Brevet FR2044823A1 — publié le 19710226

ZO 19366 1 2044823 A-X1 heure actuelle, lorsqu'on chauffe des liquides, on fait appel à l'une parmi deux méthodes, à savoir le chauffage indirect ou le chauffage direct. Le terme "chauffage indirect" signifie que le liquide reçoit 5 de la chaleur à partir d'une surface chaude, par exemple une plaque d' ^échange thermique dans un échangeur de chaleur à plateaux, tandis que le chauffage direct est généralement réalisé par insufflation de vapeur dans le liquide. Toutefois, l'une et l'autre de ces méthodes de chauffage ont 10 leurs inconvénients, en fonction des différentes sortes de liquide„ C est ainsi qu'avec le chauffage indirect, on rencontre fréquemment des difficultés liées au fait que le liquide soumis au chauffage "brille au contact de la surface chauffante, ce qui pose des problèmes ardus de nettoyage et nécessite en règle générale des interruptions fréquentes du fonc-15 tionnement de l'appareil chauffant en question. Certes, le chauffage direct au moyen de la vapeur élimine'ces problèmes particuliers, mais il présente d'autres inconvénients. Par exemple9 cette méthode ne oonvient pas pour tous les-liquides, du fait de la dilution du liquide en question qui en résulte, par la vapeur condensée et souvent polluée. 20 Au fur et à mesure du développement extrêmement accéléré de la technique dite des micro-ondes dans une période récente et de l'extension dans de larges domaines des connaissances à es sujet, il a été fait différantes propositions concernant l'utilisation des micro-ondes pour chauffer également des liquides. Mais aucune de ces propositions n8a 25 jusqu'ici abouti à un appareil utilisable dans la pratique pour chauffer des liquides particulièrement sensibles. 0'est ainsi que la stérilisation du lait est encore effectuée au Moyen de l'une des deux méthodes de chauffage mentionnées ci-dessusr méthodes qui sont particulièrement désavantageuses pour le lait. 30 . Il y a déjà assez longtemps qu'on a proposé de faire passer- un jet libre de liquidé à travers an_champ électromagnétique, de manière à le chauffer. Mais cette idée n'était pas simple du tout à réaliser dans la pratique, car il s'est révélé difficile d'établir une distribution absolument uniforme de 1fénergie électromagnétique dans le jet. ï'éner-35 gie électromagnétique est progressivement absorbée par le liquide lorsqu'elle pénètre dans le jet, d'où. il résulte que certaines parties de ce dernier sont cna,uffées plus que d'autres e Pour éliminer cet inconvénient, il a été proposé de donner au jet la forme d8un ruban mince t. le champ électromagnétique étant prévu 40 de manière à pénétrer dans la ruban dans une direction pratiquement per- 70 19366 2 2044823 pend.icuJ.aire à sa large face, afin que l'intensité du champ ne soit que très peu modifiée lors de la traversée du jet {-itD Brevet des Etats-Unis n° 2 508 365) » Bans ces conditions, tua 3-utre effe» électrc&agnétique,, qui intervient également dans le cas d'an jet «ire-'.ils ire, est• particulière 5 '"ment marqué * Cet effet consiste en. ce. que l'en. -.Vbçient, dans les parties marginales du jet en-forme de ruban» une fcec.sp3;u- -:;:j.re différente de celle qui est atteinte dans le reste du jet* Ce phénomène .peut être expliqué par le fait que le jet attire les parties du cha&g électromagnétique qui seraient situées juste à côté du jet si celui-oi-n'avait aucun effet-d' 10 attraction» Un autre effet marginal perturbateur.-, lié à la forme en rul.an du jet et qui se traduit par un chauffage inégal du liquide dans le. jet} est la déformation progressive de ce dernier.» aae à la tension superficielle. du liquide» 15 Le-but de l'invention e st d' élimine £■ iza- inconvénients préci tés 9 dont souffrent.les solutions proposées jusqu'ici pour chauffer -ua jet libre de liquide dans un champ électros&agt, - tique • Conformément à l'invention, aâ bac t atteint par un appareil caractérisé par des moyens pour établir un je\. c.u liquide à chauffer, 20 jet qui a une section transversale annulaire, o par des moyens agencés de manière à transférer au jet fcrcié une énerve électromagnétique distribuée uniformément sur toute la périphérie au jet considéré en coupe transversale. Au moyen d'un appareil de ce genre » *.1 ^3t possible d'obte-tir 25 une couche mince de liquide à. chauffer- irrad. t-.-* uniformément par l'huer gie électromagnétique, sans qu'il en résulte Lss effets marginaux indiqués ci-dessus. Ainsi peut être satisfait it besoin impérieux d'un.-* distribution uniforme de l'énergie éleetromagi-c:cique dans le jet® Pour éviter les pertes d'énergie pai* rayonnement à l'extérieur 30 de l'appareil selon l'invention, les moyens de^cinés à transférer 1"énergie électromagnétique au jet sont de préférence constitués par deux organes coopérant de façon connue en soi,, organes -l'.ii cont disposés coaxia-lement par rapport au jet -de liquide formé et -Jonï l'un au. moins est âge' cé le façon à émettre une énergie élec'«rcaagnô.-.x^'iô, de préférence sous 35 forse de micro-ondes, l'un et l'autre de ces peuvent être plaeéfc- à 1;intérieur du jet de liquide à chauffer ou entourer celui-ci, sai-t il est- préférable que l'un, des organes sort dis^vt. a à l'intérieur du jet et que l'autre entoure ce dernier. Une dispositivii ce ce dernier type c-.xa-plio la structure de l'appareil selon l'invention et, par ailleurs, lon-40 ne lieu à un transfert direct d'énergie électromagnétique au jet, ce qui bad ORIGINAL Copy 70 19366 3 2044823 est particulièrement avantageux du point de vue du rendement. Sur l'appareil réalisé selon l'invention, lesdits moyens destinés à transférer l'énergie électromagnétique au jet sont de préférence agencés de manière à engendrer des ondes électromagnétiques ^ dans l'espace où le jet doit être chauffé, ondes qui ont une fréquence telle qu'une résonance s'établisse dans cet espace. En effet, une résonance de ce genre donne lieu à une intensité élevée du champ électromagnétique, ce qui assure un bon chauffage, même de liquides qui n'absorbent l'énergie électromagnétique que dans une mesure relativement ré-10 duite. le complément de description de l'invention qui suit est donné en référence au dessin annexé, lequel illustre un mode de réalisation préféré de l'appareil selon l'invention. l'appareil représenté sur le dessin comprend des moyens 1 qui délimitent une chambre annulaire 2. la chambre 2 comporte, pour un liquide qui doit être traité thermiquement dans l'appareil, un raccord d'admission 3 dirigé radialement et un orifice annulaire de sortie 4 dirigé axialement, sous forme d'une fente annulaire qui s'étend tout autour du fond de la chambre 2. 20 En. position centrale, les moyens 1 sont traversés par un sup port 5 pour un organe 6, comparable à une antenne, qui est situé en po-. sition coaxiale au-dessous de l'orifice annulaire de sortie-4 de la chambre 2. les moyens 1 comme l'organe 6 sont entourés par une enveloppe cylindrique coaxiale 7 qui contient uns chambre 8 à sa partie inférieure, 25 c'est-à-dire un peu au-dessous de l'organe b. Cette chambre 8 qui est séparée du reste de la cavité intérieure de l'enveloppe 7 par un rebord 9 dirigé radialement vers l'intérieur à partir de la paroi périphérique de l'enveloppe, comporte un raccord d'admission 10 dirigé radialement pour un liquide déjà traité thermiquement et refroidi, ainsi qu'un orifi-30 ce annulaire de sortie 11 qui débouche dans le reste de la cavité intérieure de l'enveloppe 7 immédiatement au-dessous du rebord 9. l'enveloppe 7 préaente un autre rebord annulaire 12 qui s'étend en entonnoir vers le haut à partir de la paroi inférieure 13 de l'enveloppe et entoure un orifice de sortie 14 formé dans cette paroi. Ce dernier rebord en en-35 tonnoir 12 constitue la partie terminale supérieure d'un tuyau de sortie 15 qui, à partir de la paroi inférieure 13 de l'enveloppe 7, s'étend vers le bas. le mode de fonctionnement de l'appareil est le suivant, le liquide à chauffer est introduit par le raccord d'admission 3 dans la cham-40 bre 2, A partir de la chambre 2, le liquide traverse l'orifice de sortie CQPV 70 19366 4 044823 4 et forme dans l'enveloppe 7 un jet liquide 16 qui tombe en chute libre 1 \ et présente une section annulaire. i Du fait de la disposition décrite de l'organe 6 par rapport i à l'orifice annulaire 4 de sortie de la chambre 2, cet organe est en ; 5 position centrale et s'étend coaxialement par rapport au jet formé dont ; la section est annulaire. lforgane 6, qui est agencé de manière à émettre \ i des micro-ondes en une distribution uniforme sur toute sa périphérie,, as- : sure un chauffage égal du jet descendant. Pour tirer le meilleur profit i de l'énergie émise par l'organe 6, l'enveloppe 7 qui entoure 1s jet 16 10 présente une surface interne réfléchissant les micro-ondes qui traversent le jet 16. Ainsi, les micro-ondes frappent de nouveau le jet 16 en une distribution uniforme sur toute sa périphérie, mais cette fois à partir de l'extérieur du jet> l'organe 6 est lui aussi réfléchissant, j de sorte que les micro-ondes émises initialement soient réfléchies entre 15 l'enveloppe 7 et l'organe 6 à plusieurs reprises, jusqu'à ce quelles j soient complètement absorbées par le jet 16. la fréquence à laquelle ■ les micro-ondes sont émises par l'organe 6 est choisie de telle sorts . j que les ondes émises coopèrent avec les onces réfléchies, de sorte qu' ] une résonance soit établie dans l'espace compris entre l'organe 6 et j ! 20 1'enveloppe 7• j lorsque le liquide qui s'écoule de haut en bas a dépassé 1* organe 6 et a été chauffé dans la mesure voulue, il tombe sur le rebord en entonnoir 12. la surface interne du rebord 12 est constamment inondée, depuis le haut et vers le bas, par un courant de liquide froid du même gen-25 re que celui du jet 16. Ce liquide froid pénètre dans la cavité intérieure de l'enveloppe 7 en passant par dessus l'arête supérieure du rebord 12 et en traversant la fente annulaire 11 comprise entre les rebords .9 et 12. le. liquide chauffé est donc rapidement refroidi, après quoi il sort de l'enveloppe par le tube de décharge 15, en même temps que le li-30 quide froid, en provenance de la fente 11. G-râce à la forme du jet de liquide chauffé, un refroidissement très rap5.de est possible. Cela peut être nécessaire lorsque le liquident chauffé à une température très élevée, par exemple à des fins de stérilisation, et dôit être rapidement refroidi pour n'être aucunement dénaturé, le refroidissement peut être-35 encore plus efficace'si une couche additionnelle de liquide de refroidissement est prévu en plus de la couche de liquide de refroidissement qui passe sur le rebord 12. Cette couche de liquide additionnel peut être amenée à rencontrer le liquide chauffé par l'intérieur du jet 16, selon ce qui est représenté sur le dessin. Ainsi, il est disposé, à l'intérieur du 40 rebord en entonnoir 12, un'autre organe 18 muni d'un passage central 19 COPY 70 19366 5 2044823 qui est alimenté par. le bas en liquide froid, provenant de préférence de la même source qui alimente le raccord d'admission 10. A sa partie su- j périeure, l'organe 18 présente sur toute sa périphérie une fente 20 qui ; est dirigée vers l'intérieur du jet 16, fente qui reçoit du liquide j 5 froid à partir du passage central 19 et le dirige au contact du jet 16 sur toute la circonférence de celui-ci. [ t Comme on peut le voir sur le dessin, un intervalle 17 est nié- . ; nagé entre le support 5 de l'organe 6 et les moyens 1 qui sont traver- j ses en position centrale par le support 5» Ainsi est assurée une eommu-10 nication entre les .espaces formés dans l'enveloppe 7 à l'intérieur et à l'extérieur du jet 16« Une surpression doit régner à l'intérieur de 1' enveloppe, mais les moyens prévus à cette fin nront pas été représentés sur le dessin, car ils n'ont rien à vpir avec l'idée maîtresse de l'invention. 15 Au lieu de ménager un intervalle 17 entre le support 5 et les moyens 1, on pourrait raccorder les deux espaces situés à l'intérieur et ; à l'extérieur du jet 16 à la même source de pression, de façon à assurer \ i la même pression dans l'un et l'autre de ces espaces. Si on le désire, il ; est également possible d'établir des pressions différentes de gaz à l'in- ; 20 térieur et à l'extérieur du jet 16. De cette manière et en modifiant ; éventuellement l'orifice annulaire de sortie des moyens 1, on peut éta- . tolir dans l'enveloppe 7 des jets différents, par exemple un jet d'abord divergent, puis convergent. Il peut être nécessaire de contrôler la forme du jet afin que lfappareil soit utilisable pour le chauffage de liquides 25 ayant des viscosités et des tensions superficielles différentes. Il pourra aussi être nécessaire de régler le diamètre du jet ou l'angle sous lequel celui-ci frappe la couche ou las couches de liquide froid à la partie inférieure de l'enveloppe 7» de façon à obtenir le meilleur refroidissement possible du liquide chauffé. Des dispositions peuvent être 30 par ailleurs prises pour que le jet ne prenne pas contact avec l'organe 6 et'l'enveloppe 7- ' La largeur de la fente annulaire qui constitue l'orifice 4 de sortie de la chambre 2 joue également un rôle important en ce qui concerne la forme du jet 16. La largeur de cette fente peut être réglable au 35 moyen d'organes mobiles l'un par rapport à l'autre» Par exemple, la fente peut être formée entre une pièce conique centrale et une couronne coaxiale disposée autour de cette pièce, le bord interne de la couronne étant façonné de manière à épouser la pièce conique. Par un mouvement axial re- COPY 70 19366 6 2044823 latif entre ces deux pièces., on peut faire varier la largeur de la f'rii-te» Une disposition de ce genre pourra rendra particulièrement nécessaires les moyens décrits ci-dessus pour établi:? des pressions de gaz différentes à 18intérieur et à l'extérieur du jss 1S9 ear le courant de 5 liquide à la sortie de la fente ne sera pas tant-à'-fait axial» Il n'a été décrit ci-dessus qa3ise foras d'exécution préféré g : l'invention. Plusieurs autres modes de réalisation peuvent être em-ifsages dans le cadre des revendications qui suivent* 70 19366 7 2044823 ~ HEVENDICATI01I3 - 1.- Appareil pour le chauffage électromagnétique de liquides; caractérisé par des moyens 1 pour former un jet 16 de liquide à chauffer, jet qui présente une section transversale- annulaire, et par des moyens 6,7 agencés de maniéré à transmettre au jet 16 ainsi formé 5 mie énergie électromagnétique distribuée uniformément sur toute la périphérie du jet considéré en coupe transversale, 2a~ Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens destinés à transférer une énergie électromagnétique. au jet sont constitués-par deus organes -6.,7 coopérant de façon 10 connue en soi. organes-qui sont disposés coaxialement par rapport au jet 16 et dont l'un au moins est agencé de manière à émettre une énergie électromagnétique, de préférence des micro-ondes. 3j--- Appareil selon la revendication 2S caractérisé par le fait que l'on. 6 des dits organes est situé à l'intérieur du jet 16, 15 tandis que l'autre '( entoure le jet. 4-- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens 6,7 destinés à transférer une énergie" électromagnétique au jet 16 sont agencés de façon à produire des ondes électromagnétiques dans l'espace dans lequel le jet doit être 20 chauffé, ondes qui ont une fréquence telle qu' une résonance soit établie dans cet espace.