Brevet FR2669129A1 — publié le 19920515

DISPOSITIF DE CONTROLE DE TEMPERATURE POUR INSTALLATIONS D'ELABORATION ET/OU DE CONSERVATION DES VINS La présente invention concerne un dispositif de contrôle de température, du genre "échangeur thermique vinicole", pour installations d'élaboration et/ou de conservation des vins. L'élaboration des vins fait avantageusement appel au contrôle de température, ne serait-ce que pour contrôler et figer un processus qu'il sera ensuite facile de reproduire dans les mêmes conditions. On distingue, dans l'élaboration des vins, plusieurs phases qui peuvent faire appel à un contrôle de température - La fermentation alcoolique, réaction exothermique qui peut conduire à des températures dommageables à la qualité du vin ; on a donc tout intérêt à contrôler la température dans cette phase, notamment en refroidissant le jus en cours de fermentation en vue de maintenir sa température à une valeur fixée par l'oenologue. - La fermentation malolactique, réaction qui peut être difficile à amorcer si le vin est trop froid et nécessite souvent un réchauffage, au moins pour son amorçage ; il est rappelé que cette réaction améliore les qualités gustatives des vins et est nécessaire à leur stabilisation biologique, et qu'elle correspond à la décarboxylation enzymatique de l'acide malique en acide lactique. - La précipitation tartrique et les débourbages qui nécessitent la descente de la température du vin à une valeur proche de son point de congélation, ceci pour favoriser la cristallisation du tartre en solution et de certaines impuretés en suspension. La fermentation alcoolique est réalisée dans certains cas en présence des baies de raisin,- préalablement foulées ou non; dans ces cas, l'état initial avant fermentation se présente comme une cuve pleine de baies, avec très peu de jus dans la partie inférieure de la cuve. Au fur et à mesure que la fermentation se développe, le niveau de jus s'élève et le jus vient occuper la plus grande partie du volume de la cuve à la fin de la fermentation, période à laquelle on procède au soutirage du jus puis à l'évacuation du marc, composé de parties solides restantes après soutirage du jus. Le problème consiste ici à contrôler la température du jus, qui est situé sous le chapeau de marc et dont la hauteur est variable dans le temps. A cet effet, on utilise généralement un échangeur thermique immergé dans la cuve, de préférence à une solution technique avec pompage, traitement thermique et retour vers la cuve, qui aurait pour inconvénient de trop agiter le vin en cours d'élaboration. En l'état actuel de la technique, l'échangeur thermique utilisé pour le contrôle de la température est très souvent un échangeur réalisé sous forme de plaque unique, vertical, placé dans la cuve au moment du remplissage en baies, l'échangeur étant parcouru par un fluide caloporteur. On conçoit aisément qu'au début du processus de fermentation, seulement une très faible partie de cet échangeur se trouve entourée par le jus, donc réellement active ; en effet, la partie de l'échangeur située dans les baies ne travaille pratiquement pas, les surfaces de contact baies-échangeur étant pratiquement ponctuelles. Une autre solution connue consiste en un échangeur thermique situé dans un plan horizontal, et flottant du fait qu'il est réalisé par une structure tubulaire plus légère que le jus, l'échangeur se plaçant ainsi dans le haut de la partie liquide, sous le marc. Avec une telle technique, c'est la partie basse qui n'est pas traitée thermiquement, notamment quand le niveau de jus est élevé, c'est-à-dire en fin de fermentation, et l'on observe en outre un phénomène de stratification des températures qui n' est pas souhaitable. La présente invention vise à éliminer ces inconvénients, en fournissant un dispositif de contrôle de température dans lequel l'échangeur thermique s'adapte à la hauteur du jus ou autre fluide à traiter thermiquement, notamment à refroidir, de manière à convenablement contrôler à tout moment la température de la totalité de ce jus ou autre fluide. A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet un dispositif de contrôle de température pour installations d'élaboration et/ou de conservation des vins, du genre consistant en un échangeur thermique apte à être placé à l'intérieur d'une cuve de vinification, l'échangeur étant relié à une arrivée et à un départ de fluide caloporteur parcourant cet échangeur, caractérisé en ce que l'échangeur thermique possède une hauteur et/ou une position variables de manière à suivre les variations de volume et de niveau d'un fluide à traiter contenu dans la cuve. Ainsi, quand en cours de fermentation le niveau de jus augmente, l'échangeur se déforme et/ou se déplace en suivant ltélévation du niveau de ce jus dans la cuve, de sorte que la température de l'ensemble du volume de jus peut être contrôlée de façon homogène ; le dispositif proposé évite donc le phénomène de stratification des températures dans les cuves, qui est très fréquent en vinification, ceci d'autant plus que le vinificateur cherche toujours à limiter le brassage du vin en cours d'élaboration. De plus, avec le dispositif objet de l'invention, toute la surface d'échange thermique est toujours utilisée pour traiter l'ensemble du volume de fluide à traiter, ce qui optimise l'utilisation de l'échangeur. Le dispositif comprend de préférence un flotteur disposé à la partie supérieure de l'échangeur thermique et apte à flotter à la surface du fluide à traiter ; le flotteur supporte l'ensemble de l'échangeur et permet de positionner la partie supérieure de cet échangeur par exemple au niveau supérieur du jus, sous le chapeau de marc. Selon une forme de réalisation de l'invention, l'échangeur thermique comprend au moins un tube élastiquement déformable, enroulé suivant une hélice d'axe vertical, l'extrémité supérieure du ou des tubes étant liée au flotteur tandis que l'extrémité inférieure du ou des tubes est située à une distance variable du flotteur, le ou chaque tube déformable étant parcouru par le fluide caloporteur. Un tel échangeur thermique peut comprendre notamment deux ou plusieurs tubes déformables, formant des hélices coaxiales entrelacées et raccordées en parallèle entre l'arrivée et le départ du fluide caloporteur. On obtient ainsi un échangeur thermique qui peut être resserré ou étiré, dans le sens vertical, par déformation axiale des spires formées par les tubes prévus à cet effet de diamètre relativement faible et d'épaisseur suffisamment fine, ce qui contribue aussi à favoriser l'échange thermique au travers de leur paroi. Avantageusement, l'extrémité inférieure du ou des tubes déformables est liée à un contrepoids apte à reposer au moins temporairement sur le fond de la cuve. Ainsi, l'échangeur se déforme et se positionne sous l'effet combiné du flotteur, qui tire vers le haut, et du contrepoids, qui tire vers le bas, le contrepoids donnant à l'échangeur un allongement vertical suffisant quand le niveau de fluide à traiter est élevé. Selon une mode d'exécution particulier, le dispositif comprend encore un tube central rigide, sensiblement vertical, dont l'extrémité inférieure est solidaire du contrepoids et se trouve aussi raccordée à l'extrémité inférieure du ou des tubes déformables enroulés en hélice, tandis que l'extrémité supérieure du tube central est raccordée à l'arrivée ou au départ de fluide caloporteur, ce tube central traversant de façon coulissante le flotteur. Un moyen de préhension, tel qu'anneau ou crochet, est avantageusement prévu à la partie supérieure du tube central, pour permettre la manutention de l'échangeur thermique, ce moyen constituant en outre une butée limitant la montée du flotteur donc l'allongement de l'échangeur. De toute façon, l'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques seront mises en évidence, à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif de contrôle de température pour installations d'élaboration et/ou de conservation des vins Figure 1 est une vue de côté d'un dispositif de contrôle de température conforme à la présention invention Figures 2, 3 et 4 représentent le dispositif de figure 1, dans différentes positions occupées en cours de fonctionnement. Le dispositif représenté au dessin comprend essentiellement un échangeur thermique, désigné dans son ensemble par le repère 1, qui en cours d'utilisation est placé dans une cuve 2 contenant un liquide à traiter 3, notamment du vin en cours d'élaboration. L'échangeur thermique 1 est constitué d'un ou plusieurs tubes 4, réalisés en un matériau inerte par rapport au liquide à traiter 3, tel que vin. Ainsi, le ou les tubes 4 sont avantageusement en acier inoxydable, de faible épaisseur (par exemple de l'ordre de 0,5 mm) ce qui, allié à la bonne conductivité thermique du matériau, permet d'obtenir de bons coefficients d'échange. Le ou chaque tube 4 de l'échangeur thermique 1 est enroulé suivant une hélice ayant son axe vertical, et forme ainsi plusieurs spires s'inscrivant dans un volume cylindrique. Dans le cas de deux ou plusieurs tubes 4, comme le montre le dessin, les tubes 4 enroulés en hélice sont entrelacés. Le rapport "diamètre d'enroulement de l'hélice/diamètre du ou de chaque tube 4" est tel que cette hélice soit déformable suivant son axe vertical, dans de grandes proportions, sans dépasser la limite de déformation élastique du matériau constitutif du ou des tubes 4. Par exemple, avec un tube dont le diamètre est de 10 mm, formant une hélice avec un diamètre d'enroulement de 400 mm, la déformation axiale possible peut être de l'ordre de 100 mm par spire de l'hélice. A leur partie supérieure, le ou les tubes 4 sont liés à un flotteur 5 capable de supporter l'ensemble de l'échangeur 1. A leur partie inférieure, le ou les tubes 4 sont liés à un contrepoids 6. Un tube vertical rigide 7 s'étend suivant l'axe de l'échangeur 1, et traverse de façon coulissante le flotteur 5. L'extrémité inférieure de ce tube central 7 est solidaire du contrepoids 6, et elle se trouve aussi raccordée à la partie inférieure du ou des tubes 4 de l'échangeur 1. La partie supérieure du ou des tubes 4 est raccordée à un collecteur horizontal 8, solidaire de la base du flotteur 5. Un tube vertical 9 se raccorde au collecteur et est dirigé vers le haut. En utilisation, un conduit flexible d'entrée d'eau 10 est raccordé à l'extrémité supérieure du tube central 7, et un conduit flexible de sortie d'eau 1 1 est raccordé à l'extrémité supérieure du tube vertical 9. L'eau parcourt ainsi le tube central 7 de haut en bas, jusqu'à la base de l'échangeur où elle est répartie dans les différents tubes 4 (cas de plusieurs tubes), puis elle s'élève dans le ou les tubes 4 enroulés en hélice, avant d'être recueillie au sommet de l'échangeur 1 par le collecteur 8, pour son évacuation par le tube vertical 9. Toutefois, comme on le comprend aisément, le sens de circulation de l'eau pourrait être inversé sans inconvénients. Au moins un anneau ou crochet de préhension 12 est encore prévu à la partie supérieure du tube central 7, pour permettre la manutention de l'échangeur thermique 1. L'échangeur 1 est mis en place dans la cuve 2 avant l'introduction des baies de raisin. Dans cette position initiale, l'échangeur 1 est rétracté, les spires formées par le ou les tubes 4 enroulés en hélice étant jointives ou du moins très rapprochées les unes des autres ; le contrepoids 6 repose initialement sur le fond de la cuve 2 -voir figure 2. Après introduction des baies de raisin dans la cuve 2, et pendant que s effectue la fermentation, celle-ci dégage un jus 13 dont le niveau 14 augmente progressivement, le jus 13 étant surmonté d'un chapeau de marc 15 dont la hauteur va au contraire diminuer. Au cours de ce processus, le flotteur 5 positionne la partie haute de l'échangeur 1 sensiblement au niveau 14 atteint par le jus 13, en suivant l'élévation de ce niveau. Le contrepoids 6 reste d'abord au fond de la cuve 2. L'échangeur 1 va ainsi s'étirer verticalement, en se déployant vers le haut de manière à suivre l'élévation du niveau 14 et à s'adapter automatiquement au volume croissant occupé par le jus 13 dans la cuve 2. La déformation de l'échangeur 1 se poursuit ainsi jusqu'à ce que le flotteur 5 arrive en butée contre l'anneau ou le crochet 12 prévu dans la partie supérieure du tube central 7, cette position étant montrée sur la figure 3. L'échangeur 1 est alors complètement étiré. Si le niveau 14 continue de s'élever, le flotteur 5 entraîne ensuite avec lui vers le haut l'ensemble de l'échangeur 1, y compris le contrepoids 6 qui peut quitter alors le fond de la cuve 2, comme le montre la figure 4. Après soutirage du jus 13, l'échangeur 1 se trouve à nouveau replié et n'occupe qu'un faible volume, facilitant ainsi l'opération de retrait du marc 15. L'échangeur 1 peut aussi être extrait de la cuve 2 avant le retrait du marc 15, de préférence avec un moyen de manutention, non représenté, fixé sur l'anneau 12 et permettant de tirer l'ensemble de l'échangeur 1 vers le haut, à l'état replié. La partie supérieure du flotteur 5 possède avantageusement une forme arrondie ou en cône, facilitant son extraction au travers du chapeau de marc 15. Dans les applications de précipitations tartriques, pour lesquelles la température du vin doit être abaissée jusqu à une valeur proche de la température de congélation du vin, l'échangeur thermique 1 est encore muni de moyens destinés à améliorer le coefficient d'échange et à retarder l'apparition de glace sur l'échangeur. Ces moyens sont constitués par un générateur de vibrations 16, dont la source d'énergie peut être électrique, ou réalisée par le passage du fluide de refroidissement dans une enveloppe déformable.Le générateur de vibrations 16 est fixé sur le flotteur 5 comme montré au dessin ou placé entre le flotteur 5 et le contrepoids 6, de manière à imprimer un mouvement d'oscillation verticale aux spires du ou des tubes 4 de l'échangeur 1. I1 se produit ainsi une mise en mouvement du vin, très localisée mais permettant d'éloigner du ou des tubes 4 les molécules suffisamment refroidies ou qui ont déjà commencé à cristalliser en glace, et d'amener vers ce ou ces tubes 4 de nouvelles molécules à refroidir. Outre l'effet qui vient d'être décrit, le générateur de vibrations 16 a encore pour avantages - de dégager par l'agitation une puissance calorifique très inférieure à celle dégagée dans le cas d'une agitation créée au moyen d'une hélice ou par pompage, ceci du fait des faibles puissances mises en jeu et de la localisation limitée au voisinage immédiat de l'échangeur - de ne provoquer qu'un brassage minimal du vin, en comparaison aux autres types d'agitation nécessaires pour atteindre des basses températures. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif de contrôle de température pour installations d'élaboration et/ou de conservation des vins qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe.Ainsi, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention - pour un échangeur thermique du genre décrit avec tubes enroulés en hélice, en modifiant le nombre de ces tubes - en prévoyant un échangeur thermique de construction différente, mais qui soit toujours de hauteur et/ou position variable et adaptable à celle du produit à traiter, tel qu'un échangeur en forme de plaque d'inclinaison variable, qui est initialement horizontal et qui se redresse au fur et à mesure de l'élévation du niveau du fluide à traiter, ce genre d'échangeur pouvant lui aussi comporter à sa partie supérieure un flotteur, lui permettant d'accompagner la variation du niveau du liquide - en remplaçant l'eau, qui circule dans l'échangeur, par tout autre fluide caloporteur - en utilisant ce dispositif dans des applications différentes, par exemple pour un contrôle de la température de fermentation non pas en présence des baies de raisin, mais appliqué à la fermentation des jus en sortie de pressoir, auquel cas l'échangeur thermique à hauteur variable apporte l'avantage de pouvoir traiter convenablement les jus dès le début de remplissage de la cuve, et pendant tout le remplissage qui peut s'étaler sur plusieurs heures, puisqu'il s'effectue au fur et à mesure du pressage de la vendange. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de contrôle de température pour installations d'élaboration et/ou de conservation des vins, du genre consistant en un échangeur thermique (1) apte à être placé à l'intérieur d'une cuve de vinification (2), l'échangeur étant relié à une arrivée (10) et à un départ (11) de fluide caloporteur parcourant cet échangeur, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (1) possède une hauteur et/ou une position variables, de manière à suivre les variations de volume et de niveau (14) d'un fluide à traiter (13) contenu dans la cuve (2). 2.- Dispositif de contrôle de température pour installations d'élaboration et/ou de conservation des vins, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un flotteur (5) disposé à la partie supérieure de l'échangeur thermique (1) et apte à flotter à la surface (14) du fluide à traiter (13). 3.- Dispositif de contrôle de température pour installations d'élaboration et/ou de conservation des vins, selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (1) comprend au moins un tube élastiquement déformable (4), enroulé suivant une hélice d'axe vertical, l'extrémité supérieure du ou des tubes (4) étant liée au flotteur (5) tandis que l'extrémité inférieure du ou des tubes (4) est située à une distance variable du flotteur (5), le ou chaque tube déformable (4) étant parcouru par le fluide caloporteur. 4.- Dispositif de contrôle de température pour installations d'élaboration et/ou de conservation des vins, selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (1) comprend deux ou plusieurs tubes déformables (4), formant des hélices coaxiales entrelacées et raccordées en parallèle entre l'arrivée (10) et le départ (11) de fluide caloporteur. 5.- Dispositif de contrôle de température pour installations d'élaboration et/ou de conservation des vins, selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure du ou des tubes déformables (4) est liée à un contrepoids (6), apte à reposer au moins temporairement sur le fond de la cuve (2). 6.- Dispositif de contrôle de température pour installations d'élaboration et/ou de conservation des vins, selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un tube central rigide (7), sensiblement vertical, dont l'extrémité inférieure est solidaire du contrepoids (6) et se trouve aussi raccordée à l'extrémité inférieure du ou des tubes déformables (4) enroulés en hélice, tandis que l'extrémité supérieure du tube central (7) est raccordée à l'arrivée (10) ou au départ (11) de fluide caloporteur, ce tube central (7) traversant de façon coulissante le flotteur (5). 7.- Dispositif de contrôle de température pour installations d'élaboration et/ou de conservation des vins, selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un moyen de préhension, tel qu'anneau ou crochet (12), est prévu à la partie supérieure du tube central (7), pour permettre la manutention de l'échangeur thermique (1), ce moyen (12) constituant en outre une butée limitant la montée du flotteur (5). 8.- Dispositif de contrôle de température pour installations d'élaboration et/ou de conservation des vins, selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (1) est en forme de plaque, d'inclinaison variable, qui se redresse au fur et à mesure de l'élévation du niveau (14) du fluide à traiter (13). 9.- Dispositif de contrôle de température pour installations d'élaboration et/ou de conservation des vins, selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la partie supérieure du flotteur (5) possède une forme arrondie ou en cône. 10.- Dispositif de contrôle de température pour installations d'élaboration et/ou de conservation des vins, selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (12) est encore muni d'un générateur de vibrations (16). 11.- Dispositif de contrôle de température pour installations d'élaboration et/ou de conservation des vins, selon l'ensemble des revendications 2 et 10, caractérisé en ce que le générateur de vibrations (16) est fixé sur le flotteur (5).