Brevet FR2863829A1 — publié le 20050624

La présente invention a pour objet un procédé de traitement thermique continu de fluide, et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Il pourra, par exemple, s'agir de traiter thermiquement des produits alimentaires, solides, entiers, ou en morceaux, dans du jus, de la sauce, de la saumure ou autre, qui doivent être soumis à une étape de cuisson, stérilisation, pasteurisation, ou tout autre traitement pour la transformation des aliments. On connaît les technologies à chauffage volumique, notamment par microondes, radiofréquences, ou encore chauffage ohmique, qui permettent un chauffage dans l'ensemble du volume des produits contrairement aux échanges thermiques à surface d'échanges. En particulier, on connaît un dispositif de chauffage ohmique en continu à fluide circulant dans une conduite, et soumis à un champ électrique. Il présente au moins deux électrodes en contact avec le fluide. Ce dernier, lui même conducteur de courant électrique est soumis à une élévation de températures par perte diélectrique. Cependant, tout comme les échanges thermiques à surface d'échange, les technologies à chauffage volumique connues engendrent un chauffage non homogène lorsqu'il s'agit de traiter un fluide circulant dans une conduite. Ce phénomène est à l'origine de l'encrassement de la conduite. Des solutions existent pour tenter d'homogénéiser la température et limiter le processus d'encrassement lors du chauffage volumique. Une première solution consiste à contrôler la pression dans la conduite afin de créer un filament de vapeur homogénéisant la température dans le produit et limitant ainsi l'encrassement. Toutefois, cette solution est délicate à mettre en oeuvre. Une deuxième solution consiste à utiliser des conduites à faible section favorisant un régime d'écoulement turbulent. Les turbulences ainsi créées homogénéisent les températures dans le fluide et limitent ainsi l'encrassement. Toutefois, cette solution est limitée aux fluides homogènes peu visqueux. Une autre solution consiste à diviser le processus en deux étapes. Une première étape consiste à chauffer, immobile, les produits dans une conduite, et une deuxième étape à les évacuer de ladite conduite. Toutefois, ce procédé est discontinu et permet donc de traiter un volume inférieur de produits par rapport à un système continu. Lors de leurs travaux, les inventeurs ont étudié ce phénomène d'encrassement et ont remarqué qu'il s'explique par le fait que le fluide en régime d'écoulement laminaire a une vitesse faible près des parois et maximale dans l'axe de symétrie de la conduite. Ainsi, le fluide situé près de la paroi est exposé plus longtemps au moyen de chauffage volumique que la couche se trouvant au centre de la conduite. Alors, la température à la surface de la conduite est donc bien supérieure à la température moyenne du fluide et est à l'origine de l'encrassement. De plus, les inventeurs ont également mis en exergue que ce phénomène est accentué pour le procédé de chauffage ohmique, le fluide présentant une conductivité électrique supérieure lorsque la température augmente. La présente invention concerne un procédé de traitement thermique continu de fluide, notamment alimentaire, qui a pour objet de limiter l'encrassement de la conduite tout en palliant les inconvénients précités de l'état de la technique. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de traitement thermique qui permet d'uniformiser la distribution des températures. Ainsi, la température maximale par ce procédé, sur une section de la conduite, est sensiblement diminuée et est déplacée en direction du centre de celle-ci. Un autre avantage du procédé conforme à l'invention réside dans le fait qu'il permet de traiter un grand tonnage de produits étant donné qu'il s'agit d'un procédé en continu. Un autre avantage du procédé est qu'il permet d'utiliser une conduite chauffante de large dimension et ainsi d'avoir dans le produit de faibles coefficients de cisaillement. Aussi, on pourra traiter des produits alimentaires solides, entiers, ou en morceaux, en suspension dans un liquide. Des produits fragiles, par exemple des fraises, peuvent donc être traitées. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de traitement thermique qui permet d'obtenir un produit de qualité avec une surveillance limitée. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. Selon l'invention, le procédé de traitement thermique en continu de fluide, notamment alimentaire, est caractérisé en ce qu'on crée une veine de fluide à traiter, on chauffe la veine de façon volumique et on contrôle la température surfacique de ladite veine. Elle met en oeuvre plus précisément un procédé de chauffage volumique dans lequel la température de surface de la veine de fluide à traiter est contrôlée de manière à uniformiser la distribution des températures dudit fluide à traiter sur une section perpendiculaire de ladite veine. Ce contrôle permet également d'éviter une surchauffe dudit fluide à traiter et ainsi l'encrassement des conduites. L'invention a également pour objet un dispositif conçu pour la mise en oeuvre du procédé précité, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens pour créer une veine de fluide à traiter, - des moyens pour chauffer la veine de façon volumique, - des moyens pour contrôler la température surfacique de ladite veine. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels: - la figure 1 est une vue schématique permettant d'expliquer le procédé conforme à l'invention pour le traitement thermique en continu de fluide, notamment alimentaire, - la figure 2 est une vue schématique des températures du fluide à traiter sur une section perpendiculaire de la veine lors du chauffage volumique sans et avec contrôle de la température de la surface de la veine. - la figure 3 est une vue schématique de la section d'une première variante du dispositif conçu pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, - la figure 4 est une vue schématique de la section d'une autre variante du dispositif conçu pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. La présente invention a pour objet un procédé de traitement thermique volumique de fluide, notamment alimentaire, et un dispositif conçu pour la mise en oeuvre de ce procédé. Selon l'invention, tout d'abord, on crée une veine 1 de fluide 2 en mouvement, notamment, dans le sens de la flèche 3. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé, on canalise le fluide en mouvement dans une conduite 11 de traitement. La conduite est avantageusement lisse et ne présente aucun point d'arrêt pour le fluide 2 afin d'éviter toutes zones de stagnation à l'origine de l'encrassement de la conduite. Puis, selon l'invention, on chauffe la veine 1 au moins sur une section 4 de celle-ci. II pourra s'agir de technologies de chauffage volumique tel que le chauffage ohmique, micro-ondes, par radiofréquences ou encore tout autre technologie traitant les fluides dans la masse. Ensuite, selon l'invention, on contrôle la température surfacique 5 de ladite veine 1 du fluide 2. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé on contrôle la température surfacique 5 de manière à uniformiser la distribution des températures dudit fluide 2 à traiter sur une section perpendiculaire de ladite veine 1. Dans un mode avantageux, on refroidit la surface de ladite veine 1 pour contrôler la température surfacique 5. 15 Par ailleurs, on règle la température surfacique 5 de manière à limiter l'encrassement de ladite conduite. En outre, on chauffe dans la masse ledit fluide 2 et on refroidit de manière surfacique les parois 10 de ladite conduite 11 sur une même section 4. La figure 2 présente un graphique des températures sur une section perpendiculaire de ladite conduite, en fonction des rayons dans la conduite, dans l'exemple où la veine est cylindrique. Ainsi, l'axe 6 est l'ordonnée des températures et l'axe 7 est celui des rayons dans la conduite. La courbe 8 présente la distribution des températures avec chauffage volumique mais sans contrôle de la température surfacique des parois de la conduite. La courbe 9 présente la distribution des températures obtenue en combinant l'action du chauffage volumique avec le contrôle de la température surfacique des parois de la conduite. A cause des phénomènes de friction du fluide 2 par rapport aux parois de la conduite, en régime d'écoulement laminaire, ce dernier a une vitesse faible près des parois 10 de la conduite 11 et maximale dans l'axe de symétrie de la conduite. Les inventeurs ont observé, lors de leurs travaux, que ce phénomène se traduit tel que sur la courbe 8 par des températures près des parois 10 bien supérieures à la température moyenne du fluide 2. Lors de leur expérimentation, ils sont parvenus à uniformiser la distribution des températures, tel que sur la courbe 9, et à baisser la température près des parois 10 en refroidissant de manière surfacique les parois 10 de la conduite 11. Ainsi, en refroidissant les parois 10 de la conduite 11, les maxima des températures, sur une section perpendiculaire, sont sensiblement diminuées et se déplacent radialement vers le centre de la conduite telle que vu en courbe 9. En outre, dans un mode de mise en oeuvre du procédé, on mesure avantageusement la température des parois 10 de ladite conduite, et on prévoit une boucle de régulation asservissant le système de refroidissement à une valeur consigne de la température de surface de ladite conduite. La valeur de consigne peut être avantageusement choisie inférieure à la température critique de l'encrassement du fluide 2 à traiter. Cela étant, selon le dispositif conforme à l'invention pour la mise en oeuvre du procédé, il comprend des moyens pour créer une veine 1 de fluide 2 à traiter, des moyens pour chauffer la veine 1 de façon volumique et, des moyens pour contrôler la température surfacique 5 de ladite veine 1. Selon un mode de réalisation du dispositif conçu pour la mise en oeuvre du procédé, le dispositif comprend une conduite 11 canalisant le fluide 2 en mouvement, notamment dans le sens de la flèche 3. Ladite conduite 11, ici cylindrique, d'axe de symétrie 19, est reliée à une conduite amont et aval de même section par des brides de fixation 18. Selon un mode de réalisation du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, les moyens de chauffage sont constitués par au moins deux électrodes séparées entre elles par une paroi électriquement isolante. Plus précisément, dans le mode de réalisation illustré en figure 3 et 4, chaque conduite de chauffage comporte d'une part une électrode centrale 13a ou 13b reliée à une phase de courant alternatif et d'autre part à deux électrodes 12 à leur extrémité, reliées à l'autre phase ainsi qu'à la terre. Ces électrodes sont séparées par une paroi électriquement isolante 14. Cette conduite de traitement peut-être réalisée dans une matière strictement électriquement isolante présentant une bonne tenue mécanique de la matière à la température, telle que par exemple le polypropylène utilisable jusqu'à des températures de l'ordre de 100 C ou le poly-étheréther-cétone (PEEK). Ce dernier a un point de fusion à 354 C et est utilisable jusqu'à 250 C. Avantageusement, pour le traitement de fluides circulant à haut débit, d'autres électrodes peuvent être ajoutées, disposées préférablement en alternant une électrode reliée à la phase d'une source de courant monophasé alternatif et une autre reliée à l'autre phase ainsi qu'à la terre. Pour des puissances importantes, on peut aussi envisager l'utilisation d'une alimentation triphasée, avec quatre électrodes, les électrodes extrêmes étant raccordées à la terre. Selon un mode de réalisation du dispositif, les moyens de refroidissement sont constitués par un circuit de circulation d'un fluide frigo- porteur 15 à contre ou co-courant dudit fluide 2. Avantageusement, la circulation du fluide frigo-porteur 15 se fait à cocourant du fluide 2. Dans ce cas, le fluide frigo-porteur entre, tel que repéré sur les figures, en 16 et sort en 17. Selon un mode de réalisation du dispositif, le même fluide frigo-porteur 15 traverse les électrodes 12 et 13a afin de les refroidir et ainsi d'assurer une plus longue longévité de ces dernières. Dans une variante décrite en figure 3 le fluide frigo-porteur est en contact avec les électrodes 12 et 13a présentant un écart de potentiel électrique. Le fluide frigo-porteur 15 selon ce mode de réalisation doit alors présenter une faible conductivité électrique. Un fluide tel que de l'huile peut être utilisé. Dans une autre variante illustrée en figure 4, l'électrode centrale 13b est isolée du fluide frigo-porteur 15 par la paroi électriquement isolante 14. Le fluide frigo-porteur 15 ne refroidit donc pas directement l'électrode centrale 13b mais indirectement par l'intermédiaire de ladite paroi électriquement isolante 14. Par ailleurs le dispositif comporte des moyens pour mesurer la température des parois de ladite conduite 11, tel qu'un capteur de température, ainsi qu'une boucle de régulation asservissant les moyens de refroidissement, par exemple le débit de circulation du fluide frigo- porteur 15, par rapport à une valeur de consigne de la température de surface 5 de ladite conduite 11. Cette valeur de consigne peut être avantageusement choisie inférieure à la température d'encrassement du fluide. Cette boucle de régulation ainsi décrite permet d'obtenir un traitement thermique de qualité avec une surveillance de qualité. Selon la présente invention, la perte énergétique du dispositif due au refroidissement des parois de la conduite 11 est avantageusement compensée par le gain généré par la réduction de l'encrassement, des nettoyages, du traitement des effluents, et des arrêts de production relatifs à ces opérations. Naturellement, d'autres modes de réalisation, à la portée de l'Homme de l'art, auraient pu être envisagés sans pour autant sortir du cadre de la présente demande telle que définie dans les revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement thermique en continu de fluide (2), notamment alimentaire, caractérisé en ce qu'on crée une veine (1) de fluide (2) à traiter, on chauffe la veine (1) de façon volumique et on contrôle la température surfacique (5) de ladite veine (1). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on contrôle la température surfacique (5) de manière à uniformiser la distribution des températures dudit fluide (2) à traiter sur une section perpendiculaire de ladite veine (1). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on refroidit la surface de ladite veine (1) pour contrôler la température surfacique (5). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on canalise le fluide (2) en mouvement dans une conduite de traitement. 5. Procédé selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que, sur une même section (4) de conduite, on chauffe dans la masse ledit fluide (2) à traiter et on refroidit de manière surfacique les parois de la conduite. 6. Procédé selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'on règle la température surfacique (5) de manière à limiter l'encrassement de la conduite. 7. Procédé selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'on mesure la température des parois de ladite conduite, et on prévoit une boucle de régulation asservissant le système de refroidissement à une valeur de consigne de la température de surface de ladite conduite. 8. Dispositif conçu pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens pour créer une veine (1) de fluide (2) à traiter, - des moyens pour chauffer la veine (1) de façon volumique, - des moyens pour contrôler la température surfacique (5) de ladite veine (1). 15 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour créer une veine (1) de fluide (2) à traiter se présentent sous la forme d'une conduite (11). 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de chauffage volumique se présentent sous la forme d'au moins deux électrodes (12, 13a; 12, 13b) espacées par une ou plusieurs parois électriquement isolantes (14) soumettant ledit fluide (2) circulant entre elles à un champ électrique. 11. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que 10 les moyens pour contrôler la température surfacique comporte au moins des moyens de refroidissement. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement sont constitués par un circuit de circulation d'un fluide frigo-porteur à contre ou à co-courant dudit fluide (2). 13. Dispositif selon les revendications 10 et 12, caractérisé en ce que le fluide frigo-porteur (15) traverse les électrodes (12, 13a; 12). 14. Dispositif selon les revendications 9 et 11, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour mesurer la température de paroi de ladite conduite (11), ainsi qu'une boucle de régulation asservissant les moyens de refroidissement à une valeur de consigne de la température de surface de ladite conduite (11). 15. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le fluide frigo-porteur (15) présente une faible conductivité