Brevet FR2632718A1 — publié le 19891215

1' L'invention concerne un dispositif pour la mise en oeu- vre de procédés thermiques, notamment pour son utilisation dans l'industrie chimique, dans l'industrie pharmaceutique, dans l'industrie alimentaire et dans l'industrie des cosmé- tiques. Un dispositif de ce type, très répandu dans les bran- ches industrielles mentionnées précédemment, est l'enceinte équipée d'une enveloppe ou d'une autre surface de transfert thermique, ce qu'on appelle un autoclave, qui convient pour la mise en oeuvre fractionnée de différents processus et réac- tions chimiques. L'autoclave peut être utilisé de façon universelle, mais le type actuellement utilisé avec introduction des flui- des véhiculant l'énergie dans l'enveloppe ou dans une autre partie de l'appareil transmettant l'énergie ne permet pas d'utilisation économique, c'est-à-dire le refroidissement ou le chauffage suffisant et la protection fiable du maté- riau de construction ou de l'habillage enveloppant de l'ap- pareil vis-à-vis d'un choc thermique. C'est pourquoi, la qualité du produit obtenu n'est sou- vent pas adéquate ou bien les différents volumes de produc- tion ne sont pas homogènes. En outre, ces appareils fonctionnent en utilisant une quantité importante de matière, d'énergie.et de main-d'oeu- vre. En particulier dans l'industrie pharmaceutique, il ar- rive assez souvent que l'on fabrique plusieurs produits dans le même autoclave ou bien que l'on mette en oeuvre, à la sui- te les unes des autres, plusieurs étapes de production dans le même appareil jusqu'au produit final devant être fabriqué - pour lequel on met en oeuvre fréquemment un refroidisse- ment ou un chauffage différent.- Cela signifie que l'on ob- tient, dans l'autoclave, une économie importante, dans le cas de matériaux coûteux, notamment structurés, mais que si- multanément il est nécessaire de réaliser des systèmes com- plexes de canalisations et d'éléments de sectionnement. On connaît une forme de réalisation, dans laquelle les canalisations contenant les différents fluides caloporteurs sont raccordées à l'enveloppe de l'autoclave ou à la surface de contact jouxtant une. autre surface de transfert thermique, par l'intermédiaire d'éléments de fermeture à deux positions. En outre les canalisations garantissant la dérivation de ces fluides caloporteurs sont raccordées à l'autoclave par l'in- termédiaire de soupapes particulières de régulation. Dans le cas de cette forme de réalisation connue, la vitesse d'admission du fluide caloporteur dans la chambre thermoconductrice ou dans la chambre-enveloppe de l'autocla- ve est déterminée par la pression du fluide caloporteur cor- respondant dans la canalisation ainsi que par le réglage de la soupape de régulation de la canalisation garantissant la dérivation, dans le cas de l'utilisation d'un autoclave pos- sédant une constitution donnée. Dans cette forme de réalisation connue, d'une part la vitesse adéquate d'écoulement du fluide caloporteur n'est pas garantie pour l'obtention du taux désiré de transfert thermique, et d'autre part elle requiert une régulation très complexe en raison de la régulation particulière du débit du fluide caloporteur. Afin d'éviter une commande erronée, cette forme de réa- lisation requiert un verrouillage mécanique ou électrique particulièrement complexe. On connaît également une forme de réalisation, dans laquelle le fluide caloporteur respectif est entrainé par une pompe de circulation en direction de la chambre-enveloppe de l'autoclave, qui est raccordée au côté aspiration dela pompe de circulation par l'intermédiaire d'une soupape de régulation du fluide d'évacuation de la chaleur présent dans la canalisation et dont le réglage détermine le rapport du fluide caloporteur aspiré par l'intermédiaire de la pompe de circulation au fluide caloporteur frais introduit dans la chambre-enveloppe de l'autoclave. Dans le cas de cette forme de réalisation, il faut na- turellement veiller à obtenir une évacuation de la quantité de fluide caloporteur consommée, refoulée par la quantité de fluide caloporteur frais, en utilisant un élément parti- culier de commande. Ceci est assuré en général par le régulateur de pres- sion monté dans la canalisation de retour du fluide calopor- teur respectif. Avec cette forme de réalsiation connue, on peut obte- nir un taux de transfert thermique relativement bon; un inconvénient réside uniquement dans le fait que pour le flui- de caloporteur, il faut utiliser une soupape particulière de régulation, tandis que le retour du fluide requiert un régulateur de pression particulier, très complexe. Un autre inconvénient de cette forme de réalisation connue réside dans le fait que cette quantité de fluide en recirculation est placée à la pression de la canalisation extérieure contenant le fluide caloporteur, uniquement tant que la soupape de régulation introduisant le fluide calopor- teur est ouverte. Lorsque la soupape de régulation est fermée et que le système n'est pas étanche, ceci peut conduire à une perte du fluide caloporteur, et éventuellement du liquide. Ce système mentionné de recirculation ne convient pas, en raison de l'inconvénient décrit précédemment, pour son utilisation dans des dispositifs utilisés dans plusieurs buts et travaillant avec plusieurs fluides caloporteurs. Le but de la présente invention est d'étendre le domai- ne d'application pour l'apport ou le prélèvement, connu en soi, de chaleur au moyen d'un fluide caloporteur en recircu- lation et de simplifier la mise en oeuvre des opérations de traitement thermique dans le domaine de l'industrie chimique, dans l'industrie pharmaceutique, dans l'industrie alimentai- re et dans l'industrie des cosmétiques, grâce à une simpli- fication de la technique de régulation ainsi qu'à un accrois- sement du rendement. Le problème à la base de l'invention est de réduire le nombre des éléments de commande réglés des dispositifs de traitement thermique nécessitant, pour l'actionnement de ces éléments de commande, également un fluide caloporteur liquide, et en outre de compenser la perte de liquide inter- venant éventuellement pendant la circulation. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un dispositif comportant une enceinte connue en soi, éventuellement un autoclave, qui est équipéed'une cham- bre d'amenée de la chaleur ou dont l'espace intérieur est relié à une chambre d'amenée de la chaleur par l'intermédiai- re d'un matériau thermoconducteur, et en outre une chambre servant à loger un fluide caloporteur, de préférence une cham- bre-enveloppe, et un circuit principal formé d'une canalisa- tion et comportant un circuit principal formé d'une canali- sation et comportant une pompe de circulation pour des flui- des caloporteurs, caractérisé en ce qu'à la chambre logeant le fluide caloporteur ou entre le côté refoulement de la pom- pe de circulation et la chambre recevant le fluide calopor- teur se trouve raccordée une soupape de régulation du liqui- de, dont l'autre raccord est réuni de préférence à une cana- lisation de sortie,etqu'une canalisation d'eau, une canalisa- tion de saumure ou une canalisation véhiculant un autre fluide caloporteur est raccordée directement ou indirecte- ment au côté aspiration de la pompe par l'intermédiaire d'une soupape d'admission du fluide, de préférence une soupape d'in- troduction de l'eau et une soupape d'introduction de la sau- mure. Dans une forme de réalisation avantageuse du disposi- tif conforme à l'invention, la soupape de régulation du li- quide est raccordée à la partie supérieure de la chambre- enveloppe, un interrupteur placé au niveau supérieur est rac- cordé par l'intermédiaire d'une soupape supérieure au côté relié & la chambre-enveloppe de la soupape de régulation du liquide, un mélangeur vapeur-eau et en outre un interrupteur situé au niveau inférieur sont branchés entre le côté aspira- tion de la pompe de circulation et la chambre-enveloppe, une canalisation de vapeur est raccordée au mélangeur vapeur- eau par l'intermédiaire d'une soupape de régulation de la va- peur et une soupape de circulation est disposée entre le côté refoulement de la pompe de circulation et la chambre-enveloppe. Dans une autre forme de réalisation avantageuse du dis- positif conforme & l'invention, entre la soupape de circula- tion et la chambre-enveloppe se trouvent raccordées une sou- pape dérivant de l'eau de condensation et une première soupa- pe de sortie, dont l'autre raccord est branché entre le mé- langeur vapeur-eau et l'interrupteur situé au niveau infé- rieur, une seconde soupape de- sortie est branchée entre le côté refoulement de la pompe de circulation et la canalisa- tion de sortie, une soupape d'évacuation-de l'eau et une sou- pape d'évacuation de la saumure sont raccordées à la canali- sation de sortie, et en outre une enceinte de maintien de la pression et une soupape antiretour sont disposées entre la soupape d'introduction de l'eau et la canalisation d'intro- duction de l'eau, et un interrupteur manométrique est raccor- dé de préférence au récipient de maintien de la pression. Dans une autre forme de réalisation avantageuse du dis- positif conforme à l'invention, la soupape d'introduction de l'eau,la soupape de régulation de la vapeur,la soupape d'in- troduction de la saumure,de la soupape d'évacuation de l'eau, la soupape d'évacuation de la saumure,la soupape d'évacuation de l'eau de condensation,la soupape supérieure, la première soupape d'évacuation, la soupape de circulation, la seconde soupape d'évacuation, la soupape de régulation du liquide et l'entrée de commande de la pompe de circulation sont rac- cordées aux sorties du dispositif de commande et l'interrup- teur situé au niveau inférieur, l'interrupteur situé au ni- veau supérieur et la sortie de régulation sont raccordés aux entrées du dispositif de commande. - D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence au dessin annexé, dont la figure unique représente le schéma d'une forme de réalisation d'un dispo- sitif conforme a l'invention. Le dispositif conforme à l'invention, représenté sur la figure, comporte un autoclave 19 connu en soi, qui possè- de une enveloppe extérieure 22 et une enveloppe intérieure 21 et dans la chambre intérieure 24 duquel se trouve disposé un mélangeur 20. Une chambre-enveloppe 23 est disposée entre l'enveloppe extérieure 22 et l'enveloppe intérieure 21 de l'autoclave 19. Le côté refoulement de la pompe de circula- tion 15 est raccordé à la partie inférieure de la chambre- enveloppe 23, par l'intermédiaire d'une soupape de circula- tion 9, tandis que le côté aspiration de la pompe de circu- lation 15 est raccordé à la partie supérieure d'un côté de la chambre-enveloppe par l'intermédiaire du mélangeur vapeur- eau 14, de la canalisation d'introduction30 et de l'interrup- teur 12 situé au niveau inférieur. D'une part la canalisation d'eau 27 est raccordée par l'intermédiaire de la soupape 1 d'amenée de l'eau, de l'en- ceinte 16 maintenant la pression et de la soupape antiretour 18, à la canalisation d'introduction 30, et d'autre part la canalisation 28 d'arrivée de la saumure est raccordée à la canalisation d'introduction 30 par l'intermédiaire de la sou- pape 3 d'amenée de la saumure. L'interrupteur manométrique 17 est raccordé à l'encein- te 16 de maintien de la pression. Un côté de la soupape de sortie 8 est branché entre la soupape de circulation 9 et la chambre-enveloppe 23, tan- dis que l'autre côté de la soupape de sortie 8 est raccordée à la canalisation d'introduction 30. Le côté refoulement de la pompe de circulation 15 est raccordé par l'intermédiaire de la seconde soupape de sor- tie 10 à la canalisation de sortie 26, dans laquelle- sont branchées la soupape 4 d'évacuation de l'eau et la soupape d'évacuation de la saumure. Un côté de la soupape 6 d'évacuation de l'eau de con- densation est branché entre la soupape de circulation 9 et la chambre-enveloppe 23. Un interrupteur 13 situé au niveau supérieur est rac- cordé à l'autre côté de la chambre-enveloppe 23 par l'inter- médiaire de la soupape supérieure 7 et en outre une soupape 11 de régulation du liquide est disposé entre ce côté supé- rieur de la chambre-enveloppe 23 et la canalisation de sor- tie 26. Une canalisation de vapeur 29 est raccordée au mélan- geur vapeur-eau 14 par l'intermédiaire de la soupape 2 de régulation de la vapeur. La soupape d'amenée 1, la soupape d'eau de régulation de la vapeur, la soupape 3 d'introduction de la saumure, la soupape 4 d'évacuation de l'eau, la soupape 5 d'évacuation de la saumure, la soupape 6 dérivant l'eau de condensation, la soupape supérieure 7, la première soupape de sortie 8, la soupape de circulation 9, la seconde soupape de sortie , la soupape 11 de régulation du liquide ainsi que l'en- trée de commande de la pompe de circulation 15 sont raccor- dées aux sorties du dispositif de commande 25 et l'interrup- teur 12 situé au-niveau inférieur, l'interrupteur 13 situé au niveau supérieur et la sortie du manomètre 17 sont rac- cordées aux entrées du dispositif de commande 25. Le dispositif conforme à l'invention, représenté sur la figure 1, travaille de la manière suivante: Dans le cas du type de fonctionnement avec refroidis- sement d'un liquide, le système vide est rempli, sous l'ef- fet de l'ouverture de la soupape 1 d'introduction de l'eau ou de la soupape 3 d'introduction de la saumure, lorsque la première soupape de sortie 8, la soupape 6 d'évacuation de l'eau de condensation, la seconde sortie 10 et la soupape 11 de régulation du liquide sont fermées, jusqu'à ce que l'in- terrupteur 13 situé au niveau supérieur affiche l'état rem- pli du dispositif de commande 25. Alors, le dispositif de commande 25 ferme la soupape supérieure 7 et branche la pompe de circulation 15. Lors de la circulation, la soupape 11 de régulation du liquide est ouverte, conformément aux valeurs réglées de la température, par le dispositif de commande 25 jusqu'à ce que la température 24 de l'espace intérieur de l'autoclave 19 soit maintenue à a valeur prescrite, au moyen de la quantité de chaleur soutirée du circuit de circulation de la saumure ou de l'eau. Le liquide utilisé en tant que fluide caloporteur peut naturellement être un liquide quelconque, approprié du point de vue technologique, et par exemple éventuellement égale- ment du pétrole. Pendant la circulation, la soupape commandant le pas- sage du fluide correspondant, par exemple la soupape à deux positions, qui garantit l'introduction de l'eau ou de la sau- mure, par exemple la soupape 1 d'introduction de l'eau ou de la soupape 3 d'introduction de la saumure est totalement ouverte, de sorte qu'une quantité de fluide caloporteur, qui éventuellement s'évacue, est immédiatement remplacée à par- tir de la canalisation correspondante, par exemple la cana- lisation d'eau 27 ou la canalisation de saumure 28. En fonction de la quantité du liquide caloporteur in- troduite en complément en fonction de la position respective de la soupape 11 de régulation du liquide et des conditions de pression, le liquide "épuisé" est évacué du liquide en circulation soit par l'intermédiaire de la soupape 11 de ré- gulation du liquide, soit par l'intermédiaire de- la canali- sation d'évacuation 26, soit par l'intermédiaire de-.la soupa- pe 4 d'évacuation de l'eau ou de la soupape 5 d'évacuation de la saumure. Après évacuation de la saumure par la soupape 5 d'éva- cuation de la saumure, on peut réaliser une commutation du fonctionnement à partir du refroidissement de la saumure, ce qui est facilité par le fait que le système peut être com- plètement vidé à l'aide de la pompe de circulation 15 par l'intermédiaires de la première soupape de sortie 8 ainsi que de la seconde soupape de sortie 10. L'état vidé du système est indiqué par l'interrupteur 12, situé au niveau inférieur, du dispositif de commande 25, qui envoie alors une instruction pour faire démarrer le tra- vail technologique immédiatement suivant, par exemple le re- froidissement de l'eau. Lors du passage de refroidissement de l'eau à un chauf- fage de l'eau, une quantité de vapeur, correspondant à la position de la soupape 2 de régulation de la vapeur, est con- densée dans le mélangeur vapeur-eau 14, sous la commande du dispositif de commande 25, et le condensat est introduit dans l'eau en circulation. La quantité de vapeur obtenue à partir de la vapeur condensée dans le mélangeur vapeur-eau 14 augmenterait natu- rellement la quantité de l'eau en circulation. Afin de pou- voir éviter ce phénomène, la quantité d'eau en excès est col- lectée dans l'enceinte maintenant la pression, dans laquelle un accroissement excessif de la pression est réduit par l'in- terrupteur monométrique 17, qui, lorsqu'une valeur de pres- sion réglée dans le dispositif de commande 25 est atteinte, envoie un signal ouvrant la soupape supérieure 7, et garan- tit la sortie, dans le canal, de la-quantité d'eau excessive, par l'intermédiaire de l'interrupteur 13 situé au niveau su- périeur. La pénétration de l'eau de condensation dans la cana- lisation d'eau 27 est empêchée par la soupape antiretour 18. De même dans le cas du chauffage de l'eau, le système est naturellement placé à la pression de la canalisation d'eau 27. Lors du chauffage de la vapeur, la pompe de circula- tion ne fonctionne pas étant donné qu'alors la vapeur déli- vrée par la canalisation de vapeur 29 parvient, par l'inter- médiaire de la soupape de régulation 2, dans la chambre-enve- loppe 23 de l'autoclave et y est condensée. L'évacuation de l'eau de condensation est garantie par le fonctionnement de la soupape 6, qui dérive' l'eau de condensation et est rac- cordée à la première partie de la chambre-enveloppe 23. A partir des explications mentionnées précédemment, on voit que, dans le cas de l'utilisation de n'importe quel liquide en tant que fluide caloporteur, la quantité du li- quide, qui est introduite ou est évacuée, à l'intérieur du système de circulation est fixée uniquement par la position respective de la soupape 11 de régulation du liquide, en de- * hors naturellement de la pression permanente dans la canali- sation. Ainsi, dans le cas de l'utilisation d'un quelconque fluide caloporteur liquide, la rmodificatiort de la délivrance et de l'absorption correspondante de chaleur est garantie par la soupape 1! de régulation du liquide. Pour l'introduction du fluide caloporteur respectif, il suffit en outre d'utiliser une soupape à deux positions, par exemple la soupape 1 d'introduction de l'eau ou la sou- pape 3 d'introduction de la saumure, étant donné que le rôle de la régulation est assuré par l'actionnement commandé de la soupape 11 de régulation du liquide. L'avantage du dispositif conforme à l'invention réside dans le fait que le faible nombre d'éléments commandés, qu'il contient, par rapport aux formes de réalisation connues per- met d'obtenir une régulation nettement plus simple, et ce pratiquement dans le cas d'utilisation de n'importe quel li- quide caloporteur. Un autre avantage réside dans le fait que la transi- tion lors de la commutation du refroidissement au chauffage peut s'effectuer pratiquement d'une manière entièrement con- tinue, c'est-à-dire que des variations transitoires de tem- pérature peuvent être réduites ou évitées; ainsi le matériau traité dans l'autoclave ne subit aucun choc thermique. Un autre avantage réside dans le fait que les transi- tions continues garantissent simultanément la protection ade- quate de l'autoclave vis-à-vis d'actions rapides de la tem- pérature, pouvant conduire à des endommagements. - REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la mise en oeuvre de procédés ther- miques, comportant une enceinte, par exemple un autoclave, qui est équipéed'une chambre d'amenée de la chaleur ou dont l'espace intérieur est relié à une chambre d'amenée de la chaleur par l'intermédiaire d'un matériau thermoconducteur, et en outre une chambre servant à loger un fluide calopor- teur, de préférence une chambre-enveloppe, et un circuit prin- cipal formé d'une canalisation et comportant une pompe de circulation pour des fluides caloporteurs, caractérisé en ce qu'à la chambre logeant le fluide caloporteur ou entre le côté refoulement de la pompe de circulation (15) et la chambre recevant le fluide caloporteur se trouve raccordée une soupape (11) de régulation du liquide, dont l'autre rac- cord est réuni de préférence à une canalisation de sortie (26),etqu'une canalisation d'eau (27), une canalisation de saumur (28) ou une canalisation véhiculant un autre flui- de caloporteur est raccordée directement ou indirectement au côté aspiration de la pompe par l'intermédiaire d'une sou- pape d'admission du fluide, de préférence une soupape (1) d'introduction de l'eau et une soupape (3) d'introduction de la saumure. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape (11) de régulation du liquide est rac- cordée à la partie supérieure de la chambre-enveloppe (23), qu'un interrupteur (13) placé à un niveau supérieur est rac- cordé par l'intermédiaire d'une soupape supérieure (7) au côté relié à la chambre-enveloppe (23) de la soupape (11) de régulation du liquide, qu'un mélangeur vapeur-eau (14) et un interrupteur (12) situé au niveau bas sont branchés entre le côté aspiration de la pompe de circulation (15) et la chambre-enveloppe (23), qu'une canalisation de vapeur (29) est raccordée au mélangeur vapeur-eau (14) par l'intermédiai- re d'une soupape (2) de régulation de la vapeur et qu'une soupape de circulation (9) est disposée entre le côté refou- lement de 'la pompe de circulation (15) et la chambre-enve- loppe (23). 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce qu'entre la soupape de circulation (9) et la chambre-enveloppe (23) se trouvent raccordées une soupape (6) dérivant de l'eau de condensation et une première soupape de sortie (8), dont l'autre raccord est branché entre le mélangeur vapeur-eau (14) et l'interrup- teur (12) situé au niveau inférieur, qu'une seconde soupape de sortie (10) est branchée entre le côté refoulement de la pompe de circulation (15) et la canalisation de sortie (26), qu'une soupape (4) d'évacuation de l'eau et une soupape (3) d'évacuation de la saumure sont raccordées à la canalisation de sortie (26), qu'un récipient (16) de maintien de la pres- sion et une soupape antiretour (18) sont disposés entre la soupape (1) d'introduction de l'eau et la canalisation (27) d'introduction de l'eau, et qu'un interrupteur manomiétrique (17) est raccordé de préférence au récipient (16) de main- tien de la pression. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la soupape (1) d'amenée de l'eau, la soupape (2) de régulation de la vapeur, la soupape (3) d'introduction'de la saumure, de la soupape (4) d'évacuation de l'eau, la soupape (5) d'évacuation de la saumure, la sou- pape (6) d'évacuation de l'eau de condensation, -la soupape supérieure (7), la première soupape d'évacuation (8), la sou- pape de circulation (9), la seconde soupape d'évacuation (10), la soupape (11) de régulation du liquide et l'entrée de com- mande de la pompe de circulation (15) sont raccordées aux sorties du dispositif de commande (25) et que l'interrupteur (12) situé au niveau inférieur, l'interrupteur (13) situé au niveau supérieur et la sortie (17) de régulation de la pression sont raccordés aux entrées du dispositif de comman- de (25).