FR3134014A1 - microwave extraction oven for the continuous heat treatment of organic products in solid or pasty state - Google Patents
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Abstract
Four d’extraction à micro-ondes pour le traitement thermique en continu de produits organiques à l’état solide L’invention concerne un four d’extraction à micro-ondes (2) pour le traitement thermique en continu de produits organiques à l’état solide, comprenant un convoyeur (4) à bande destiné à transporter les produits (P) à traiter, la bande (6) du convoyeur étant poreuse aux extraits issus du traitement des produits, un tunnel de chauffe (8) traversé de part en part par la bande du convoyeur et comprenant un caisson (10) étanche aux micro-ondes et à l’intérieur duquel débouche au moins un guide d’ondes (12) raccordé à un générateur de micro-ondes (14), et un bac (16) pour réceptionner et condenser des extraits issus du traitement des produits après leur diffusion au travers de la bande. Le tunnel de chauffe comprend un sas d’étanchéité d’entrée (20) positionné en entrée du tunnel de chauffe au-dessus du convoyeur et un sas d’étanchéité de sortie (22) positionné en sortie du tunnel de chauffe au-dessus du convoyeur, les sas d’entrée et de sortie étant chacun munis d’au moins un piège quart-d’onde (24) afin d’assurer une étanchéité aux micro-ondes en entrée et en sortie du tunnel de chauffe. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Microwave extraction furnace for continuous thermal treatment of solid-state organic products The invention relates to a microwave extraction furnace (2) for the continuous heat treatment of organic products in the solid state, comprising a belt conveyor (4) intended to transport the products (P) to be treated, the belt (6) of the conveyor being porous to the extracts resulting from the processing of the products, a heating tunnel (8) crossed right through by the conveyor belt and comprising a box (10) sealed against microwaves and interior of which opens at least one wave guide (12) connected to a microwave generator (14), and a tank (16) for receiving and condensing extracts resulting from the treatment of the products after their diffusion through the belt . The heating tunnel comprises an inlet seal (20) positioned at the entrance to the heating tunnel above the conveyor and an outlet seal (22) positioned at the outlet of the heating tunnel above the conveyor. conveyor, the entry and exit airlocks each being provided with at least one quarter-wave trap (24) in order to ensure sealing against microwaves at the entry and exit of the heating tunnel. Figure for abstract: Fig. 1.
Description
L’invention se rapporte au domaine général du traitement thermique par micro-ondes de produits organiques à l’état solide ou pâteux pour en obtenir des extraits à l’état liquide.The invention relates to the general field of microwave heat treatment of organic products in the solid or pasty state to obtain extracts in the liquid state.
Un domaine d’application non limitatif de l’invention concerne l’extraction assistée par micro-ondes d’actifs volatils et non volatils à partir de biomasse végétale.A non-limiting field of application of the invention concerns the microwave-assisted extraction of volatile and non-volatile active ingredients from plant biomass.
Différents procédés d’extraction végétale en continu de matériaux solides ou pâteux par solvants sont connus. Généralement, ces procédés d’extraction de solides par des liquides fonctionnent sur le principe d’une extraction par solvant, avec des injections en co-courant ou à contre-courant sur le produit afin d’en récolter les extraits telles des huiles essentielles ou des actifs par percolation, diffusion ou immersion. Les dispositifs permettant le transport et le brassage du matériau sont réalisés, par exemple, à l’aide de convoyeurs à godets perforés, de tapis perforé, de vis sans fin ou de rotors verticaux alvéolés.Different processes for continuous plant extraction of solid or pasty materials using solvents are known. Generally, these processes for extracting solids from liquids work on the principle of solvent extraction, with co-current or counter-current injections on the product in order to harvest extracts such as essential oils or active ingredients by percolation, diffusion or immersion. The devices allowing the transport and mixing of the material are made, for example, using perforated bucket conveyors, perforated belts, endless screws or vertical honeycomb rotors.
L’inconvénient principal de ces procédés est qu’il nécessite des temps d’extraction importants (de l’ordre de deux à huit heures) pour que le solvant agisse sur le produit et épuise la plante. Ces procédés nécessitent aussi l’emploi de quantités importantes de solvants alors que la réglementation restreint de plus en plus leur utilisation.The main disadvantage of these processes is that it requires significant extraction times (of the order of two to eight hours) for the solvent to act on the product and deplete the plant. These processes also require the use of significant quantities of solvents while regulations increasingly restrict their use.
L’une des manières connues de remédier à cet inconvénient est d’utiliser des solvants très performants et neutres, tel le dioxyde de carbone à l’état supercritique, soit d’assister l’opération d’extraction à l’aide d’une énergie secondaire en ayant recours par exemple aux ultrasons ou aux micro-ondes.One of the known ways of overcoming this drawback is to use very efficient and neutral solvents, such as carbon dioxide in the supercritical state, or to assist the extraction operation using a secondary energy using, for example, ultrasound or microwaves.
Si les ultrasons sont efficaces pour déstructurer la matrice végétale, ils ne permettent qu’exceptionnellement un bon rendement d’extraction.If ultrasound is effective in destructuring the plant matrix, it only exceptionally allows a good extraction yield.
En revanche, les procédés d’extraction par micro-ondes permettent d’obtenir une libération très rapide des extraits, souvent de l’ordre de dix à trente minutes. Les micro-ondes sont en effet particulièrement efficaces car elles chauffent directement le produit à cœur. Par exemple, pour les matières végétales, les micro-ondes permettent d’entraîner les actifs hydrosolubles avec l’eau de la plante, d’éclater les poches d’huiles essentielles et de vaporiser l’eau de la plante qui entraine ces éléments volatils (huiles essentielles). Les micro-ondes sont absorbées préférentiellement par des matériaux possédant des constantes diélectriques élevées, ce qui est le cas de l’eau contenu dans les matières biologiques et leurs tissus vasculaires et glandulaires.On the other hand, microwave extraction processes allow for very rapid release of extracts, often in the order of ten to thirty minutes. Microwaves are in fact particularly effective because they directly heat the product to the core. For example, for plant materials, microwaves make it possible to entrain the water-soluble active ingredients with the water of the plant, to burst the pockets of essential oils and to vaporize the water of the plant which entrains these volatile elements. (essential oils). Microwaves are preferentially absorbed by materials with high dielectric constants, which is the case for water contained in biological materials and their vascular and glandular tissues.
On connaît ainsi de la publication FR 3,017,308 un dispositif et un procédé discontinu d’extraction par micro-ondes et ultrasons. On connaît également de la publication WO 2016/118034 un procédé d’extraction en continu par micro-ondes et ultrasons.We thus know from publication FR 3,017,308 a device and a discontinuous process for extraction by microwaves and ultrasound. We also know from publication WO 2016/118034 a continuous extraction process using microwaves and ultrasound.
On connaît encore les publication EP 1,629,725 et FR 2,975,020 qui décrivent des procédés d’extraction sans solvant assistés par micro-ondes dans lesquels la vaporisation de l’eau contenue dans la plante permet d’entrainer les extraits. Ces procédés sont adaptés pour des extractions discontinues de petits volumes, par fournées. Ils ne sont en revanche pas adaptés pour des produits fragiles à faible valeur en actifs ou huiles essentielles.We still know the publications EP 1,629,725 and FR 2,975,020 which describe solvent-free extraction processes assisted by microwaves in which the vaporization of the water contained in the plant allows the extracts to be carried away. These processes are suitable for discontinuous extractions of small volumes, in batches. However, they are not suitable for fragile products with low value in active ingredients or essential oils.
L’inconvénient principal de ces procédés assistés par micro-ondes est qu’ils ne permettent de fonctionner qu’en discontinu par fournées ou en continu avec entrainement par vis, ce qui n’est adapté ni aux produits fragiles (par exemple aux fleurs ou aux feuilles fines), ni à ceux possédant une faible teneur en matières à extraire.The main disadvantage of these microwave-assisted processes is that they only allow them to operate discontinuously in batches or continuously with screw drive, which is not suitable for fragile products (for example flowers or with fine leaves), nor those with a low content of materials to be extracted.
Pour palier un tel inconvénient, il a été proposé dans la publication FR 3,070,869 un dispositif et procédé d’extraction en continu de matières organiques solides ou pâteuses qui consiste à placer le produit à traiter sur une bande de convoyeur comprenant des créneaux permettant de constituer dans des chambres d’extraction relativement étanches lors de son exposition aux micro-ondes et qui permettent la mise en pression partielle de vapeur tout au long du traitement thermique. Ces créneaux intégrant des pièges quart-d’onde métalliques permettent également d’assurer l’étanchéité aux micro-ondes dans les sas d’entrée et de sortie.To overcome such a drawback, it was proposed in publication FR 3,070,869 a device and method for the continuous extraction of solid or pasty organic materials which consists of placing the product to be treated on a conveyor belt comprising slots making it possible to constitute in extraction chambers that are relatively airtight when exposed to microwaves and which allow the partial pressurization of steam throughout the heat treatment. These slots incorporating metal quarter-wave traps also ensure microwave tightness in the entry and exit airlocks.
Dans cette invention, sous l’action du champ de micro-ondes, une fraction de l’eau contenue dans le produit à traiter se vaporise et entraine les molécules volatiles (huiles essentielles,…) alors qu’une autre fraction de l’eau contenue dans le produit à traiter (par exemple l’eau végétale) est extraite par effet mécanique sous forme liquide, en raison de la pression partielle de vapeur au cœur du produit (par exemple dans les cellules d’une plante). Le procédé selon cette invention permet d’évacuer les fractions liquides et vapeur des extraits au travers du produit à traiter et de son support pour récupérer la totalité des extraits vers un condenseur en un point bas. Ce procédé permet ainsi de récupérer par percolation et diffusion non seulement la fraction de molécules volatiles, mais aussi celles non volatiles.In this invention, under the action of the microwave field, a fraction of the water contained in the product to be treated vaporizes and carries away the volatile molecules (essential oils, etc.) while another fraction of the water contained in the product to be treated (for example plant water) is extracted by mechanical effect in liquid form, due to the partial vapor pressure at the heart of the product (for example in the cells of a plant). The process according to this invention makes it possible to evacuate the liquid and vapor fractions of the extracts through the product to be treated and its support to recover all of the extracts towards a condenser at a low point. This process thus makes it possible to recover by percolation and diffusion not only the fraction of volatile molecules, but also those that are non-volatile.
Bien qu’efficace, ce dispositif d’extraction présente l’inconvénient de posséder des pièges quart-d’onde métalliques tout le long de la bande du convoyeur, ce qui engendre une masse importante du convoyeur et une mise en œuvre complexe de celui-ci.Although effective, this extraction device has the disadvantage of having metal quarter-wave traps all along the conveyor belt, which causes a significant mass of the conveyor and a complex implementation of it. this.
L’invention a pour objet de proposer un four d’extraction à micro-ondes pour le traitement thermique en continu de produits organiques à l’état solide qui ne présente pas les inconvénients précités grâce à des sas d’étanchéité spécifiques.The object of the invention is to propose a microwave extraction oven for the continuous heat treatment of organic products in the solid state which does not present the aforementioned drawbacks thanks to specific sealing chambers.
Ce but est atteint grâce à un four d’extraction à micro-ondes comprenant :
- un convoyeur à bande destiné à transporter les produits à traiter, la bande du convoyeur étant réalisée dans un matériau transparent aux micro-ondes et poreuse aux extraits issus du traitement thermique des produits,
- un tunnel de chauffe qui est traversé de part en part par la bande du convoyeur et qui comprend un caisson étanche aux micro-ondes et à l’intérieur duquel débouche au moins un guide d’ondes raccordé à un générateur de micro-ondes, et
- un bac positionné sous la bande du convoyeur au niveau du caisson pour réceptionner et condenser des extraits issus du traitement thermique des produits après leur diffusion au travers de la bande du convoyeur,
- et dans lequel, conformément à l’invention, le tunnel de chauffe comprend au moins un sas d’étanchéité d’entrée qui est positionné en entrée du tunnel de chauffe au-dessus du convoyeur et au moins un sas d’étanchéité de sortie qui est positionné en sortie du tunnel de chauffe au-dessus du convoyeur, les sas d’entrée et de sortie étant chacun munis d’au moins un piège quart-d’onde afin d’assurer une étanchéité aux micro-ondes en entrée et en sortie du tunnel de chauffe.
- a conveyor belt intended to transport the products to be treated, the conveyor belt being made of a material transparent to microwaves and porous to the extracts resulting from the heat treatment of the products,
- a heating tunnel which is crossed from one side to the other by the conveyor belt and which comprises a microwave-tight box and inside which opens at least one waveguide connected to a microwave generator, and
- a tray positioned under the conveyor belt at the level of the box to receive and condense extracts resulting from the heat treatment of the products after their diffusion through the conveyor belt,
- and in which, in accordance with the invention, the heating tunnel comprises at least one entry seal which is positioned at the entrance to the heating tunnel above the conveyor and at least one outlet seal which is positioned at the exit of the heating tunnel above the conveyor, the entry and exit airlocks each being provided with at least one quarter-wave trap in order to ensure tightness against microwaves at entry and exit. exit from the heating tunnel.
Le four d’extraction selon l’invention est remarquable en ce que l’étanchéité aux micro-ondes s’effectue, non pas au niveau de créneaux positionnées sur la bande de convoyeur, mais au niveau des sas d’entrée et de sortie du tunnel de chauffe. La mise en œuvre d’un tel four d’extraction s’en trouve grandement simplifiée (notamment du fait de la bande du convoyeur qui peut rester inchangée).The extraction oven according to the invention is remarkable in that the sealing against microwaves is carried out, not at the level of slots positioned on the conveyor belt, but at the level of the entry and exit airlocks of the heating tunnel. The implementation of such an extraction furnace is greatly simplified (in particular due to the conveyor belt which can remain unchanged).
De préférence, chaque piège quart-d’onde des sas d’entrée et de sortie comprend au moins deux créneaux rigides disposés perpendiculairement à une direction d’avance de la bande du convoyeur et sur toute une largeur de celle-ci, la distance entre les deux créneaux correspondant au quart de la longueur d’onde des micro-ondes émises par le guide d’ondes à un multiple de la longueur d’ondes près.Preferably, each quarter-wave trap of the entry and exit airlocks comprises at least two rigid slots arranged perpendicular to a direction of advance of the conveyor belt and over an entire width thereof, the distance between the two slots corresponding to a quarter of the wavelength of the microwaves emitted by the waveguide to a multiple of the wavelength.
Dans ce cas, chaque piège quart-d’onde des sas d’entrée et de sortie comprend avantageusement une plaque supérieure sensiblement horizontale positionnée au-dessus de la bande du convoyeur et sur laquelle sont fixées les au moins deux créneaux, la distance séparant la bande d’une extrémité libre des créneaux étant non nulle. Cette plaque est constituée d’un matériau conducteur électriquement (par exemple de l’acier inoxydable).In this case, each quarter-wave trap of the entry and exit airlock advantageously comprises a substantially horizontal upper plate positioned above the conveyor belt and on which the at least two slots are fixed, the distance separating the strip of a free end of the slots being non-zero. This plate is made of an electrically conductive material (for example stainless steel).
De plus, chaque piège quart-d’onde des sas d’entrée et de sortie comprend avantageusement une paroi inférieure sensiblement horizontale positionnée sous les au moins deux créneaux, ladite paroi inférieure étant réalisée dans un matériau transparent aux micro-ondes émises par le guide d’ondes et étanche aux vapeurs et aux poussières.In addition, each quarter-wave trap of the entry and exit airlock advantageously comprises a substantially horizontal lower wall positioned under the at least two slots, said lower wall being made of a material transparent to the microwaves emitted by the guide waves and impervious to vapors and dust.
Chaque créneau des pièges quart-d’onde peut comprendre à une extrémité libre une gorge ayant une profondeur correspondant au quart de la longueur d’onde des micro-ondes émises par le guide d’ondes à un multiple de la longueur d’ondes près.Each slot of the quarter-wave traps may comprise at one free end a groove having a depth corresponding to a quarter of the wavelength of the microwaves emitted by the waveguide to a multiple of the wavelength. .
Dans ce cas, la gorge des créneaux peut renfermer un insert réalisé dans un matériau ayant une permittivité diélectrique relative inférieure à 10 F/m et un indice de réfraction supérieur à 1.In this case, the groove of the slots may contain an insert made of a material having a relative dielectric permittivity less than 10 F/m and a refractive index greater than 1.
Chaque créneau des pièges quart-d’onde peut présenter une forme de V dont la pointe est dirigée vers la bande du convoyeur.Each slot of the quarter-wave traps can have a V shape with its tip directed towards the conveyor belt.
Chaque créneau des pièges quart-d’onde est de préférence réalisé dans un matériau conducteur électriquement.Each slot of the quarter-wave traps is preferably made of an electrically conductive material.
Dans un mode de réalisation, le sas d’entrée et/ou le sas de sortie est fixe.In one embodiment, the entrance airlock and/or the exit airlock is fixed.
Dans un autre mode de réalisation, le sas d’entrée et/ou le sas de sortie est mobile verticalement entre une position haute dans laquelle il libère un passage pour le convoyage de produits et une position basse dans laquelle il obture le passage pour le convoyage de produits.In another embodiment, the entrance airlock and/or the exit airlock is movable vertically between a high position in which it frees a passage for conveying products and a low position in which it closes the passage for conveying of products.
Dans ce cas, le sas d’entrée peut être mobile verticalement et être couplé à un détecteur de présence de produits sur la bande du convoyeur permettant d’activer le guide d’ondes du tunnel de chauffe et de commander la montée et la descente dudit sas d’entrée.In this case, the entrance airlock can be movable vertically and be coupled to a detector of the presence of products on the conveyor belt making it possible to activate the waveguide of the heating tunnel and to control the raising and lowering of said entry lock.
Toujours dans ce cas, le sas de sortie peut être mobile verticalement et être couplé à un détecteur de présence de produits sur la bande du convoyeur permettant de commander la montée et la descente dudit sas de sortie.Still in this case, the exit hatch can be movable vertically and be coupled to a detector of the presence of products on the conveyor belt making it possible to control the raising and lowering of said exit hatch.
Dans encore un autre mode de réalisation, le sas d’entrée comprend au moins deux tronçons de sas indépendants l’un de l’autre et mobiles chacun verticalement entre une position haute dans laquelle il libère un passage pour le convoyage de produits et une position basse dans laquelle il obture le passage pour le convoyage de produits, et le sas de sortie comprend au moins deux tronçons de sas indépendants l’un de l’autre et mobiles chacun verticalement entre une position haute dans laquelle il libère un passage pour le convoyage de produits et une position basse dans laquelle il obture le passage pour le convoyage de produits.In yet another embodiment, the entrance airlock comprises at least two airlock sections independent of each other and each movable vertically between a high position in which it frees a passage for the conveying of products and a position low in which it closes the passage for conveying products, and the exit airlock comprises at least two airlock sections independent of each other and each movable vertically between a high position in which it frees a passage for conveying of products and a low position in which it closes the passage for conveying products.
Dans ce cas, les deux tronçons des sas d’entrée et de sortie peuvent être couplés à des détecteurs de présence de produits sur la bande du convoyeur permettant de commander la montée et la descente desdits tronçons.In this case, the two sections of the entry and exit airlocks can be coupled to product presence detectors on the conveyor belt making it possible to control the rise and fall of said sections.
La bande du convoyeur peut comprendre une pluralité de chambres d’extraction délimitées par des parois disposées perpendiculairement à une direction d’avance de la bande du convoyeur et sur toute une largeur de celle-ci, lesdites parois étant réalisées dans un matériau transparent aux micro-ondes émises par le guide d’ondes.The conveyor belt may comprise a plurality of extraction chambers delimited by walls arranged perpendicular to a direction of advance of the conveyor belt and over an entire width thereof, said walls being made of a material transparent to micro -waves emitted by the waveguide.
Le four d’extraction peut comprendre en outre des moyens pour récupérer les extraits et l’eau issus du traitement thermique des produits et les réinjecter dans le tunnel de chauffe sur les produits.The extraction furnace may also include means for recovering the extracts and water resulting from the heat treatment of the products and reinjecting them into the heating tunnel on the products.
L’invention concerne l’extraction en continu de produits organiques se présentant à l’état solide ou à l’état pâteux au moyen d’un four d’extraction à micro-ondes tel que celui représenté sur les figures 1 et 2.The invention relates to the continuous extraction of organic products in the solid state or in the pasty state by means of a microwave extraction oven such as that shown in Figures 1 and 2.
Le four 2 comprend notamment un convoyeur 4 à bande 6 qui est destiné à transporter les produits à traiter P selon une direction d’avance F. La vitesse d’avance de la bande 6 du convoyeur est typiquement comprise entre 0 et 1 m/mn, et de préférence au entre 0,1 et 0,5 m/mn.The oven 2 comprises in particular a conveyor 4 with belt 6 which is intended to transport the products to be treated P in a direction of advance F. The speed of advance of the belt 6 of the conveyor is typically between 0 and 1 m/min , and preferably between 0.1 and 0.5 m/min.
La bande 6 du convoyeur est avantageusement réalisée dans un matériau transparent aux micro-ondes, par exemple en fibres de verre, afin qu’elle ne chauffe pas lorsqu’exposée aux micro-ondes.The belt 6 of the conveyor is advantageously made of a material transparent to microwaves, for example glass fibers, so that it does not heat up when exposed to microwaves.
La bande 6 du convoyeur est également poreuse aux extraits issus du traitement thermique des produits. A cet effet, elle peut présenter des perforations typiquement comprises entre 50μm et 20mm, et de préférence de l’ordre de 2mm.Belt 6 of the conveyor is also porous to the extracts resulting from the heat treatment of the products. For this purpose, it can have perforations typically between 50μm and 20mm, and preferably of the order of 2mm.
La bande 6 du convoyeur traverse de part en part un tunnel de chauffe 8 dont la longueur dépend de la puissance désirée et du débit de produit à traiter (elle est généralement comprise entre 1m et 50m).The conveyor belt 6 passes right through a heating tunnel 8, the length of which depends on the desired power and the flow rate of the product to be treated (it is generally between 1m and 50m).
Le tunnel de chauffe comprend un caisson 10 étanche aux micro-ondes et à l’intérieur duquel débouche au moins un guide d’ondes 12 raccordé à un générateur de micro-ondes 14.The heating tunnel comprises a microwave-tight box 10 and inside which opens at least one wave guide 12 connected to a microwave generator 14.
Le caisson 10 est réalisé par exemple en matériau conducteur de type acier ou aluminium et il présente hauteur typiquement comprise entre 100 et 500mm de façon à ménager un volume suffisant entre l’arrivée des guides d’ondes 12 et le produit à traiter P présent sur la bande 6 du convoyeur. Cette configuration permet que le champ électromagnétique se propage suivant de nombreux modes et parvienne de façon la plus homogène possible sur le produit P.The box 10 is made for example of conductive material of steel or aluminum type and it has a height typically between 100 and 500mm so as to provide a sufficient volume between the arrival of the waveguides 12 and the product to be treated P present on belt 6 of the conveyor. This configuration allows the electromagnetic field to propagate in numerous modes and reach the product P as homogeneously as possible.
Dans l’exemple de réalisation des figures 1 et 2, le tunnel de chauffe comprend trois guides d’ondes 12 régulièrement espacés le long du caisson et raccordés chacun à un générateur de micro-ondes 14. Bien entendu, d’autres configurations sont envisageables.In the exemplary embodiment of Figures 1 and 2, the heating tunnel comprises three wave guides 12 regularly spaced along the box and each connected to a microwave generator 14. Of course, other configurations are possible .
La partie basse du tunnel de chauffe comprend en outre un bac 16 positionné sous la bande 6 du convoyeur au niveau du caisson 10 pour réceptionner et condenser les extraits issus du traitement thermique des produits P après leur diffusion au travers de la bande du convoyeur.The lower part of the heating tunnel further comprises a tray 16 positioned under the belt 6 of the conveyor at the level of the box 10 to receive and condense the extracts resulting from the heat treatment of the products P after their diffusion through the conveyor belt.
A cet effet, ce bac 16 est étanche aux micro-ondes et est par exemple muni d’une double peau étanche destinée à recevoir un fluide froid de façon à provoquer la condensation de la phase vapeur et le refroidissement des extraits récoltés. Les extraits liquides obtenus sont ensuite évacués par un collecteur 16a disposé au point bas du bac 16.For this purpose, this tank 16 is microwave-tight and is for example provided with a double waterproof skin intended to receive a cold fluid so as to cause the condensation of the vapor phase and the cooling of the extracts collected. The liquid extracts obtained are then evacuated by a collector 16a placed at the low point of the tank 16.
Une paroi étanche plane 18 vient fermer le caisson 10 dans sa partie inférieure en recouvrant la surface de la bande 6 du convoyeur qui se situe dans le tunnel de chauffe 8.A flat waterproof wall 18 closes the box 10 in its lower part by covering the surface of the belt 6 of the conveyor which is located in the heating tunnel 8.
Cette paroi 18 permet d’éviter à la vapeur extraite lors de la chauffe des produits sous l’action des micro-ondes, de se diffuser à l’intérieur du caisson 10. La paroi est étanche à la vapeur et transparente aux micro-ondes. Elle est par exemple réalisée en PTFE.This wall 18 prevents the steam extracted when heating the products under the action of microwaves from diffusing inside the box 10. The wall is vapor-tight and transparent to microwaves. . It is for example made of PTFE.
Selon l’invention, l’étanchéité aux fuites de micro-ondes en entrée et en sortie du tunnel de chauffe 8 est assurée par au moins un sas d’étanchéité d’entrée 20 qui est positionné en entrée du tunnel de chauffe au-dessus de la bande du convoyeur et par au moins un sas d’étanchéité de sortie 22 qui est positionné en sortie du tunnel au-dessus de la bande du convoyeur.According to the invention, sealing against microwave leaks at the entrance and exit of the heating tunnel 8 is ensured by at least one entrance seal 20 which is positioned at the entrance to the heating tunnel above of the conveyor belt and by at least one exit seal 22 which is positioned at the exit of the tunnel above the conveyor belt.
Les sas d’étanchéité d’entrée 20 et de sortie 22 permettent de confiner les micro-ondes à l’intérieur du tunnel de chauffe 8.The inlet 20 and outlet 22 seals allow the microwaves to be confined inside the heating tunnel 8.
A cet effet, dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, les sas d’étanchéité d’entrée 20 et de sortie 22 sont chacun munis d’au moins un piège quart-d’onde.For this purpose, in the embodiment of Figures 1 and 2, the inlet 20 and outlet 22 sealing chambers are each provided with at least one quarter-wave trap.
La
Le piège quart-d’onde 24 comprend au moins deux créneaux 26 rigides qui sont disposés perpendiculairement à la direction d’avance F de la bande 6 du convoyeur et sur toute une largeur de celle-ci.The quarter-wave trap 24 comprises at least two rigid slots 26 which are arranged perpendicular to the direction of advance F of the belt 6 of the conveyor and over an entire width thereof.
Plus précisément, les créneaux 26 du piège quart-d’onde sont réalisés dans un matériau conducteur électriquement, par exemple en acier ou en aluminium, et sont fixés à une extrémité supérieure sur une plaque 28 supérieure sensiblement horizontale positionnée au-dessus de la bande du convoyeur.More precisely, the slots 26 of the quarter-wave trap are made of an electrically conductive material, for example steel or aluminum, and are fixed at an upper end on a substantially horizontal upper plate 28 positioned above the strip of the conveyor.
Les créneaux 26 sont dimensionnés de sorte à maintenir un jeu non nul, d’une part avec les parois latérales (non représentées sur les figures) des sas d’étanchéité, et d’autre part entre leur extrémité libre et la surface supérieure de la bande 6 du convoyeur.The slots 26 are dimensioned so as to maintain a non-zero clearance, on the one hand with the side walls (not shown in the figures) of the sealing chambers, and on the other hand between their free end and the upper surface of the belt 6 of the conveyor.
Par ailleurs, la distance L entre deux créneaux 26 adjacents correspond au quart de la longueur d’onde des micro-ondes émises par le ou les guides d’ondes 12 à un multiple de la longueur d’ondes près (c’est-à-dire : L = λ/4 + n λ avec λ pour la longueur d’ondes et n un nombre entier).Furthermore, the distance L between two adjacent slots 26 corresponds to a quarter of the wavelength of the microwaves emitted by the waveguide(s) 12 to a multiple of the wavelength (i.e. -say: L = λ/4 + n λ with λ for the wavelength and n an integer).
Pour un champ micro-ondes ayant une fréquence 2450MHz, la distance L entre deux créneaux adjacents est par exemple de 76mm, 138mm, 199mm, 260mm ou 320mm.For a microwave field having a frequency 2450MHz, the distance L between two adjacent slots is for example 76mm, 138mm, 199mm, 260mm or 320mm.
En outre, les sas d’étanchéité d’entrée 20 et de sortie 22 sont fermés au niveau de leur partie inférieure par une paroi inférieure 30 sensiblement horizontale qui est positionnée sous les créneaux 26 et qui est transparente aux micro-ondes émises par les guides d’ondes et étanche à la vapeur et aux poussières. Par exemple, la paroi inférieure 30 peut être réalisée en PTFE.In addition, the inlet 20 and outlet 22 sealing chambers are closed at their lower part by a substantially horizontal lower wall 30 which is positioned under the slots 26 and which is transparent to the microwaves emitted by the guides waves and impervious to vapor and dust. For example, the bottom wall 30 can be made of PTFE.
On notera que le jeu minimaleménagé entre le produit P positionné sur la bande 6 du convoyeur et l’extrémité inférieure des créneaux 26 est formé par l’épaisseur de cette paroi inférieure 30.It will be noted that the minimum clearance provided between the product P positioned on the belt 6 of the conveyor and the lower end of the slots 26 is formed by the thickness of this lower wall 30.
Le fonctionnement du piège quart-d’onde 24 ainsi décrit est le suivant. Les ondes provenant du tunnel de chauffe 8 et pénétrant à l’intérieur du sas d’étanchéité d’entrée 20 ou du sas d’étanchéité de sortie 22 vont pour la grande majorité d’entre elles se réfléchir sur le premier créneau 16 rencontré dans le sas d’étanchéité et revenir dans la cavité du tunnel de chauffe.The operation of the quarter-wave trap 24 thus described is as follows. The waves coming from the heating tunnel 8 and penetrating inside the entry seal 20 or the exit seal 22 will for the vast majority of them be reflected on the first slot 16 encountered in the airlock and return to the heating tunnel cavity.
La fraction des ondes qui parvient à passer par le jeueménagé sous ce premier créneau rencontré se trouve en majeure partie réfléchie par le créneau suivant et revient au niveau du premier créneau.The fraction of waves which manages to pass through the clearance provided under this first slot encountered is for the most part reflected by the following slot and returns to the level of the first slot.
La distance L entre ces deux créneaux étant égale à un multiple de la longueur d’ondes additionné du quart de celle-ci, les ondes réfléchies parcourent une distance 2L et se retrouvent déphasées d’une demi-longueur d’ondes avec l’onde incidente au niveau du premier créneau. Ainsi, les ondes incidentes et réfléchies se retrouvent en opposition de phase et s’annulent, ce qui permet d’assurer une étanchéité aux micro-ondes en entrée et en sortie du tunnel de chauffe.The distance L between these two slots being equal to a multiple of the wavelength added to a quarter of it, the reflected waves travel a distance 2L and find themselves out of phase by half a wavelength with the wave incident at the level of the first slot. Thus, the incident and reflected waves find themselves in phase opposition and cancel each other out, which ensures tightness to microwaves at the entrance and exit of the heating tunnel.
Bien entendu, chaque piège quart-d’onde peut comporter plusieurs paires de créneaux 26 tels que décrits précédemment, ces paires étant espacées longitudinalement les unes des autres d’une distance correspondant au quart de la longueur d’onde des micro-ondes émises par le guide d’ondes (à un multiple de la longueur d’ondes près).Of course, each quarter-wave trap can include several pairs of slots 26 as described previously, these pairs being spaced longitudinally from each other by a distance corresponding to a quarter of the wavelength of the microwaves emitted by the waveguide (to a multiple of the wavelength).
Dans une variante de réalisation du piège quart-d’onde représentée par la
De la sorte, les ondes réfléchies au fond de la gorge 32 parcourent une distance égale à deux fois celle de la profondeurhet se retrouvent déphasées d’une demi-longueur d’ondes à l’entrée de la gorge par rapport à l’onde incidente. Les ondes incidentes et réfléchies se retrouvent ainsi en opposition de phase et s’annulent. La présence d’une telle gorge constitue donc un deuxième piège quart d’ondes.In this way, the waves reflected at the bottom of the groove 32 travel a distance equal to twice that of the depth h and find themselves out of phase by half a wavelength at the entrance to the groove relative to the incident wave. The incident and reflected waves are thus in phase opposition and cancel each other out. The presence of such a groove therefore constitutes a second quarter-wave trap.
Selon une disposition avantageuse de cette variante de réalisation, la gorge 32 des créneaux 26’ peut renfermer un insert 34 réalisé dans un matériau ayant une permittivité diélectrique relative de préférence inférieure à 10 F/m et un indice de réfraction supérieur à 1 de façon à diminuer la longueur d’ondes du champ de micro-ondes, et donc le chemin à parcourir et la profondeur de la gorge.According to an advantageous arrangement of this variant embodiment, the groove 32 of the slots 26' can contain an insert 34 made of a material having a relative dielectric permittivity preferably less than 10 F/m and a refractive index greater than 1 so as to reduce the wavelength of the microwave field, and therefore the path to follow and the depth of the throat.
Par exemple, l’insert 34 peut être réalisé en polyéthylène haute ou basse densité, en PEHD, en polypropylène ou en tout autre matériau de caractéristique équivalente.For example, the insert 34 can be made of high or low density polyethylene, HDPE, polypropylene or any other material of equivalent characteristics.
Dans une autre variante de réalisation du piège quart-d’onde représentée par la
Dans les modes de réalisation des figures 1 à 5, les sas d’étanchéité d’entrée 20 et de sortie 22 sont fixes.In the embodiments of Figures 1 to 5, the inlet 20 and outlet 22 sealing chambers are fixed.
Dans un autre mode de réalisation illustré par les figures 6A et 6B, ces sas d’étanchéité d’entrée 20’ et de sortie 22’ sont mobiles verticalement entre une position haute dans laquelle ils libèrent un passage pour le convoyage des produits P et une position basse de sécurité dans laquelle ils obturent le passage pour le convoyage des produits.In another embodiment illustrated by Figures 6A and 6B, these inlet 20' and outlet 22' sealing airlocks are movable vertically between a high position in which they free a passage for conveying the products P and a low safety position in which they block the passage for conveying products.
Plus précisément, dans ce mode de réalisation, le sas d’étanchéité d’entrée 20’ est couplé à un détecteur de présence 36 de produits P sur la bande 6 du convoyeur qui est apte à activer les guides d’ondes 12 du tunnel de chauffe 8 et de commander la montée et la descente dudit sas d’entrée.More precisely, in this embodiment, the entrance seal 20' is coupled to a presence detector 36 of products P on the belt 6 of the conveyor which is capable of activating the waveguides 12 of the tunnel. heater 8 and to control the raising and lowering of said entrance airlock.
De même, le sas d’étanchéité de sortie 22’ est couplé à un détecteur de présence 38 de produits P sur la bande 6 du convoyeur qui est apte à commander la montée et la descente dudit sas de sortie.Likewise, the exit airlock 22' is coupled to a presence detector 38 of products P on the belt 6 of the conveyor which is able to control the raising and lowering of said outlet airlock.
Le fonctionnement de ce four est le suivant. Dans sa configuration à l’arrêt (
Une fois l’avance de la bande démarrée, dès que les produits P placés sur la bande du convoyeur atteignent le détecteur de présence 36 couplé au sas d’entrée 20’, la montée dudit sas d’entrée est commandée pour libérer le passage aux produits et les guides d’ondes 12 du tunnel de chauffe sont activés (
Les produits P peuvent alors pénétrer dans le tunnel de chauffe où ils sont soumis au champ de micro-ondes. Les pièges quart-d’onde 24 du sas d’entrée 20’ permettent d’assurer une étanchéité aux micro-ondes en entrée du tunnel de chauffe, tandis que le sas de sortie 22’ abaissée assure une étanchéité aux micro-ondes en sortie du tunnel de chauffe.The P products can then enter the heating tunnel where they are subjected to the microwave field. The quarter-wave traps 24 of the entrance airlock 20' ensure tightness to microwaves at the entrance to the heating tunnel, while the lowered outlet airlock 22' ensures tightness to microwaves at the exit of the heating tunnel.
Lorsque les produits P atteignent le détecteur de présence 38 situé au niveau du sas de sortie 22’, le détecteur de présence déclenche une montée du sas de sortie pour permettre aux produits de sortir du tunnel de chauffe et pour réaliser une étanchéité aux micro-ondes grâce à leurs pièges quart-d’onde 24.When the products P reach the presence detector 38 located at the exit airlock 22', the presence detector triggers a rise in the exit airlock to allow the products to exit the heating tunnel and to provide microwave sealing thanks to their quarter-wave traps 24.
Dans encore un autre mode de réalisation illustré par les figures 7A, 7B et 7C, le sas d’entrée 20’’ comprend au moins deux tronçons de sas 20a, 20b indépendants l’un de l’autre et mobiles chacun verticalement entre une position haute dans laquelle chaque tronçon de sas libère un passage pour le convoyage de produits et une position basse de sécurité dans laquelle chaque tronçon de sas obture le passage pour le convoyage de produits,In yet another embodiment illustrated by Figures 7A, 7B and 7C, the entrance airlock 20'' comprises at least two airlock sections 20a, 20b independent of each other and each movable vertically between a position high in which each airlock section frees a passage for conveying products and a low safety position in which each airlock section closes the passage for conveying products,
De même, toujours dans ce mode de réalisation, le sas de sortie 22’’ comprend au moins deux tronçons de sas 22a, 22b indépendants l’un de l’autre et mobiles chacun verticalement entre une position haute dans laquelle chaque tronçon de sas libère un passage pour le convoyage de produits et une position basse de sécurité dans laquelle chaque tronçon de sas obture le passage pour le convoyage de produits.Likewise, still in this embodiment, the exit airlock 22'' comprises at least two airlock sections 22a, 22b independent of one another and each movable vertically between a high position in which each airlock section releases a passage for conveying products and a low safety position in which each section of airlock closes the passage for conveying products.
En outre, les deux tronçons 20a, 20b du sas d’entrée 20’’ et les deux tronçons 22a, 22b du sas de sortie 22’’ sont chacun couplés à des détecteurs de présence 40a, 40b, 42a, 42b de produits sur la bande du convoyeur permettant de commander la montée et la descente desdits tronçons.In addition, the two sections 20a, 20b of the entrance airlock 20'' and the two sections 22a, 22b of the exit airlock 22'' are each coupled to presence detectors 40a, 40b, 42a, 42b of products on the conveyor belt making it possible to control the rise and fall of said sections.
Le fonctionnement de ce four est le suivant. Dans sa configuration à l’arrêt (
En début d’opération (
Par ailleurs, les guides d’ondes 12 du tunnel de chauffe ne sont activés que lorsque les produits P atteignent le détecteur de présence 40b qui est le plus proche de la zone de traitement thermique.Furthermore, the waveguides 12 of the heating tunnel are only activated when the products P reach the presence detector 40b which is closest to the heat treatment zone.
Dans cette configuration, l’étanchéité aux micro-ondes est assurée, d’une part en entrée du tunnel de chauffe par les pièges quart-d’onde des tronçons 20a, 20b du sas d’entrée 20’’ qui sont positionnés en position haute, et d’autre part en sortie du tunnel de chauffe par le tronçon 22a du sas de sortie 22’’ qui se trouve en position basse de sécurité.In this configuration, sealing against microwaves is ensured, on the one hand at the entrance to the heating tunnel by the quarter-wave traps of the sections 20a, 20b of the entrance airlock 20'' which are positioned in position high, and on the other hand at the exit of the heating tunnel via the section 22a of the exit airlock 22'' which is in the low safety position.
Les deux tronçons 22a, 22b du sas de sortie 22’’ restent en position basse jusqu’à ce que les produits P atteignent le détecteur de présence 42a, puis ensuite le détecteur de présence 42b qui commandent successivement la montée des tronçons (
Enfin, lorsque le détecteur de présence 42a qui est le plus proche de la sortie de la zone de traitement thermique ne détecte plus de produit en sortie du tunnel de chauffe, les guides d’ondes sont désactivés, puis les tronçons 22a, 22b du sas de sortie 22’’ sont successivement abaissés en position de sécurité.Finally, when the presence detector 42a which is closest to the exit of the heat treatment zone no longer detects product at the outlet of the heating tunnel, the waveguides are deactivated, then the sections 22a, 22b of the airlock outlet 22'' are successively lowered into the safety position.
Selon une disposition avantageuse de l’invention qui s’applique à l’ensemble des modes de réalisation précédemment décrits et qui est illustrée sur la
Cette rampe de pulvérisation 44 possède une entrée 44a qui débouche d’abord dans une première buse de pulvérisation 44b située au niveau de l’extrémité de sortie de la bande 6 du convoyeur avant le sas de sortie 22, puis dans plusieurs buses de pulvérisation successives 44c qui sont espacées longitudinalement les unes des autres en direction de l’entrée du tunnel de chauffe.This spray boom 44 has an inlet 44a which opens first into a first spray nozzle 44b located at the exit end of the belt 6 of the conveyor before the exit airlock 22, then into several successive spray nozzles 44c which are spaced longitudinally from each other towards the entrance to the heating tunnel.
Le bac 16 positionné sous la bande 6 du convoyeur est formé de plusieurs tronçons de bacs qui sont disposés chacun sous une buse de pulvérisation 44b, 44c. Le nombre de tronçons de bacs est avantageusement identique au nombre de buses de pulvérisation.The tray 16 positioned under the belt 6 of the conveyor is formed of several sections of trays which are each arranged under a spray nozzle 44b, 44c. The number of tank sections is advantageously identical to the number of spray nozzles.
Les extraits obtenus sont récupérés via le collecteur 16a du tronçon de bac le plus en aval (par rapport à la direction d’avance de la bande du convoyeur) et sont réinjectés par l’intermédiaire de pompes 46 sur les produits P par l’intermédiaire des buses de pulvérisation 44c, en amont du premier point d’injection et ainsi de suite à contre-courant de la direction d’avance de la bande du convoyeur.The extracts obtained are recovered via the collector 16a of the most downstream bin section (relative to the direction of advance of the conveyor belt) and are reinjected via pumps 46 onto the products P via spray nozzles 44c, upstream of the first injection point and so on countercurrent to the direction of advance of the conveyor belt.
Après de multiples réinjections, dont le nombre peut par exemple être compris entre 2 et 100, les extraits concentrés sont évacués par le collecteur du tronçon de bac le plus en amont (par rapport à la direction d’avance de la bande du convoyeur).After multiple reinjections, the number of which can for example be between 2 and 100, the concentrated extracts are evacuated by the collector of the most upstream section of the tank (in relation to the direction of advance of the conveyor belt).
Ce mode de réalisation de réinjections permet avantageusement d’épuiser au maximum les produits P de leurs extraits avec un minimum de solvant, puisque la dernière pulvérisation avant la sortie des produits est réalisée avec du solvant frais. Ce mode de réalisation permet ainsi d’optimiser la concentration en extrait et d’en minimiser la consommation.This embodiment of reinjections advantageously makes it possible to exhaust the products P from their extracts as much as possible with a minimum of solvent, since the last spraying before the products are released is carried out with fresh solvent. This embodiment thus makes it possible to optimize the extract concentration and minimize its consumption.
Selon une autre disposition avantageuse de l’invention qui s’applique à l’ensemble des modes de réalisation précédemment décrits et qui est illustrée par la
Ces parois 50 s’étendent verticalement sur presque toute la hauteur entre la surface supérieure de la bande 6 et la paroi étanche 18 et sont réalisées dans un matériau transparent aux micro-ondes émises par les guides d’ondes (par exemple du PFTE ou du silicone). Ces chambres d’extraction 48 permettent ainsi d’obtenir une meilleure étanchéité aux vapeurs d'extraction et d’éviter que ces vapeurs ne s'échappent par les sas d'entrées et sorties du tunnel de chauffe.These walls 50 extend vertically over almost the entire height between the upper surface of the strip 6 and the sealed wall 18 and are made of a material transparent to the microwaves emitted by the wave guides (for example PFTE or carbon dioxide). silicone). These extraction chambers 48 thus make it possible to obtain better sealing against the extraction vapors and to prevent these vapors from escaping through the entrance and exit airlocks of the heating tunnel.
Claims (16)
- un convoyeur (4) à bande destiné à transporter les produits (P) à traiter, la bande (6) du convoyeur étant réalisée dans un matériau transparent aux micro-ondes et poreuse aux extraits issus du traitement thermique des produits,
- un tunnel de chauffe (8) qui est traversé de part en part par la bande du convoyeur et qui comprend un caisson (10) étanche aux micro-ondes et à l’intérieur duquel débouche au moins un guide d’ondes (12) raccordé à un générateur de micro-ondes (14), et
- un bac (16) positionné sous la bande du convoyeur au niveau du caisson pour réceptionner et condenser des extraits issus du traitement thermique des produits après leur diffusion au travers de la bande du convoyeur,
- caractérisé en ce que le tunnel de chauffe (8) comprend au moins un sas d’étanchéité d’entrée (20) qui est positionné en entrée du tunnel de chauffe au-dessus du convoyeur et au moins un sas d’étanchéité de sortie (22) qui est positionné en sortie du tunnel de chauffe au-dessus du convoyeur, les sas d’entrée et de sortie étant chacun munis d’au moins un piège quart-d’onde (24) afin d’assurer une étanchéité aux micro-ondes en entrée et en sortie du tunnel de chauffe.
- a belt conveyor (4) intended to transport the products (P) to be treated, the belt (6) of the conveyor being made of a material transparent to microwaves and porous to the extracts resulting from the heat treatment of the products,
- a heating tunnel (8) which is crossed right through by the conveyor belt and which comprises a microwave-tight box (10) and into which at least one connected waveguide (12) opens to a microwave generator (14), and
- a tray (16) positioned under the conveyor belt at the level of the box to receive and condense extracts resulting from the heat treatment of the products after their diffusion through the conveyor belt,
- characterized in that the heating tunnel (8) comprises at least one inlet seal (20) which is positioned at the entrance to the heating tunnel above the conveyor and at least one outlet seal ( 22) which is positioned at the outlet of the heating tunnel above the conveyor, the entry and exit airlocks each being provided with at least one quarter-wave trap (24) in order to ensure tightness against micro -waves entering and leaving the heating tunnel.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2203006A FR3134014B1 (en) | 2022-04-01 | 2022-04-01 | microwave extraction oven for the continuous heat treatment of organic products in solid or pasty state |
| PCT/FR2023/050439 WO2023187289A1 (en) | 2022-04-01 | 2023-03-28 | Microwave extraction oven for the continuous heat treatment of solid or pasty organic products |
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Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR2203006A FR3134014B1 (en) | 2022-04-01 | 2022-04-01 | microwave extraction oven for the continuous heat treatment of organic products in solid or pasty state |
| FR2203006 | 2022-04-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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