Brevet FR2841154A1 — publié le 20031226

o de production d'hydrogene sensiblement pun 28411 54 Les industries chimique et agro-alimentaire utilisent des cuves a double enveloppe pour le rechauffage, la cuisson ou le maintien en temperature de produits tres divers: huile, peinture, graisse, plastiques... (industrie chimique) - chocolat, yaourt, melasse...(industrie agro- alimentaire). Ces cuves vent equipees de melangeurs S pour rendre le transfert thermique plus homogene et plus aise. Lorsque les besoins du procede en energie thermique vent faibles, les cuves equipees d'une paroi a double enveloppe suffisent a apporter a elles seules toute la chaleur necessaire. Pour les operations qui necessitent un apport de chaleur plus important, il est souvent necessaire d'augmenter la surface d'echange thermique en installant a l'interieur de la cove un ou plusieurs systemes a circulation de fluide caloporteur: reseau de serpentine, chicanes a double-enveloppe et tubes verticaux. D'une maniere generale, on peut affirmer que les conditions d'echanges thermiques entre le produit a traiter et ['element chauffant vent particulierement favorables en cuve agitee, la convection forcee assurant un bon transfert de matiere et 1S par suite un transfert de chaleur performant (voir figure 1). L'echange thermique etant tres bon, pour pouvoir transferer un maximum d'energie thermique a un produit en cuve agitee, il suffit d'apporter une grande quantite de chaleur au produit par l'intermediaire du systeme de chauffage, a savoir le fluide caloporteur, lequel agit a temperature imposee. Toutefois, la puissance thermique transferee au produit est limitee par la temperature du fluide caloporteur et son debit. Les conditions tres favorables d'echange thermique ne vent pas exploitees de maniere optimale: aussi grand que soit le coefficient d'echange thermique au sein de la cuve, on ne pourra pas forcement apporter une energie thermique suffisante par ce biais. La densite de puissance thermique surfacique de ces elements chauffants fixes peut etre insuffisante. C'est pourquoi il avait ete egalement envisage d'equiper de pales agitatrices chauffantes les cuves d'echange thermique du genre en question, un fluide caloporteur gazeux ou liquide etant mis en circulation dans des pales creuses de l'agitateur. Cependant cette solution ne peut etre entierement satisfaisante, devant mettre en ceuvre des joints tournants de fabrication et d'entretien couteux. En outre, les systemes a circulation de fluide caloporteur n'offrent pas une precision de regulation satisfaisante, du fait de leur inertie thermique, qui allonge le temps de reponse, et de la necessite de mesurer la temperature du fluide caloporteur. 28411 54 La presente invention concerne done un agitateur rotatif a surface chauffante pour milieu liquide, pulverulent ou pateux, lequel agitateur est monte sur un arbre moteur propre a l'entraner en rotation dans ledit milieu pour ['agitation et le chauffage de celui-ci, le but de ['invention etant notamment de rendre plus facile et plus precise la regulation de la temperature d'un tel agitateur, et a moindre cout, avec des astreintes quant a l'entretien tres faibles, et ceci sous des puissances de chauffage importantes. A cet effet, un agitateur conforme a ['invention et evitant les inconvenients des differentes techniques anterieures evoquees plus haut est caracterise en ce qutun support de ladite surface chauffante porte une resistance electrique reliee par des connexions electriques a une ligne d'amenee de courant passant le long audit arbre, cette li gne etant elle-meme reliee a une source d' alimentati on en courant par l'intermediaire de contacts frottants. Tout en conservant l'avantage de ['excellent transfert thermique procure par les pales chauffantes, on pourra augmenter ainsi considerablement la puissance calorifique developpee par la surface chauffante, ce qui evitera la presence a l'interieur de la cuve de reseaux de serpentine, chicanes ou tubes verticaux difficiles a nettoyer en presence de normes d'hygiene draconiennes, notamment dans les industries agroalimentaires, chimiques et cosmetiques. En outre et contrairement a ce qui est le cas avec un fluide caloporteur qui travaille a temperature imposee, on pourra travailler a puissance imposee importante et controler facilement cette puissance, par un contr81e classique de la puissance electrique alimentant la resistance equipant ladite surface chauffante. Une thermistance completera avantageusement le contrOle fin et precis du traitement thermique et du procede. Avantageusement, la resistance electrique sera constituee d'une encre resistive deposee sur le support de la surface chauffante par un procede de type serigraphique. L'avantage des resistances serigraphiees pour cette application reside d' une part dans le faible cout de mise en oeuvre de cette technologie et d' autre part dans la forte densite de puissance surfacique que l'on peut atteindre grace a ce procede: jusqu'a 120 W/cm2, avec une masse reduite et une inertie thermique tres faible. Cette derriere caracteristique permet d'envisager en particulier la possibilite de 28411 54 remplacer tout un systeme de chauffage par double enveloppe grace a celui constitue avec les resistances (en fonction de la puissance qui pourra etre apportee par ce biais). De preference, on prevoira encore que ladite resistance est recouverte d'une couche de ceramique vitreuse d'isolement et de protection, les connexions S electriques etant quant a elles recouvertes d'une couche de resine. Par ailleurs, en en cas de surface chauffante a support metallique, une couche de dielectrique pourra etre interposee entre ce support et ladite resistance. Des modes d'execution de ['invention vont maintenant etre decrits a titre d'exemples nullement limitatifs avec reference aux figures du dessin ciannexe dans lequel: - la figure 1 est le schema simplifie d'une cuve a echange thermique classique; - la figure 2 est le schema d'une cuve a echange thermique equipee conformement a ['invention; - la figure 3 est une vue en plan schematique d'une surface chauffante de l'agitateur, montrant le dessin de la resistance electrique, la figure 3a etant une variante representee en perspective; - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale de la surface chauffante de la figure 3; - la figure 5 est une vue en coupe d'une connexion par contact; - la figure 6 est un graphique montrant le profil des temperatures du milieu chauffe dans la cuve et de la surface de l'agitateur; et - les figures 7a et 7b montrent en perspective un autre mode de realisation de ['invention. Dans la figure 1, on a montre une cuve 1 de type connu a double paroi 2 a l'interieur de laquelle est installe un serpentin 3 parcouru par un fluide caloporteur. Le milieu chauffe 4 est agite par des pales d'agitateur S non chauffees, montees sur un arbre rotatif 6 entra^ne par un moteur electrique 7. Dans la figure 2 qui represente une cuve equipee conformement a ['invention, on a utilise les memes references que sur la figure 1 pour designer les memes elements ou leurs equivalents. L'agitateur comporte ici des pales 8 dont la surface est chauffee par des resistances electriques 9 dont un dessin possible est represente aux figures 3 et 4. Ces resistances 9 peuvent etre facilement obtenues par 28411 54 dep8t sur le support 8a des pales 8 d'une encre resistive selon un procede analogue a la serigraphie. Chaque resistance est recouverte d'une couche de ceramique vitreuse d'isolement et de protection 10. Si le support 8a est en acier ou autre metal, une couche de dielectrique 11 est interposee entre lui et la resistance 9. Les connexions electriques 12 de cette resistance 9 vent reliees a une ligne d'amenee de courant (non representee) passant dans l'arbre d'entra^nement creux 6 de l'agitateur, cette ligne etant elle-meme reliee a une source d'alimentation en courant par l'intermediaire de contacts frottants, ceci de maniere en soi connue. En 9t, on a represente une thermistance egalement serigraphiee, permettant de mesurer la temperature de la pale 8, et done de contr81er cette temperature, en agissant par exemple sur la tension de la source d'alimentation en courant precitee. Les connexions electriques 12 peuvent etre soudees ou realisees par contact. Dans le cas de connexions electriques soudees, il faut evidemment veiller a ce que les temperatures maximales atteintes par la pale 8 au cours de son fonctionnement ne provoquent par la fusion de ces connexions, ce qui necessite ltemploi d'une soudure en materiau approprie ou de deporter les connexions dans une zone plus froide que la surface chauffante de la pale. Pour ce faire, on peut proceder comme represente sur la figure 3a, dans laquelle on a represente une pale 8 dont les connexions 12 qui vent reliees a la resistance electrique serigraphiee 9 vent portees a l'extremite eloignee d'une barrette isolante 8b reliee au support 8a de la pale 8, la liaison electrique 9a entre les connexions 12 et la resistance 9 etant constituee d'une piste conductrice a falble resistivite, done tres faiblement chauffante. Ainsi il n'y a pas risque de fusion des connexions soudees 12, meme si le support de pale 8a atteint une temperature elevee. La protection et ['isolation de telles connexions electriques peuvent etre obtenues soit en deposant sur elles une couche de resine isolante capable de resister a la temperature, soit en les recouvrant d'un depOt de ceramique realise a une temperature inferieure a la temperature risquant d'endommager la soudure, par exemple 200 C. Une connexion electrique realisee par contact a ete representee a titre d'exemple a la figure 5. 28411 54 s La liaison electrique entre un conducteur de raccordement 13 a la source de courant et une piste argentee 14 en liaison avec la resistance de chauffage 9 est assuree par l'intermediaire de l'extremite recourbee et elastique 15 d'une lamelle en laiton dont un ceillet 16 est engage sur une vis a tete conique en laiton 17 gainee par un tube S isolant 26 et serree sur le support 8a de la pale. L'empilage du conducteur 13, de l'acillet 16 et d'une rondelle eventail 18 de compensation des dilatations de la vis est enserre entre deux rondelles de ceramique 19 et 20, et ['ensemble est serre sur la vis par un ecrou 21. La figure 6 montre a titre d'exemple, en 22 ['evolution dans le temps du profil des temperatures du milieu 4 chauffe dans la cuve 1, et en 23 du profil de la temperature des pales 8 d'un agitateur conforme a ['invention, ceci pour une cuve contenant 150 litres d'eau. La temperature de l'eau passe en environ 80 mn de 25 a C avec une puissance electrique d'environ 10 kW et une temperature de surface allant de 80 a 160 C. On pourra bien entendu conferer a la surface chauffante toute forme de pale tournante connue, notamment a surfaces planes inclinees sur l'axe ou non, incurvees ou helicoidales, du genre a turbine a disque de type Rushton, etc. Aux figures 7a et 7b on a represente une autre variante selon laquelle la resistance chauffante serigraphiee 9b est inscrite sur un film souple silicone 24, un tel film pouvant alors etre dispose dans un fourreau metallique protecteur 25 constituent une pale creuse propre a etre montee sur l'arbre tournant de l'agitateur. L'espace interstitial menage entre ce film 24 et la paroi interne du fourreau 25 pourra etre rempli d'une graisse speciale de couplage therrnique. 28411 54 REVENDICATIONS 1. Agitateur rotatif a surface chauffante pour milieu liquide, pulverulent ou pateux, lequel agitateur est monte sur un arbre moteur (6) propre a l'entraner en rotation dans ledit milieu (4) pour ['agitation et le chauffage de celui-ci, caracterise en ce qu'un support (8a) de ladite surface chauffante porte une resistance electrique (9) reliee par des connexions electriques (12) a une ligne d'amenee de courant passant le long audit arbre (6), cette ligne etant elle-meme reliee a une source d'alimentation en courant par l'intermediaire de contacts frottants. 2. Agitateur selon la revendication 1, caracterise en ce que ladite resistance electrique (9) est constituee d'une encre resistive deposee sur ledit support (8a) par un procede de type serigraphique. 3. Agitateur selon la revendication 2, caracterise en ce que ladite resistance (9) est recouverte d'une couche de ceramique vitreuse d'isolement et de protection (10), les connexions electriques (12) etant quant a elles recouvertes d'une couche de resine. 4. Agitateur selon la revendication 3, caracterise en ce qu'en cas de surface chauffante a support (8a) metallique, une couche de dielectrique (11) est interposee entre ce support et ladite resistance (9). 5. Agitateur selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que les connexions (12) de la resistance electrique serigraphiee (9) vent portees a l'extremite eloignee d'une barrette isolante (8b) reliee au support (8a) de la pale (8), la liaison electrique (9a) entre lesdites connexions et la resistance (9) etant constituee d'une piste conductrice a faible resistivite, done tres faiblement chauffante. 6. Agitateur selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que la resistance chauffante serigraphiee (9b) est inscrite sur un film souple silicone (24) dispose dans un fourreau metallique protecteur (25) constituent une pale creuse propre a etre montee sur ledit arbre moteur, l'espace interstitial menage entre ce film (24) et la paroi interne du fourreau (25) etant rempli d'une graisse speciale de couplage