Brevet FR2775621A1 — publié le 19990910

La présente invention concerne un dispositif mélangeur et de traitement thermique de produits liquides, géliformes ou pulvérulents par exemple. De tels dispositifs peuvent par exemple être utilisés pour le séchage de sels marins, de produits alimentaires, de filtrats, ou encore pour la torréfaction. Les dispositifs mélangeurs couramment utilisés dans l'industrie comprennent un organe de brassage fixe ou mobile. Lorsqu'il est fixe, l'organe de brassage comprend un élément conformé présentant une surface externe pourvue de déflecteurs, de façon que, lorsque cet organe de brassage est disposé dans un flux de produits, il crée des mouvements de produits facilitant leur mélange. Lorsqu'il est mobile, l'organe de brassage comprend un élément conformé tel qu'une vis, un ruban, un soc ou des pales, dont la rotation dans l'enceinte contenant les produits à traiter provoque des déplacements de ceux-ci qui accélérent leur mélange. Dans certains cas, il est nécessaire de soumettre les produits mélangés à un traitement thermique. Il est alors nécessaire de disposer un four, tel qu'un tunnel à air chaud, en aval du dispositif mélangeur. Toutefois, la mise en oeuvre du traitement thermique est alors très onéreuse et l'installation est relativement encombrante. Pour pallier cet inconvénient, on a cherché à effectuer le traitement thermique lors du mélange. Dans un premier type de dispositif mélangeur assurant également un traitement thermique des produits, il est prévu des moyens de chauffage de l'enceinte contenant les produits, en ménageant les moyens chauffants dans la paroi de l'enceinte. De tels dispositifs sont de mise en oeuvre délicate et sont relativement coûteux. On connaît un deuxième type de dispositif dans lequel des thermoplongeurs sont disposés dans le récipient contenant les produits. De tels dispositifs sont plus simples à mettre en oeuvre que les dispositifs précédemment cités. Toutefois, dans ces derniers dispositifs, seuls les produits se trouvant au voisinage direct des thermoplongeurs sont soumis à un flux thermique efficace. On s'est en outre aperçu dans ce cas que, les thermoplongeurs n'induisant aucun mouvement des produits, les produits se trouvant à proximité des thermoplongeurs ne sont pas régulièrement renouvelés. Il en résulte que le chauffage des produits est incomplet, irrégulier et peu efficace. Pour chauffer les produits se trouvant en une position éloignée des thermoplongeurs, il est alors nécessaire d'augmenter la température de ceux-ci, ce qui risque de faire gratiner les produits proches des thermoplongeurs par suite d'un échauffement trop important desdits produits, de sorte que les coûts de maintenance sont augmentés (des nettoyages fréquents sont en effet indispensables pour décoller des produits calcinés qui adhèrent aux thermoplongeurs) , ou de chauffer en plus l'enceinte, ce qui augmente encore le coût de l'installation. Dans le domaine du transfert de produits pulvérulents, il est connu des dispositifs de transfert et de traitement thermique dans lesquels l'organe de transfert est une hélice à double enveloppe, présentant un passage interne dans lequel on fait passer un fluide caloporteur. On aurait pu penser à adapter cette structure aux dispositifs de brassage. Toutefois ce type de structure présente de nombreux inconvénients : outre le coût de fabrication élevé et la complexité du montage pour préserver l'étanchéité lors de la rotation de l'hélice, l'inertie thermique est très élevée, ce qui interdit un changement rapide de régime thermique. Ceci peut s'avérer très important pour la sécurité dans le cas où une réaction dangereuse surviendrait, obligeant à arrêter au plus vite le chauffage des produits. Par ailleurs, il est nécessaire dans certaines applications de brassage, telles que la fermentation aérobie, de disposer d'un organe de brassage creux et perforé permettant la diffusion de bulles d'air au sein des produits. Dans un dispositif mélangeur découlant de la structure précédemment décrite, la nécessité d'un fluide caloporteur parcourant l'organe de brassage interdit de telles applications. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités en concevant un dispositif plus performant. En vue de la réalisation de ce but, on prévoit, selon l'invention, un dispositif mélangeur et de traitement thermique de produits solides ou liquides, qui comprend un organe de brassage reçu dans une enceinte destinée à contenir les produits à mélanger et traiter et un moyen chauffant de traitement thermique, l'organe de brassage ayant au moins une surface extérieure formée d'un matériau électriquement conducteur et comprenant des moyens de connexion à une source d'alimentation en énergie électrique pour constituer lui-même le moyen chauffant. Ainsi, le moyen chauffant est constitué par l'organe de brassage au contact duquel les produits sont pour la plupart amenés pendant le mélange. La totalité ou la quasi-totalité des produits va donc s'échauffer directement au contact du moyen chauffant, et ce sans stationner contre la surface d'échauffement. Le chauffage des produits est ainsi réalisé de manière uniforme et les problèmes de gratinage sont pratiquement supprimés. De plus, la structure du dispositif est simple et de faible encombrement, de sorte que son coût de fabrication demeure peu élevé. De préférence, l'enceinte a au moins une surface interne réalisée en un matériau électriquement isolant. Grâce à cette mesure, les risques de courtscircuits entre l'organe de brassage et l'enceinte sont éliminés, de même que les risques d'électrocution de personnes par contact avec l'enceinte. La sécurité du dispositif est donc ainsi renforcée. Selon un mode de réalisation particulier, l'organe de brassage comprend un arbre pourvu d'un élément conformé, le matériau électriquement conducteur étant au moins prévu sur la surface extérieure dudit arbre et/ou dudit élément conformé. Selon une autre caractéristique particulière, l'élément conformé est formé dans sa masse du matériau électriquement conducteur, ou sa surface extérieure est recouverte d'une couche du matériau électriquement conducteur. Selon encore une autre caractéristique particulière, l'arbre est formé dans sa masse du matériau électriquement conducteur ou a sa surface extérieure est recouverte d'une couche du matériau électriquement conducteur. Selon un mode de réalisation particulier, l'arbre est formé d'une paroi tubulaire définissant une conduite pour un gaz, la paroi tubulaire avec sa surface extérieure en matériau électriquement conducteur présentant des perforations. Par ailleurs, l'organe de brassage est soit monté dans l'enceinte pour tourner autour de l'axe longitudinal de l'arbre en étant relié à l'arbre de sortie d'un moteur d'entraînement en rotation, soit monté fixe dans l'enceinte. De préférence enfin, le matériau électriquement conducteur est un métal tel que l'acier inoxydable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels - la figure 1 est une vue d'ensemble, avec écorché, d'un dispositif mélangeur et de traitement thermi que selon un premier mode de réalisation, - la figure 2 est une vue partielle en élévation, avec arrachement, d'un dispositif selon un deuxième mode de réalisation, - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 d'un dispositif selon un troisième mode de réalisation. En référence à la figure 1, le dispositif mélangeur et de traitement thermique selon l'invention comprend une enceinte tubulaire 1, fermée, comportant, à ses extrémités respectives, un système d'alimentation en produits à mélanger portant la référence générale 2 et comprenant par exemple deux conduites 2.1,2.2 de produits pulvérulents ou granuleux et une conduite 2.3 de produit liquide qui débouchent dans l'enceinte 1, et une sortie d'évacuation 3 du mélange obturée par une vanne (non représentée). L'enceinte 1 est de préférence réalisée en un matériau isolant électriquement tel qu'une matière plastique. L'enceinte pourrait également n'avoir que sa surface interne en matériau électriquement isolant. Bien que l'on ait représenté l'enceinte 1 sous la forme d'un cylindre complet (ciel fermé), l'enceinte 1 pourra également être agencée avec un ciel ouvert, et pourra avoir toute forme adaptée à l'application particulière à laquelle elle est destinée. Un organe de brassage généralement désigné en 5 est monté dans l'enceinte 1 pour tourner autour de son axe longitudinal 5.2. Sur la figure 1, l'organe de brassage 5 est ici un organe de brassage de type à ruban qui comprend un arbre 5.1 portant un élément conformé 5.3 formé de deux serpentins hélicoïdaux et coaxiaux s'enroulant autour de l'arbre 5.1 selon des sens opposés. Selon une caractéristique essentielle du premier mode de réalisation de l'invention, l'organe de brassage 5 est au moins en partie réalisé en un matériau électriquement conducteur, par exemple de l'acier inoxydable. L'arbre 5.1 et/ou l'élément conformé 5.3 peuvent être formés dans leur masse du matériau électriquement conducteur, ou en variante être réalisés en matériau isolant électriquement et avoir une surface extérieure rendue électriquement conductrice par dépôt d'une couche en matériau conducteur ou de particules conductrices. La ou les portions d'extrémité de l'arbre 5.1 de l'organe de brassage 5 sont reçues dans des paliers 4 (dont un seul est représenté à la figure 1) de l'enceinte tubulaire 1 par l'intermédiaire de bagues conductrices fixées dans ces paliers et reliées à une source d'alimentation (non représentée ici) par des fils électriques 7. La source d'alimentation sera dimensionnée notamment en fonction des caractéristiques dimensionnelles et de résistance électrique de l'organe de brassage. Avantageusement, la tension délivrée, en continu ou en alternatif, sera inférieure à 100 volts pour des raisons de sécurité. Les moyens de connexion à la source d'alimentation pourraient être, aux lieu et place de bagues conductrices, des balais conducteurs ou des charbons frottant sur la surface extérieure de l'organe de transfert, ou bien encore un raccord de connexion tournant monté sur l'une des extrémités de l'organe de transfert 5. Une portion d'extrémité de l'arbre 5.1 est solidaire en rotation d'une extrémité de l'arbre de sortie d'un moteur d'entraînement en rotation 8 par l'intermédiaire d'un joint d'accouplement, par exemple du type à griffes. Le joint d'accouplement est de préférence réalisé en matériau isolant. Le joint d'accouplement peut ainsi assurer, outre une fonction d'isolement électrique du moteur de l'organe de brassage, une fonction de rattrapage des défauts d'alignement entre l'arbre de sortie et l'extrémité de l'arbre et/ou une fonction d'amortissement élastique. En fonctionnement, l'organe de brassage 5 est entraîné en rotation par le moteur 8. Un courant électrique, amené de la source d'alimentation par les fils 7 et les bagues, traverse l'arbre 5.1 et/ou l'élément conformé 5.3 de l'organe de brassage 5, provoquant ainsi leur échauffement par effet Joule. Les produits pulvérulents et liquides à mélanger et à traiter sont introduits dans l'enceinte 1 par le système d'alimentation 2 et sont brassés par l'élément conformé 5.3. Simultanément, les produits sont échauffés lors de leur brassage par leur contact avec la surface externe de l'arbre 5.1 et/ou l'élément conformé 5.3. Du fait de la rotation de ceux-ci et des mouvements induits des produits, les produits seront pour la plupart amenés au contact de l'organe de brassage 5 chauffé. Le chauffage des produits est ainsi très efficace et uniforme pour la totalité ou la quasi-totalité de ceux-ci. Une fois le mélange réalisé et le traitement thermique terminé, la vanne de la sortie d'évacuation 3 est ouverte et le mélange est évacué hors de l'enceinte, conformément à une utilisation "en batch" (par lots successifs) du mélangeur. On va maintenant décrire deux autres modes de réalisation, en se référant aux figures 2 et 3. Les éléments identiques ou analogues à ceux décrits précédemment, porteront dans la suite de la description la même référence numérique. Sur la figure 2, l'organe de brassage 5 du dispositif selon un deuxième mode de réalisation, est disposé verticalement dans une enceinte 1 de forme conique, et comprend un arbre 5.1 ayant comme axe longitudinal l'axe vertical 5.2. Un élément conformé en forme d'hélice 5.3 du type vis d'Archimède conique s'enroule autour de l'arbre 5 1 L'arbre 5.1 et l'hélice 5.3 sont en l'espèce réalisés en une seule pièce de matériau électriquement isolant, et les surfaces extérieures de l'arbre 5.1 et de l'hélice 5.3 sont recouvertes d'une couche conductrice 15 constituée par exemple d'acier inoxydable, d'un tissu électriquement conducteur, ou de tout autre matériau électriquement conducteur adapté. Seule la surface extérieure de l'hélice 5.3 pourrait en outre être recouverte de la couche conductrice 15. On pourrait en variante réaliser l'arbre 5.1 et l'hélice 5.3 en une seule pièce dans un matériau électriquement conducteur tel qu'un métal, ou encore réaliser un arbre 5.1 en matériau isolant et une hélice 5.3 réalisée dans sa masse en matériau électriquement conducteur et fixée sur l'arbre 5.1. L'organe de brassage 5 selon ce mode de réalisation est ici destiné, comme précédemment, à être monté tournant dans l'enceinte, de préférence en matériau électriquement isolant, par l'intermédiaire de paliers recevant les extrémités de l'arbre 5.1, et à être raccordé par des bagues 6 et des fils électriques 7 formant des moyens collecteurs associés, à une source d'alimentation électrique non représentée ici. En référence à la figure 3, le dispositif mélangeur et de traitement thermique selon un troisième mode de réalisation comprend, comme précédemment, une enceinte 1 dans laquelle est monté tournant un organe de brassage 5. L'organe de brassage 5 comprend ici un arbre creux 5.1 formé d'une paroi tubulaire en matériau électriquement conducteur. La paroi tubulaire de l'arbre 5.1 est traversée par une pluralité de perforations transversales 5.4. L'arbre 5.1 a une extrémité ouverte destinée à être raccordée à une source de gaz sous pression et une extrémité opposée obturée. L'élément conformé 5.3 est ici une hélice fixée sur une partie de l'arbre 5.1 s'étendant dans l'enceinte 1. L'élément conformé 5.3 est également réalisé en matériau électriquement conducteur. En fonctionnemant, les produits disposés dans l'enceinte 1, sont brassés et chauffés par l'élément conformé 5.3 en rotation dans ladite enceinte. Simultanément, du gaz sous pression est injecté dans l'arbre tubulaire 5.1 et s'échappe au coeur des produits sous forme de bulles au travers des perforations 5.4. Une telle structure de l'organe de brassage 5 est particulièrement bien adaptée à la réalisation d'une fermentation aérobie des produits à mélanger. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, bien que dans les dispositifs décrits l'organe de brassage soit monté tournant dans l'enceinte, on aurait pu prévoir de monter fixe l'organe de brassage, l'enceinte étant alors traversée par les flux de produits à mélanger. En outre, l'organe de brassage peut avoir toute forme adaptée, avec ou sans arbre central. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec des dispositifs mélangeurs à ruban, à vis, ou à hélice, l'invention peut s'appliquer à de nombreux types de mélangeurs, tels que les mélangeurs à ancre, à turbine, à socs, à queue de cochon. Dans ces cas, chaque élément conformé (ancre, soc ou autre) présentera au moins une surface extérieure formée d'un matériau conducteur. REVENDICATIONS 1. Dispositif mélangeur et de traitement thermique de produits solides ou liquides, comprenant un organe de brassage (5) reçu dans une enceinte (1) destinée à contenir les produits à mélanger et traiter, et un moyen chauffant de traitement thermique, caractérisé en ce que l'organe de brassage (5) a au moins une surface extérieure formée d'un matériau électriquement conducteur, et en ce que l'organe de brassage (5) comprend des moyens de connexion (6,7) à une source d'alimentation en énergie électrique pour constituer lui-même le moyen chauffant. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte (1) a au moins une surface interne réalisée en un matériau électriquement isolant. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de brassage (5) comprend un arbre (5.1) pourvu d'un élément conformé (5.3), le matériau électriquement conducteur étant au moins prévu sur la surface extérieure dudit arbre (5.1) et/ou dudit élément conformé (5.3). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément conformé (5.3) est formé dans sa masse du matériau électriquement conducteur. 5. Dispositif selon la revendication 3 , caractérisé en ce qu'une couche (15) du matériau électriquement conducteur recouvre la surface extérieure de l'élément conformé (5.3). 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'arbre (5.1) est formé dans sa masse du matériau électriquement conducteur. 7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'une couche (15) du matériau électriquement conducteur recouvre la surface extérieure de l'arbre (5.1). 8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'arbre (5.1) est formé d'une paroi tubulaire définissant une conduite pour un gaz, la paroi tubulaire avec sa surface extérieure en matériau électriquement conducteur présentant des perforations (5.4). 9. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que l'organe de brassage (5) est monté dans l'enceinte (1) pour tourner autour de l'axe longitudinal de l'arbre (5.1) et est relié à l'arbre de sortie d'un moteur d'entraînement en rotation (8). 10. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que l'organe de brassage (5) est monté fixe dans l'enceinte (1). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau électriquement conducteur est un métal tel que l'acier inoxydable.