of the method, the device comprises a pipe 11 channeling the fluid 2 in motion, in particular in the direction of the arrow 3.
Ladite conduite 11, ici cylindrique, d'axe de symétrie 19, est reliée à une conduite amont et aval de même section par des brides de fixation 18. Said pipe 11, here cylindrical, of axis of symmetry 19, is connected to an upstream and downstream pipe of the same section by fastening flanges 18.
Selon un mode de réalisation du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, les moyens de chauffage sont constitués par au moins deux électrodes séparées entre elles par une paroi électriquement isolante. According to one embodiment of the device for carrying out the method, the heating means consist of at least two electrodes separated from each other by an electrically insulating wall.
Plus précisément, dans le mode de réalisation illustré en figure 3 et 4, chaque conduite de chauffage comporte d'une part une électrode centrale 13a ou 13b reliée à une phase de courant alternatif et d'autre part à deux électrodes 12 à leur extrémité, reliées à l'autre phase ainsi qu'à la terre. More precisely, in the embodiment illustrated in FIGS. 3 and 4, each heating pipe comprises, on the one hand, a central electrode 13a or 13b connected to an alternating current phase and, on the other hand, to two electrodes 12 at their end, connected to the other phase as well as to the earth.
Ces électrodes sont séparées par une paroi électriquement isolante 14. These electrodes are separated by an electrically insulating wall 14.
Cette conduite de traitement peut-être réalisée dans une matière strictement électriquement isolante présentant une bonne tenue mécanique de la matière à la température, telle que par exemple le polypropylène utilisable jusqu'à des températures de l'ordre de 100 C ou le poly-étheréther-cétone (PEEK). Ce dernier a un point de fusion à 354 C et est utilisable jusqu'à 250 C. This treatment pipe can be made in a strictly electrically insulating material having a good mechanical strength of the material at temperature, such as for example polypropylene usable up to temperatures of about 100 C or the polyetherether -Ketone (PEEK). The latter has a melting point at 354 C and is usable up to 250 C.
Avantageusement, pour le traitement de fluides circulant à haut débit, d'autres électrodes peuvent être ajoutées, disposées préférablement en alternant une électrode reliée à la phase d'une source de courant monophasé alternatif et une autre reliée à l'autre phase ainsi qu'à la terre. Pour des puissances importantes, on peut aussi envisager l'utilisation d'une alimentation triphasée, avec quatre électrodes, les électrodes extrêmes étant raccordées à la terre. Advantageously, for the treatment of fluids circulating at a high flow rate, other electrodes may be added, preferably arranged by alternating an electrode connected to the phase of a source of alternating single-phase current and another connected to the other phase as well as To the earth. For large powers, one can also consider the use of a three-phase power supply, with four electrodes, the extreme electrodes are connected to the ground.
Selon un mode de réalisation du dispositif, les moyens de refroidissement sont constitués par un circuit de circulation d'un fluide frigo- porteur 15 à contre ou co-courant dudit fluide 2. According to one embodiment of the device, the cooling means consist of a circuit for circulating a refrigerant fluid 15 against or co-current of said fluid 2.
Avantageusement, la circulation du fluide frigo-porteur 15 se fait à cocourant du fluide 2. Dans ce cas, le fluide frigo-porteur entre, tel que repéré sur les figures, en 16 et sort en 17. Advantageously, the circulation of the coolant fluid 15 is done cocurrent fluid 2. In this case, the coolant fluid enters, as spotted in the figures, at 16 and out at 17.
Selon un mode de réalisation du dispositif, le même fluide frigo-porteur 15 traverse les électrodes 12 et 13a afin de les refroidir et ainsi d'assurer une plus longue longévité de ces dernières. According to one embodiment of the device, the same coolant fluid 15 passes through the electrodes 12 and 13a to cool them and thus ensure a longer life of the latter.
Dans une variante décrite en figure 3 le fluide frigo-porteur est en contact avec les électrodes 12 et 13a présentant un écart de potentiel électrique. Le fluide frigo-porteur 15 selon ce mode de réalisation doit alors présenter une faible conductivité électrique. Un fluide tel que de l'huile peut être utilisé. In a variant described in Figure 3 the coolant fluid is in contact with the electrodes 12 and 13a having an electrical potential difference. The coolant fluid 15 according to this embodiment must then have a low electrical conductivity. A fluid such as oil can be used.
Dans une autre variante illustrée en figure 4, l'électrode centrale 13b est isolée du fluide frigo-porteur 15 par la paroi électriquement isolante 14. Le fluide frigo-porteur 15 ne refroidit donc pas directement l'électrode centrale 13b mais indirectement par l'intermédiaire de ladite paroi électriquement isolante 14. In another variant illustrated in FIG. 4, the central electrode 13b is isolated from the coolant fluid 15 by the electrically insulating wall 14. The coolant fluid 15 therefore does not directly cool the central electrode 13b but indirectly by the intermediate of said electrically insulating wall 14.
Par ailleurs le dispositif comporte des moyens pour mesurer la température des parois de ladite conduite 11, tel qu'un capteur de température, ainsi qu'une boucle de régulation asservissant les moyens de refroidissement, par exemple le débit de circulation du fluide frigo- porteur 15, par rapport à une valeur de consigne de la température de surface 5 de ladite conduite 11. Furthermore, the device comprises means for measuring the temperature of the walls of said pipe 11, such as a temperature sensor, as well as a regulation loop controlling the cooling means, for example the flow rate of the refrigerant fluid. 15, with respect to a set value of the surface temperature of said pipe 11.
Cette valeur de consigne peut être avantageusement choisie inférieure à la température d'encrassement du fluide. Cette boucle de régulation ainsi décrite permet d'obtenir un traitement thermique de qualité avec une surveillance de qualité. This setpoint value can advantageously be chosen to be lower than the fouling temperature of the fluid. This control loop thus described makes it possible to obtain a quality heat treatment with quality monitoring.
Selon la présente invention, la perte énergétique du dispositif due au refroidissement des parois de la conduite 11 est avantageusement compensée par le gain généré par la réduction de l'encrassement, des nettoyages, du traitement des effluents, et des arrêts de production relatifs à ces opérations. According to the present invention, the energy loss of the device due to the cooling of the walls of the pipe 11 is advantageously compensated by the gain generated by the reduction of the fouling, the cleaning, the treatment of the effluents, and the production shutdowns related to these operations.
Naturellement, d'autres modes de réalisation, à la portée de l'Homme de l'art, auraient pu être envisagés sans pour autant sortir du cadre de la présente demande telle que définie dans les revendications ci-après. Of course, other embodiments, within the scope of the skilled person, could have been envisaged without departing from the scope of the present application as defined in the claims below.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0314885A FR2863829A1 (en) | 2003-12-18 | 2003-12-18 | Continuous heat treatment process for fluid foodstuff passing through duct uses electrodes in duct walls and controlling of surface temperature |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0314885A FR2863829A1 (en) | 2003-12-18 | 2003-12-18 | Continuous heat treatment process for fluid foodstuff passing through duct uses electrodes in duct walls and controlling of surface temperature |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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| FR0314885A Withdrawn FR2863829A1 (en) | 2003-12-18 | 2003-12-18 | Continuous heat treatment process for fluid foodstuff passing through duct uses electrodes in duct walls and controlling of surface temperature |
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