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WO2025181194A1 - Systeme de couplage pour dispositif de traitement thermique par rayonnement micro-ondes - Google Patents

Systeme de couplage pour dispositif de traitement thermique par rayonnement micro-ondes

Info

Publication number
WO2025181194A1
WO2025181194A1 PCT/EP2025/055270 EP2025055270W WO2025181194A1 WO 2025181194 A1 WO2025181194 A1 WO 2025181194A1 EP 2025055270 W EP2025055270 W EP 2025055270W WO 2025181194 A1 WO2025181194 A1 WO 2025181194A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
enclosure
waveguide
electromagnetic waves
module
impedance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2025/055270
Other languages
English (en)
Inventor
Jean François ROCHAS
Fanny ROLET
Arald LEJEUNE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Antofenol
Original Assignee
Antofenol
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Antofenol filed Critical Antofenol
Publication of WO2025181194A1 publication Critical patent/WO2025181194A1/fr
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122—Incoherent waves
    • B01J19/126—Microwaves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0053—Details of the reactor
    • B01J19/0066—Stirrers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122—Incoherent waves
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/70—Feed lines
    • H05B6/707—Feed lines using waveguides
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/80—Apparatus for specific applications
    • H05B6/806—Apparatus for specific applications for laboratory use

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of devices for treating plant biomass of any plant species known to those skilled in the art, for example parts of vines.
  • the biomass to be treated can be dry or wet, and its treatment can be carried out in the presence (or not) of an aqueous solvent.
  • Such a treatment device allows the extraction of metabolites from plant biomass, said metabolites being able to be polyphenols or any other type of secondary metabolites known to those skilled in the art.
  • the metabolites thus extracted can be used in different fields of application, such as biocontrol applications or cosmetic applications.
  • the device according to the invention will be described with reference to the treatment of a dry plant biomass rich in polyphenols (such as parts of vines) in the presence of an aqueous solvent, it being understood by those skilled in the art that the device according to the invention can be used for the treatment of any type of plant biomass - dry or wet - in the presence or absence of one (or more) aqueous solvent(s).
  • Plant biomass extracts rich in polyphenols are known to those skilled in the art. Many studies have focused on the extraction of biomass to obtain an extract rich in polyphenols, all of which have several drawbacks regarding the economic viability of the processes, such as low yields or very long extraction times, or limiting their use post-extraction, and in particular the use of toxic organic solvents.
  • a step of extracting the dry biomass by bringing it into contact with an aqueous solvent A step of extracting the dry biomass by bringing it into contact with an aqueous solvent
  • a step of recovery of the aqueous phase enriched in polyphenols is a step of recovery of the aqueous phase enriched in polyphenols.
  • the plant biomass/aqueous solvent mixture is treated, at a pressure between 50 and 950 mbar (5,000 and 95,000 Pa), by applying to the mixture:
  • the present invention aims to propose a heat treatment device allowing the implementation of the method according to WO 2018/115296.
  • the present invention relates to a device for treating a product for the extraction of a substance of interest, the treatment device being configured to:
  • such a device is composed of:
  • Waveguide 3 transmits the electromagnetic waves generated by generator 4 to enclosure 1.
  • incident waves A part of the incident electromagnetic waves transmitted by the generator 4 (“incident waves”) via the waveguide 3 is absorbed by the product 2 to be treated, and another part of these electromagnetic waves is reflected towards the generator 4 (“reflected waves”).
  • a circulator (not shown) including a heat transfer fluid can be associated with the generator 4. This circulator converts the reflected waves into heat and dissipates this heat outside the generator 4.
  • an electric arc can cause deterioration (or even destruction) of the treatment device.
  • an impedance matching unit 5 into the waveguide 3 (for example adjustable elements such as metal plungers integrated into the waveguide 3).
  • the quantity of reflected waves depends on the difference between the input impedance in enclosure 1, and the impedance of the power transmission line (for example waveguide 3): when the input impedance of enclosure 1 is equal to the impedance of the power transmission line (waveguide 3 for example), the quantity of reflected waves is substantially zero.
  • the input impedance of speaker 1 varies depending in particular on:
  • the input impedance of enclosure 1 can not only vary from one product to another, from one quantity of product to another, but also over time during the processing of a given quantity of a given product.
  • the impedance matching unit 5 allows an operator to locally adjust the impedance to match the input impedance of the enclosure 1.
  • the quantity of waves reflected towards the generator 4 is thus minimized from the plane where the impedance matching unit 5 is placed.
  • the generator 4 is equipped with a measuring sensor (not shown) of a parameter representative of the quantity of reflected waves. Based on the reflected power indication of the generator 4 and by acting on adjustment means of the impedance matching unit 5, the operator can locally correct the impedance to match the impedance of the transmission line located upstream of the impedance matching unit 5.
  • the impedance matching unit 5 plays, in a way, the role of a "non-return valve" for the reflected wave created at the entrance to the enclosure 1.
  • the impedance matching unit 5 does not "destroy” not reflected but returns it to enclosure 1. Under these conditions, a standing wave phenomenon is established between the matching unit 5 and the input of enclosure 1.
  • the level of standing wave will be all the more intense as the difference in input impedance of enclosure 1 and the impedance of the power transmission line is significant. The greater this difference in impedance, the greater the risk of arcs and energy losses in the section of transmission line located between the input of enclosure 1 and the impedance matching unit 5. This phenomenon will then limit the transmission power level of generator 4 to avoid arcs and energy losses.
  • the objective is to determine the geometric parameters of the arrival zone of the electromagnetic waves in the input plane of enclosure 1 so that the value of the input impedance (enclosure loaded with the product to be treated) is as close as possible to that of the transmission line. Under these conditions, the power level can be maximized.
  • the role of the impedance matching unit 5 remains limited to impedance corrections linked to variations in temperature, volume, and evolution of the product during treatment, even in conditions where the product to be treated only has low dielectric losses.
  • An aim of the present invention is to propose a solution to limit, at high powers, the risks of degradation of the treatment device due to the untimely generation of an electric arc, in particular when the device is associated with a generator with a power greater than 30kW.
  • the EN 50499 standard for worker exposure The EN 55011 standard for the protection of telecommunications networks.
  • any exceeding of this threshold value may be sanctioned, without notice, by the immediate shutdown of the device deemed to be faulty.
  • One of the aims of the present invention is to propose a device for heat treatment using electromagnetic waves which makes it possible not to exceed the levels of electromagnetic leakage imposed by standard EN 55011.
  • the invention proposes a device for treating plant biomass, the treatment device comprising:
  • An enclosure intended to contain the plant biomass to be treated, the enclosure comprising a lower partition, an upper partition and at least one side partition extending between the upper and lower partitions, at least one of the partitions including a through inlet,
  • a waveguide connected to the through inlet for the circulation, towards the interior of the enclosure, of incident electromagnetic waves produced by a generator,
  • An impedance matching unit configured to vary an impedance in the waveguide to match said impedance in the waveguide to an input impedance of the enclosure,
  • a stirring unit for stirring the plant biomass contained in the enclosure characterized in that the device further comprises a coupling unit, mounted between the enclosure and the waveguide, said coupling unit comprising:
  • An expansion module configured to expand the electromagnetic wave transmission surface between the waveguide and the enclosure
  • a sealing module configured to close the through inlet in a gas-tight manner.
  • connection to means a first element directly connected to a second element, or indirectly connected to the second element, in particular by means of a third element arranged between the first and second elements.
  • aspects of the present invention include:
  • the widening module may comprise: o A conduit connected to the waveguide, and o A pyramidal structure with a truncated top connected to the closure module, said structure extending in the extension of the rectangular conduit;
  • the pyramidal structure may comprise: o Four trapezoidal side walls defining a truncated pyramid with a polygonal base, in particular rectangular, o A separating blade extending between internal faces of a pair of opposite walls among the four side walls, o A cylindrical crosspiece extending between the internal faces of the pair of opposite walls;
  • the four side walls define: o A small rectangular base fixed to the end of the conduit, and o A large rectangular base intended to face the shutter module, the length of the large rectangular base being equal to the length of the small rectangular base, and the width of the large rectangular base being greater than the width of the small rectangular base;
  • the conduit may comprise: o A hollow tube with a rectangular profile made of a non-magnetic electrically conductive material, such as stainless steel or aluminum, o A rectangular flange at one end of the tube opposite the truncated pyramid, the flange being connected to the waveguide;
  • the sealing module may comprise: o A cylindrical box fixed to the enclosure by a first end and fixed to the widening module by a second end, said box being made of a non-magnetic electrically conductive material, such as stainless steel or aluminum, and o A plate fixed to the first end of the cylindrical box, and mounted in a gas-tight manner on the through-inlet mouth, said plate being made of a material transparent to electromagnetic waves such as Teflon®;
  • the shutter module may further comprise a movable lens housed in the cylindrical box, said lens being capable of moving in translation along an axis of revolution of the cylindrical box between two extreme positions to vary the distance separating the plate from the movable lens.
  • the treatment device described below allows the preparation of an extract rich in metabolites (polyphenols and/or other secondary metabolite(s)) by extraction of a dry (or wet) biomass with an (or without) aqueous solvent.
  • aqueous solvent means water or an aliphatic alcohol/water mixture, in particular ethanol/water.
  • the plant biomass may, for example, be a biomass containing polyphenols, in particular trans-resveratrol, trans-s-viniferin, trans-piceatannol and trans-vitisin.
  • polyphenols in particular trans-resveratrol, trans-s-viniferin, trans-piceatannol and trans-vitisin.
  • the person skilled in the art is familiar with this biomass coming from plants known to contain these polyphenols, used alone or in mixtures, generally dicotyledonous plants such as vines, tea or even Japanese knotweed, more particularly vines.
  • the biomass When the biomass is dry, that is to say obtained by drying the aforementioned plants, it may consist of dry parts of plants of the genus Vitis, in particular Vitis vinifera Vitis labrusca, Vitis riparia, Vitis rupestris, Vitis berlandieri, Vitis amurensis, Vitis coignetiae, Vitis vulpina, Vitis acerifolia, Vitis aestivalis, Vitis rotundifolia and more particularly Vitis vinifera.
  • the dry biomass comprises or consists of vine shoots.
  • the biomass can be wet.
  • the water molecules contained in the biomass can eliminate the need for an aqueous solvent.
  • This device allows the implementation of a process for extracting metabolites such as polyphenols.
  • This process is characterized by the combination of at least two constraints applied to plant biomass (dry or wet) in the presence (or not) of an aqueous solvent:
  • the device according to the invention will be described with reference to the treatment of a mixture composed of a dry biomass and an aqueous solvent, it being understood by those skilled in the art that this device can be used with other types of products.
  • the device comprises:
  • a coupling unit 8 allows the processing device to operate at high operating powers (in particular 100 kW) with minimal risk of creating an electric arc; it is furthermore designed to limit the rise of humidity outside the enclosure 1 in the waveguide 3 and to maintain the enclosure 1 under pressure or depression.
  • the enclosure 1 is intended to be connected to a generator 4 via the waveguide 3, this generator 4 being able to be integrated or dissociated from the processing device.
  • the generator 4 is configured for the emission of electromagnetic waves of frequency between 10 MHz and 100 GHz, preferably between 433 MHz and 30 GHz, and even more preferably between 915 MHz and 28 GHz, corresponding to waves in the microwave domain.
  • the person skilled in the art will be able to choose the frequency most suited to the implementation of the process, in particular depending on the biomass, to optimize the extraction process.
  • the frequency of the electromagnetic waves ranges from 915 MHz to 2.45 GHz.
  • the frequency of the electromagnetic waves will be chosen according to known industrial devices for generating electromagnetic waves on an industrial scale, in particular electromagnetic wave generators with frequencies below 1500 MHz, more advantageously around 915 MHz.
  • the skilled person will also know how to choose the power of the electromagnetic waves best suited to the biomass and the extracts obtained.
  • the power of the electromagnetic waves advantageously ranges from 300 W to 10 MW, more advantageously from 500 W to 200 kW, even more advantageously from 1 kW to 100 kW.
  • This power will be chosen in particular according to the volume to be treated and the time that will be necessary for the extraction.
  • the power of the electromagnetic waves can be chosen according to the following ratio: for 1 kg of material to be extracted the power of the electromagnetic waves is from 1 to 10 kW, ideally 2 to 6 kW.
  • Enclosure 1 is configured to withstand pressures above or below atmospheric pressure. In addition, Enclosure 1 is configured to resist corrosion. Finally, Enclosure 1 is configured to withstand temperatures above or equal to 200°C.
  • Such an enclosure 1 may have different shapes and be made from different conductive materials to perform this function.
  • the enclosure 1 has a cylindrical shape, and is essentially made of stainless steel plates.
  • This waterproof enclosure 1 includes:
  • a curved upper partition 12 forming a ceiling of the enclosure 1 A curved upper partition 12 forming a ceiling of the enclosure 1, and
  • the enclosure may have a volume of between 0.1 m 3 and 10 m 3 .
  • the power of the electromagnetic waves generated by the treatment device advantageously allows extraction to be carried out in such enclosure volumes.
  • the lower partition 11 may be flat or concave towards the inside of the enclosure 1. It comprises an orifice 111 to allow an operator to access the inside of the enclosure 1. In operation, this orifice 111 is closed by a hatch (or door) 112 normally locked in a sealed manner by any technique known to those skilled in the art, for example by bolting the hatch 112 to the lower partition 11, a sealing gasket (for example made of electrically conductive rubber) being mounted between the orifice 111 and the facing hatch 112 (i.e. between the edges of the orifice and the edges of the hatch facing each other).
  • the lower partition 11 may comprise more than one orifice 111 closable by a hatch 112.
  • this (or these) orifice(s) 111 closable by one (or more) hatch(es) 112 may be arranged in a partition 12, 13 other than the lower partition 11.
  • the upper partition 12 comprises a through inlet 121 at which the waveguide 3 is connected.
  • the incident waves electromagnettic waves produced by the generator 4
  • this inlet 121 can be provided in the lateral partition 13 (or in the lower partition 11) rather than the upper partition 12.
  • the upper partition 12 also comprises a hole 122 for the passage of a shaft 71 of the mixing unit 7.
  • the enclosure 1 may comprise a hole to which a pump (not shown) is connected for generating a vacuum in the enclosure 1.
  • a pump not shown
  • Such an enclosure 1 being known to those skilled in the art, it will not be described in more detail below.
  • Waveguide 3 allows the circulation of electromagnetic waves produced by the generator towards the interior of enclosure 1.
  • the waveguide 3 may consist of a parallelepiped tube of rectangular cross-section capable of advantageously propagating electromagnetic waves in TE01 mode including:
  • Such a waveguide 3 is made of a material impervious to electromagnetic waves, for example of a conductive material (non-magnetic metal) such as stainless steel or aluminum.
  • the impedance matching unit 5 allows the impedance in the waveguide 3 to be locally adjusted to match the input impedance in the enclosure 1. The power transfer between the generator 4 and the enclosure 1 is thus optimized.
  • the impedance matching unit 5 allows impedance correction to bring the power level of the residual reflected waves (electromagnetic waves reverberated by the speaker 1) down to the lowest level.
  • the impedance matching unit 5 allows the power level of the reflected waves to be corrected according to the evolution (at during treatment) of the dielectric characteristics of the mixture (dry biomass + aqueous solvent) placed in enclosure 1.
  • an impedance adaptation is carried out in order to avoid the return of reflected power at the input of enclosure 1 to generator 4.
  • This impedance adaptation can be achieved by acting on the adjustment elements of the impedance adapter 5 according to data transmitted by measuring probes (not shown) of the energy reflected by the enclosure 1.
  • the impedance matching unit 5 may be of any type known to those skilled in the art.
  • the processing device can also comprise a circulator 9 between the waveguide 3 and the generator 4 to absorb the reflected waves which would otherwise be reinjected into the generator 4. This makes it possible to ensure protection of the magnetron (not shown) installed in the generator 4.
  • the mixing unit 7 allows the biomass/solvent mixture to be mixed to be treated in order to homogenize the microwave treatment of this mixture.
  • the stirring unit 7 comprises a shaft and two (or four) blades at one end of the shaft, the other end of the shaft being connected to a motor M to induce rotation of the shaft and the blades.
  • mixing is carried out by rotating the blades at a rotation speed ranging from 3 to 20 revolutions per minute.
  • the treatment device comprises a coupling unit 8.
  • This coupling unit 8 is positioned between the waveguide 3 and the inlet mouth 121 located directly on the enclosure 1.
  • the coupling unit 8 makes it possible to minimize - in a plane P containing the inlet mouth 121 - the power level of the reflected waves so that it remains lower than 10% max of the power of the incident waves emitted by the generator 4.
  • the coupling unit 8 comprises a widening module 81 configured to expand the transmission surface of the electromagnetic waves between the enclosure 1 and the waveguide 3, without losing the propagation mode TE01 of said electromagnetic waves. This makes it possible to limit the intensity of the electric field produced by the electromagnetic waves at this transmission surface.
  • the coupling unit 8 also includes a sealing module 82 sized to withstand the vacuum or pressure build-up in the enclosure 1 and prevent any rising humidity and any risk of condensation in the waveguide 3. It also allows the pressure or vacuum to be maintained in the enclosure.
  • the 81 expansion module includes:
  • a pyramidal structure 812 with a truncated top (hereinafter referred to as a “truncated pyramid”) in the extension of the rectangular conduit 811, the structure being intended to be connected to the closure module 82.
  • the dimensions (Small side A, Large side A’) of the rectangular conduit 811 in cross section are identical to the dimensions of the waveguide 3 in cross section.
  • the rectangular conduit is hollow and is made of a material impervious to electromagnetic waves, for example an electrically conductive material (non-magnetic metal) such as stainless steel or aluminum.
  • the conduit 811 comprises a rectangular flange 813 at its end opposite the truncated pyramid 812. This flange 813 is connected to that of the waveguide 3 by bolting.
  • the truncated pyramid 812 allows to enlarge the transmission surface of electromagnetic waves while preserving their wave propagation mode (TE01) and impedance adaptation (limitation of the power reflected in this plane).
  • the truncated pyramid 812 includes:
  • the four side walls 814 are trapezoidal in shape and are welded together to form the truncated pyramid with a polygonal base, in particular rectangular.
  • the opposite edges of the four side walls 814 define:
  • a small rectangular base 8141 mounted at the end of the conduit 811 opposite the rectangular flange 813, and
  • a large rectangular base 8142 intended to come opposite the shutter module 82.
  • the small base 8141 of the truncated pyramid is attached to the end of the conduit 811 (opposite the rectangular flange) by welding or brazing.
  • the large base 8142 is attached to the annular skirt 817. This annular skirt 817 is intended to be fixed to the shutter module 82 by bolting, welding and/or brazing.
  • the dimensions of the small base 8141 are identical to the dimensions (Small side A, Large side A’) in cross-section of the conduit 811.
  • the dimensions of the large base 8142 define a surface area (transmission surface area) larger than the surface area defined by the dimensions of the small base 8141.
  • the length A’ of the large base 8142 is equal to the length A’ of the conduit 811 (and therefore of the waveguide 3), this dimension being perpendicular to the plane of propagation of the electromagnetic waves,
  • the width 2 A of the large base 8142 is equal to twice the width A of the conduit 811 (and therefore of the waveguide 3), this dimension being parallel to the plane of propagation of the electromagnetic waves.
  • the fact that the length A’ is preserved makes it possible to preserve the TE01 mode of propagation of the electromagnetic waves emitted by the generator 4.
  • the fact that the width 2A is doubled makes it possible to increase the transmission surface of the electromagnetic waves and thus to lower the electric field intensity.
  • the separating blade 815 extends between the internal faces of a pair of opposite side walls (the side walls defining the width of the truncated pyramid), perpendicular to the propagation plane of the electromagnetic waves. It is made of an electrically conductive material (non-magnetic metal) such as stainless steel, brass or aluminum, and may have the same thickness as the walls of the waveguide 3.
  • This separating blade 815 subdivides the internal volume defined between the side walls into two adjacent compartments.
  • the separating blade 815 makes it possible to split the propagation plane of the electromagnetic waves into two secondary planes within the compartments.
  • the cross-sectional dimensions of each of the compartments are equal to the cross-sectional dimensions transverse of the waveguide. Thus, the transmission surface of electromagnetic waves is doubled at the level of the large base.
  • the cylindrical crosspiece 816 is mounted between the internal faces of the pair of side walls 814, on the edge of the separating blade 815 opposite the large base 8142.
  • the crosspiece 816 and in particular its cylindrical shape, allows, when splitting the propagation plane, not to modify the propagation mode of the electromagnetic waves while protecting against the creation of an arc.
  • the height of the truncated pyramid (distance between the small and large bases), The distance between the crosspiece and the small base of the truncated pyramid.
  • each propagating electromagnetic waves having a power equal to half the power of the electromagnetic waves coming from the generator 4. This makes it possible to limit the risks of electric arc formation at the inlet mouth 121.
  • This solution makes it possible to double, at the exit of the truncated pyramid, the height of passage of the electromagnetic waves while controlling the propagation mode.
  • the field intensity is then significantly lowered at each of the two exits of the truncated pyramid.
  • the 82 shutter module allows:
  • the shutter module 82 comprises a cylindrical housing 821, a plate 822, and a movable lens 823.
  • the cylindrical box 821 extends between the inlet mouth 121 of the enclosure 1 and the large base 8142 of the widening module 81.
  • the material constituting the box is a material reflecting electromagnetic waves, such as an electrically conductive non-magnetic material, for example of the stainless steel or aluminum type.
  • the cylindrical box 821 provides metallic continuity between the widening module 81 and the enclosure 1. It allows the circulation of electromagnetic waves between the truncated pyramid 812 and the inlet mouth 121.
  • the cylindrical box 821 is configured to contain the plate 822 and the lens 823 movable in translation. More precisely, the plate 822 extends at the end of the cylindrical box 821 in contact with the enclosure 1, and the movable lens extends 823 between the two ends of the cylindrical box 821.
  • the plate 822 is fixed on the inlet mouth 121 to close the enclosure 1 in order to allow the generation of a depression or a pressure in the enclosure 1.
  • the plate 822 is non-absorbent of electromagnetic waves (or absorbs them weakly).
  • the plate 822 comprises for example a Teflon® (or possibly quartz) disc mounted perpendicular to the direction of propagation of the electromagnetic waves.
  • the thickness of the plate 822 is defined as a function of the value of the depression and the pressure likely to be generated in the enclosure 1, and its diameter is a function of the dimensions of the large base 8142, the width 2A and length A’ of which were determined by modeling.
  • the movable lens 823 makes it possible to adapt the impedance in the coupling unit 8 to the input impedance of the enclosure 1, taking into account the presence of the shutter 822. The risks of formation of electric arcing at the inlet mouth 121 are thus limited.
  • the movable lens 823 is made of a material that does not absorb electromagnetic waves, such as Teflon®.
  • the movable lens 823 is able to move in translation inside the cylindrical box 821 between two extreme positions, the movable lens 823 being closer to the plate 822 in one of the extreme positions than in the other of the extreme positions. This makes it possible to vary the distance separating the plate 822 from the movable lens 823, and thus to limit the impedance differences between the coupling unit 8 and the input of the enclosure 1.
  • the processing device described above has the advantage of meeting the various standards for the protection of people and communications networks, and in particular the EN 55011 standard for the protection of telecommunications networks, the criteria for which are very strict.
  • the coupling unit 8 described above has the advantage of being self-adapted in impedance. This coupling unit 8 makes it possible to limit the risks of electric arc formation at the inlet mouth 121 of the enclosure 1.
  • the impedance adaptation unit 5 is mainly used only to take into account the variations in impedance due to the evolution of the dielectric characteristics of the mixture (dry biomass + aqueous solvent) during the treatment of this mixture.
  • FIG. 1 is a general schematic representation of a device for treating a product using electromagnetic waves
  • FIG. 2 is a schematic representation of a treatment device according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic representation of a coupling unit of the processing device illustrated in Figure 2,
  • FIG. 4a is a schematic perspective representation of an expansion module of the coupling unit illustrated in Figure 3
  • - Figure 4b is a schematic front representation of the expansion module illustrated in Figure 4a
  • FIG. 5 is a schematic representation of a shutter module of the coupling unit illustrated in Figure 3.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de traitement d'un produit comprenant : - Une enceinte destinée à contenir le produit à traiter, - Un guide d'onde disposé entre l'enceinte et un générateur configuré pour produire des ondes électromagnétiques incidentes, - Une unité d'adaptation d'impédance configurée pour faire varier une impédance acoustique dans le guide d'ondes afin de la faire correspondre à l'impédance acoustique dans l'enceinte, - Une unité de brassage à l'intérieur de l'enceinte pour brasser le produit contenu dans l'enceinte, caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre une unité de couplage (8), montée entre l'enceinte et le guide d'ondes, ladite unité de couplage comportant : - Un module d'élargissement (81) configuré pour dilater la surface de transmission des ondes électromagnétiques entre le guide d'ondes (3) et l'enceinte (1), et - Un module d'obturation (82) configuré pour fermer, de manière étanche aux gaz, la bouche d'entrée traversante (121).

Description

Description
Titre : SYSTEME DE COUPLAGE POUR DISPOSITIF DE TRAITEMENT THERMIQUE PAR RAYONNEMENT MICRO-ONDES
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne le domaine technique général des dispositifs de traitement d’une biomasse végétale de toute espèce végétale connue de l’homme du métier, par exemple des parties de vigne.
La biomasse à traiter peut-être sèche ou humide, et son traitement peut être réalisé en présence (ou non) d’un solvant aqueux.
Un tel dispositif de traitement permet l’extraction de métabolites à partir de la biomasse végétale, lesdites métabolites pouvant être des polyphénols ou tout autre type de métabolites secondaires connu de l’homme du métier.
Les métabolites ainsi extraites peuvent être utilisés dans différents domaines d’application, tels que des applications de biocontrôle ou des applications cosmétiques.
Dans la suite, le dispositif selon l’invention sera décrit en référence au traitement d’une biomasse végétale sèche riche en polyphénols (tel que des parties de vigne) en présence d’un solvant aqueux, étant entendu pour l’homme du métier que le dispositif selon l’invention peut être utilisé pour le traitement de tout type de biomasse végétale - sèche ou humide - en présence ou non d’un (ou plusieurs) solvant(s) aqueux.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
1. Présentation
Les extraits de biomasse végétale riches en polyphénols sont connus de l’homme du métier. De nombreux travaux se sont intéressés à l’extraction d’une biomasse pour obtenir un extrait riche en polyphénols, tous présentant plusieurs inconvénients quant à la viabilité économique des procédés, comme des rendements faibles ou des temps d’extraction très longs, ou limitant leur usage post extraction, et notamment l’usage de solvants organiques toxiques.
Le document WO 2018/115296 décrit un procédé de préparation d’un extrait de biomasse végétale sèche, riche en polyphénols comprenant :
Une étape d’extraction de la biomasse sèche par sa mise en contact avec un solvant aqueux, et
Une étape de récupération de la phase aqueuse enrichie en polyphénols.
Durant l’étape d’extraction, le mélange biomasse végétale / solvant aqueux est traité, à une pression comprise entre 50 à 950 mbar (5 000 à 95 000 Pa), par l’application, au mélange :
D’ondes électromagnétiques de fréquence comprise entre 10MHz et 100 GHz, de préférence entre 433MHz et 30 GHz, et encore plus préférentiellement entre 915 MHz et 28GHz, et
D’un brassage du mélange.
La présente invention vise à proposer un dispositif de traitement thermique permettant la mise en œuvre du procédé selon WO 2018/115296. Notamment, la présente invention concerne un dispositif de traitement d’un produit pour l’extraction d’une substance d’intérêt, le dispositif de traitement étant configuré pour :
Brasser le produit, et
Appliquer au produit des ondes électromagnétiques de fréquence comprise entre 10MHz et 100 GHz, de préférence entre 433MHz et 30 GHz, et encore plus préférentiellement entre 915 MHz et 28GHz. 2. Problématiques associées à l’ utilisation d’ondes électromagnétiques
2.1 Minimisation des risques de dégradation du dispositif
Comme illustré à la figure 1 , un tel dispositif est composé :
D’une enceinte 1 contenant le produit 2 à traiter,
D’une unité de brassage logée dans l’enceintel , et
D’un guide d’ondes 3 raccordé entre l’enceinte 1 et un générateur 4 d’ondes électromagnétiques .
Le guide d’ondes 3 permet de transmettre les ondes électromagnétiques générées par le générateur 4 vers l’enceinte 1.
Une partie des ondes électromagnétiques incidentes transmises par le générateur 4 (« ondes incidentes ») via le guide d’ondes 3 est absorbée par le produit 2 à traiter, et une autre partie de ces ondes électromagnétiques est réfléchie vers le générateur 4 (« ondes réfléchies »).
Si la puissance des ondes réfléchies est trop importante, celles-ci peuvent détériorer, voir détruire le générateur 4. Pour protéger le générateur 4, un circulateur (non représenté) incluant un fluide caloporteur peut être associé au générateur 4. Ce circulateur permet de convertir les ondes réfléchies en chaleur et de dissiper cette chaleur en dehors du générateur 4.
Toutefois, les interactions entre les ondes incidentes (émises par le générateur 4) et les ondes réfléchies (réverbérées par l’enceinte 1) créent un phénomène dit « d’onde stationnaire » dans le guide d’ondes 3, avec localement une augmentation d’intensité du champ électrique.
Dans le cas d’ondes électromagnétiques de forte puissance, cette augmentation d’intensité du champ électrique peut être importante et atteindre une valeur de déclenchement d’un arc électrique.
Un tel arc électrique peut induire une détérioration (voir une destruction) du dispositif de traitement. Pour limiter les risques de détérioration du dispositif de traitement, il a déjà été proposé d’intégrer une unité d’adaptation d’impédance 5 dans le guide d’ondes 3 (par exemple des éléments réglables tels que des plongeurs métalliques intégrés au guide d’ondes 3).
En effet, la quantité d’ondes réfléchies dépend de la différence entre l’impédance d’entrée dans l’enceinte 1, et l’impédance de la ligne de transmission d’énergie (par exemple guide d’ondes 3) : lorsque l’impédance d’entrée de l’enceinte 1 est égale à l’impédance de la ligne de transmission de puissance (guide d’ondes 3 par exemple), la quantité d’ondes réfléchies est sensiblement nulle.
Or, l’impédance d’entrée de l’enceinte 1 varie en fonction notamment :
Des caractéristiques diélectriques du produit 2 à traiter,
De la quantité de produit 2,
De la température du produit 2,
Mais également de l’évolution physique ou chimique du produit 2 pendant le traitement.
Ainsi, l’impédance d’entrée de l’enceinte 1 peut non seulement varier d’un produit à un autre, d’une quantité de produit à une autre, mais également au cours du temps durant le traitement d’une quantité donnée d’un produit donné.
L’unité d’adaptation d’impédance 5 permet à un opérateur d’ajuster localement l’impédance pour la faire correspondre à l’impédance d’entrée de l’enceinte 1. La quantité d’ondes réfléchies vers le générateur 4 est ainsi minimisée à partir du plan où est placée l’unité d’adaptation d’impédance 5. Pour tenir compte de la variation d’impédance d’entrée de l’enceinte 1 durant le traitement d’un produit, le générateur 4 est équipé d’un capteur de mesure (non représenté) d’un paramètre représentatif de la quantité d’ondes réfléchies. En se basant sur l’indication de puissance réfléchie du générateur 4 et en agissant sur des moyens de réglage de l’unité d’adaptation d’impédance 5, l’opérateur peut corriger localement l’impédance pour la faire correspondre à l’impédance de la ligne de transmission située en amont de l’unité d’adaptation d’impédance 5.
L’unité d’adaptation d’impédance 5 joue, en quelque sorte, le rôle d’une « valve anti retour » de l’onde réfléchie créée à l’entrée de l’enceinte 1. L’unité d’adaptation d’impédance 5 ne « détruit » pas Fonde réfléchie mais la renvoie vers l’enceinte 1. Il s’établit alors, dans ces conditions, un phénomène d’onde stationnaire entre l’unité d’adaptation 5 et l’entrée de l’enceinte 1. Le niveau de Fonde stationnaire sera d’autant plus intense que la différence d’impédance d’entrée de l’enceinte 1 et d’impédance de la ligne de transmission d’énergie sera importante. Plus cette différence d’impédance est importante, plus les risques d’arcs et de pertes d’énergie dans le tronçon de ligne de transmission situé entre l’entrée de l’enceinte 1 et l’unité d’adaptation d’impédance 5 seront élevés. Ce phénomène limitera alors le niveau de puissance d’émission du générateur 4 pour éviter les arcs et les pertes d’énergie.
Pour atteindre un niveau de puissance important (notamment supérieur à 30kW) transmise dans l’enceinte 1 et, ainsi assurer une productivité attendue pour le dispositif, il est nécessaire de travailler sur les éléments d’entrée de l’enceinte 1. L’objectif consiste à déterminer des paramètres géométriques de la zone d’arrivée des ondes électromagnétiques dans le plan d’entrée de l’enceinte 1 pour que la valeur de l’impédance d’entrée (enceinte chargée du produit à traiter) soit la plus proche possible de celle de la ligne de transmission. Dans ces conditions le niveau de puissance peut être maximisé. Le rôle de l’unité d’adaptation d’impédance 5 restant limité aux corrections d’impédance liées aux variations de température, volume, et évolution du produit durant le traitement, même dans les conditions où le produit à traiter ne présente que de faibles pertes diélectriques.
Un but de la présente invention est de proposer une solution pour limiter, à fortes puissances, les risques de dégradation du dispositif de traitement du fait de la génération intempestive d’un arc électrique, notamment lorsque le dispositif est associé à un générateur d’une puissance supérieure à 30kW.
2.2 Minimisation des niveaux de fuite électromagnétique
L’utilisation d’ondes électromagnétiques, pour des applications industrielles, scientifiques et médicales, est assujettie au respect de plusieurs normes pour la protection des personnes et la protection des réseaux de communications :
La norme EN 50413 pour l’exposition des personnes,
La norme EN 50499 pour l’exposition des travailleurs, La norme EN 55011 pour la protection des réseaux de télécommunication.
L’usage, à l’échelle industrielle, d’ondes électromagnétiques de fréquence égale à 915 MHz impose en particulier de satisfaire à la norme NE 55011. Celle-ci prévoit que le rayonnement électromagnétique émis vers l’extérieur, par un dispositif générant des ondes électromagnétiques de fréquence égale à 915 MHz, doit être inférieur à une valeur seuil de - 40 dB microvolt par mètre, à 30 m dudit dispositif.
Ceci permet d’éviter les perturbations des réseaux de télécommunication.
Tout dépassement de cette valeur seuil peut être sanctionné, sans préavis, par la mise en arrêt immédiate du dispositif jugé défaillant.
Un des buts de la présente invention est de proposer un dispositif de traitement thermique par ondes électromagnétiques permettant de ne pas dépasser les niveaux de fuites électromagnétiques imposés par la norme EN 55011.
RÉSUMÉ
À cet effet, l’invention propose un dispositif de traitement d’une biomasse végétale, le dispositif de traitement comprenant :
Une enceinte destinée à contenir la biomasse végétale à traiter, l’enceinte comprenant une cloison inférieure, une cloison supérieure et au moins une cloison latérale s’étendant entre les cloisons supérieure et inférieure, au moins l’une des cloisons incluant une bouche d’entrée traversante,
Un guide d’onde raccordé à la bouche d’entrée traversante pour la circulation, vers l’intérieur de l’enceinte, d’ondes électromagnétiques incidentes produites par un générateur, Une unité d’adaptation d’impédance configurée pour faire varier une impédance dans le guide d’ondes afin de faire correspondre ladite impédance dans le guide d’ondes à une impédance d’entrée de l’enceinte,
Une unité de brassage pour brasser la biomasse végétale contenue dans l’enceinte, caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre une unité de couplage, montée entre l’enceinte et le guide d’ondes, ladite unité de couplage comportant :
Un module d’élargissement configuré pour dilater la surface de transmission des ondes électromagnétiques entre le guide d’ondes et l’enceinte, et
Un module d’obturation configuré pour fermer, de manière étanche aux gaz, la bouche d’entrée traversante.
On entend, dans le cadre de la présente invention, par « raccordé à », un premier élément connecté de manière directe à un deuxième élément, ou connecté de manière indirecte au deuxième élément, notamment par l’intermédiaire d’un troisième élément disposé entre les premiers et deuxième élément.
Des aspects préférés, mais non limitatifs de la présente invention sont les suivants :
Le module d’élargissement peut comprendre : o Un conduit raccordé au guide d’onde, et o Une structure pyramidale à sommet tronqué raccordée au module d’obturation, ladite structure s’étendant dans le prolongement du conduit rectangulaire ;
La structure pyramidale peut comprendre : o Quatre parois latérales de forme trapézoïdale définissant une pyramide tronquée à base polygonale, notamment rectangulaire, o Une lame séparatrice s’étendant entre des faces internes d’une paire de parois opposées parmi les quatre parois latérales, o Une traverse cylindrique s’étendant entre les faces internes de la paire de parois opposées ;
Les quatre parois latérales définissent : o Une petite base rectangulaire fixée à l’extrémité du conduit, et o Une grande base rectangulaire destinée à venir en regard du module d’obturation, la longueur de la grande base rectangulaire étant égale à la longueur de la petite base rectangulaire, et la largeur de la grande base rectangulaire étant supérieure à la largeur de la petite base rectangulaire ;
Le conduit peut comprendre : o Un tube creux à profil rectangulaire réalisé en un matériau conducteur électrique amagnétique, tel que de l’acier inoxydable ou de l’aluminium, o Une bride rectangulaire à une extrémité du tube opposée à la pyramide tronquée, la bride étant raccordée au guide d’ondes ;
Le module d’obturation peut comprendre : o Un caisson cylindrique fixé à l’enceinte par une première extrémité et fixé au module d’élargissement par une deuxième extrémité, ledit caisson étant réalisé dans un matériau conducteur électrique amagnétique, tel que de l’acier inoxydable ou de l’aluminium, et o Une platine fixée sur la première extrémité du caisson cylindrique, et montée de manière étanche aux gaz sur la bouche d’entrée traversante, ladite platine étant réalisée dans un matériau transparent aux ondes électromagnétiques tel que du Téflon® ;
Le module d’obturation peut comprendre en outre une lentille mobile logée dans le caisson cylindrique, ladite lentille étant apte à se déplacer en translation le long d’un axe de révolution du caisson cylindrique entre deux positions extrêmes faire varier la distance séparant la platine de la lentille mobile.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION
On va maintenant décrire un exemple de dispositif de traitement d’un produit en référence aux figures. Dans ces différentes figures, les éléments équivalents sont désignés par la même référence numérique.
1. Généralités Le dispositif de traitement décrit dans la suite permet la préparation d’un extrait riche en métabolites (polyphénols et/ou autre(s) métabolite(s) secondaire(s)) par extraction d’une biomasse sèche (ou humide) avec un (ou sans) solvant aqueux.
Par « solvant aqueux », on entend selon l’invention de l’eau ou un mélange alcool aliphatique / eau, en particulier éthanol / eau.
La biomasse végétale peut par exemple être une biomasse contenant des polyphénols, en particulier du trans-resvératrol, trans-s-viniférine, trans-picéatannol et trans-vitisine. L’homme du métier connaît bien cette biomasse provenant de plantes connues pour contenir ces polyphénols, employées seules ou en mélanges, généralement des plantes dicotylédones comme la vigne, le thé ou encore la renouée du Japon, plus particulièrement la vigne.
Lorsque la biomasse est sèche, c’est-à-dire obtenue par séchage des plantes précitées, celle-ci peut être constituée de parties sèches de plantes de genre Vitis, notamment Vitis vinifera Vitis labrusca, Vitis riparia, Vitis rupestris, Vitis berlandieri, Vitis amurensis, Vitis coignetiae, Vitis vulpina, Vitis acerifolia, Vitis aestivalis, Vitis rotundifolia et plus particulièrement Vitis vinifera. Selon un mode avantageux de réalisation de l’invention, la biomasse sèche comprend ou est constituée de sarments de vigne.
En variante, la biomasse peut être humide. Dans ce cas, les molécules d’eau contenues dans la biomasse peuvent permettre de s’affranchir de l’utilisation de solvant aqueux.
Ce dispositif permet la mise en œuvre d’un procédé d’extraction de métabolites tels que des polyphénols.
Ce procédé se caractérise par la combinaison d’au moins deux contraintes appliquées sur la biomasse végétale (sèche ou humide) en présence (ou non) d’un solvant aqueux :
(i) des ondes électromagnétiques de fréquence comprise entre 10MHz et 100 GHz, de préférence entre 433MHz et 30 GHz, et encore plus préférentiellement entre 915 MHz et 28GHz, et (ii) de brassage, et/ou
(iii)une dépression ou une pression de 50 à 950 mbar.
Dans la suite, le dispositif selon l’invention sera décrit en référence au traitement d’un mélange composé d’une biomasse sèche et d’un solvant aqueux, étant entendu pour l’homme du métier que ce dispositif peut être utilisé avec d’autres types de produits.
2. Dispositif de traitement
En référence à la figure 2, on a illustré un exemple de dispositif de traitement selon l’invention. Le dispositif comprend :
- Une enceinte 1 ,
- Un guide d’onde 3,
- Une unité d’adaptation d’impédance 5,
- Une unité de brassage 7, et
- Une unité de couplage 8.
Comme il ressortira dans la suite, la présence d’une unité de couplage 8 permet au dispositif de traitement de fonctionner à de fortes puissances d’utilisation (notamment 100 kW) avec un minimum de risque de création d’arc électrique ; elle est en outre conçue afin de limiter les remontées d’humidité à l’extérieur de l’enceinte 1 dans le guide d’onde 3 et pour maintenir en pression ou dépression l’enceinte 1.
L’enceinte 1 est destinée à être raccordée à un générateur 4 via le guide d’onde 3, ce générateur 4 pouvant être intégré ou dissocié du dispositif de traitement.
Le générateur 4 est configuré pour l’émission d’ondes électromagnétiques de fréquence comprise entre 10MHz et 100 GHz, de préférence entre 433MHz et 30 GHz, et encore plus préférentiellement entre 915 MHz et 28GHz, correspondant à des ondes du domaine des micro-ondes. L’homme du métier saura choisir la fréquence la plus adaptée à la mise en œuvre du procédé, notamment en fonction de la biomasse, pour optimiser le procédé d’extraction. De manière avantageuse, la fréquence des ondes électromagnétiques va de 915 MHz à 2,45 GHz. De manière avantageuse, la fréquence des ondes électromagnétiques sera choisie en fonction des dispositifs industriels connus de génération d’ondes électromagnétiques à une échelle industrielle, en particulier des générateurs d’ondes électromagnétiques de fréquences inférieures à 1500 MHz, plus avantageusement d’environ 915 MHz.
L’homme du métier saura également choisir la puissance des ondes électromagnétiques la plus adaptée à la biomasse et aux extraits obtenus. La puissance des ondes électromagnétiques va avantageusement de 300 W à 10MW, plus avantageusement de 500W à 200 kW, plus avantageusement encore de 1 kW à 100 kW. Cette puissance sera choisie en particulier en fonction du volume à traiter et du temps qui sera nécessaire à l’extraction. Par exemple, la puissance des ondes électromagnétiques peut être choisie selon le rapport suivant : pour 1 kg de matière à extraire la puissance des ondes électromagnétiques est de 1 à 10 kW idéalement 2 à 6 kW.
2.1 Enceinte
L’enceinte 1 permet de définir un espace clos dans lequel il est possible de générer une dépression (ou une surpression), c’est-à-dire un espace dans lequel il est possible de diminuer (ou d’augmenter) la pression à une valeur inférieure (ou supérieure) à la pression atmosphérique, notamment à une pression comprise entre de 50 à 950 mbar.
L’enceinte 1 est configurée pour supporter des pressions supérieures ou inférieures à la pression atmosphérique. Par ailleurs, l’enceinte 1 est configurée pour résister à la corrosion. Enfin, l’enceinte 1 est configurée pour supporter des températures supérieures ou égale à 200°C.
Une telle enceinte 1 peut présenter différentes formes et être réalisée à partir de différents matériaux conducteurs pour assurer cette fonction. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, l’enceinte 1 présente une forme cylindrique, et est essentiellement constituée de plaques d'acier inoxydable. Cette enceinte 1 étanche comprend :
Une cloison inférieure 11 formant un fond de l’enceinte 1,
Une cloison supérieure bombée 12 formant un plafond de l’enceinte 1, et
Une (ou plusieurs) cloison(s) latérale(s) 13 verticale(s) s’étendant entre les cloisons supérieure et inférieure 11, 12.
L’enceinte peut avoir un volume compris entre 0.1 m3 et 10 m3. La puissance des ondes électromagnétiques générées par le dispositif de traitement permet avantageusement d’effectuer l’extraction dans de tels volumes d’enceinte.
La cloison inférieure 11 peut être plane ou concave vers l’intérieur de l’enceinte 1. Elle comprend un orifice 111 pour permettre à un opérateur d’accéder à l’intérieur de l’enceinte 1. En fonctionnement, cet orifice 111 est obturé par une trappe (ou porte) 112 normalement verrouillée de façon étanche par toute technique connue de l’homme du métier, par exemple par boulonnage de la trappe 112 sur la cloison inférieure 11, un joint d’étanchéité (par exemple en caoutchouc conducteur électrique) étant monté entre l’orifice 111 et de la trappe 112 en regard (c’est-à-dire entre les bords de l’orifice et les bords de la trappe se faisant face). Bien entendu, la cloison inférieure 11 peut comprendre plus d’un orifice 111 obturable par une trappe 112. Par ailleurs, le lecteur appréciera que ce (ou ces) orifice(s) 111 obturable(s) par une (des) trappe(s) 112 peut (peuvent) être agencé(s) dans une autre cloison 12, 13 que la cloison inférieure 11.
La cloison supérieure 12 comprend une bouche d’entrée 121 traversante au niveau de laquelle le guide d’onde 3 est raccordé. Ainsi, les ondes incidentes (ondes électromagnétiques produites par le générateur 4) circulant dans le guide d’ondes 3 débouchent dans l’enceinte 1 à travers la bouche d’entrée 121. Bien entendu, cette bouche d’entrée 121 peut être ménagée dans la cloison latérale 13 (ou dans la cloison inférieure 11) plutôt que la cloison supérieure 12. La cloison supérieure 12 comprend également un trou 122 pour le passage d’un arbre 71 de l’unité de brassage 7.
L’enceinte 1 peut comprendre un trou auquel une pompe (non représentée) est raccordée pour la génération d’une dépression dans l’enceinte 1. Une telle enceinte 1 étant connue de l’homme du métier, celle-ci ne sera pas décrite plus en détail dans la suite.
2.2 Guide d’ondes
Le guide d’onde 3 permet la circulation des ondes électromagnétiques produites par le générateur vers l’intérieur de l’enceinte 1.
Le guide d’ondes 3 peut consister en un tube parallélépipédique de section transversale rectangulaire pouvant avantageusement propager Fonde électromagnétique sur le mode TE01 incluant :
Une première extrémité apte à être raccordée au générateur 4, cette première extrémité définissant une ouverture de réception des ondes électromagnétiques produites par le générateur 4 ;
Une deuxième extrémité apte à être raccordée à l’enceinte 1, cette deuxième extrémité définissant une ouverture de diffusion des ondes électromagnétiques à l’intérieur de l’enceinte 1.
Un tel guide d’onde 3 est réalisé dans un matériau étanche aux ondes électromagnétiques, par exemple en matériau conducteur (métal amagnétique) de type acier inoxydable ou aluminium.
2.3 Unité d’adaptation d’impédance
L’unité d’adaptation d’impédance 5 permet d’ajuster localement l’impédance dans le guide d’ondes 3 pour la faire correspondre à l’impédance d’entrée dans l’enceinte 1. Le transfert de puissance entre le générateur 4 et l’enceinte 1 est ainsi optimisé.
Plus précisément, l’unité d’adaptation d’impédance 5 permet la correction d’impédance pour ramener au plus bas le niveau de puissance des ondes réfléchies résiduelles (ondes électromagnétiques réverbérées par l’enceinte 1). En particulier, l’unité d’adaptation d’impédance 5 permet de corriger le niveau de puissance des ondes réfléchies en fonction de l’évolution (au cours du traitement) des caractéristiques diélectriques du mélange (biomasse sèche + solvant aqueux) placé dans l’enceinte 1.
Ainsi, conformément aux règles de l'art dans le domaine des transferts de puissance, une adaptation d'impédance est réalisée afin d’éviter le retour de puissance réfléchie à l’entrée de l’enceinte 1 vers le générateur 4.
Cette adaptation d’impédance peut être réalisée en agissant sur les éléments de réglage de l’adaptateur d’impédance 5 en fonction de données transmises par des sondes de mesure (non représentées) de l'énergie réfléchie par l’enceinte 1.
Ces sondes de mesure peuvent être intégrées dans le générateur 4.
L’unité d’adaptation d’impédance 5 peut être de tout type connue de l’homme du métier.
D’ailleurs, tout comme dans l’art antérieur, le dispositif de traitement peut également comprendre un circulateur 9 entre le guide d’ondes 3 et le générateur 4 pour absorber les ondes réfléchies qui seraient sinon réinjectées dans le générateur 4. Ceci permet d’assurer une protection du magnétron (non représenté) installé dans le générateur 4.
Une telle unité d’adaptation d’impédance 5 étant connue dans l’art antérieur, elle ne sera pas décrite plus en détails dans la suite.
2.4 Unité de brassage
L’unité de brassage 7 permet de brasser le mélange biomasse/solvant à traiter afin d’homogénéiser le traitement micro-ondes de ce mélange.
L’unité de brassage 7 comprend un arbre et deux (ou quatre) pales à l’une des extrémités de l’arbre, l’autre extrémité de l’arbre étant connectée à un moteur M pour induire la mise en rotation de l’arbre et des pales. De manière préférentielle, le brassage est réalisé par mise en rotation des pales à une vitesse de rotation pouvant aller de 3 à 20 tours par minute.
2.5 Unité de couplage
Pour supporter les puissances mises en œuvre (30 à 40 kW, voire lOOkW) dans la préparation d’un extrait riche en polyphénols par extraction d’une biomasse sèche avec un solvant aqueux, le dispositif de traitement comprend une unité de couplage 8. Cette unité de couplage 8 est positionnée entre le guide d’ondes 3 et la bouche d’entrée 121 située directement sur l’enceinte 1.
L’unité de couplage 8 permet de minimiser - dans un plan P contenant la bouche d’entrée 121 - le niveau de puissance des ondes réfléchies pour qu’il reste inférieur à 10 % max de la puissance des ondes incidentes émises par le générateur 4.
En référence aux figures 3 à 5, l’unité de couplage 8 comprend un module d’élargissement 81 configuré pour dilater la surface de transmission des ondes électromagnétiques entre l’enceinte 1 et le guide d’ondes 3, sans pour autant perdre le mode de propagation TE01 desdites ondes électromagnétiques. Ceci permet de limiter l’intensité du champ électrique produit par les ondes électromagnétiques au niveau de cette surface de transmission.
L’unité de couplage 8 comprend par ailleurs un module d’obturation 82 dimensionné pour tenir la mise en dépression ou en pression de l’enceinte 1 et éviter toute remontée d’humidité et tout risque de condensation dans le guide d’ondes 3. Il permet aussi de tenir la pression ou une dépression dans l’enceinte.
2.5.1 Module d’ élargissement
Le module d’élargissement 81 comprend :
Un conduit 811 rectangulaire destiné à être raccordé au guide d’onde 3, Une structure pyramidale 812 à sommet tronqué (ci-après dénommé «pyramide tronquée ») dans le prolongement du conduit rectangulaire 811 , la structure étant destinée à être raccordée au module d’obturation 82.
Les dimensions (Petit côté A, Grand côté A’) du conduit 811 rectangulaire en section transversale sont identiques aux dimensions du guide d’onde 3 en section transversale. Le conduit rectangulaire est creux et est réalisé en un matériau étanche aux ondes électromagnétiques, par exemple en matériau conducteur électrique (métal amagnétique) de type acier inoxydable ou aluminium. Le conduit 811 comprend une bride 813 rectangulaire à son extrémité opposée à la pyramide tronquée 812. Cette bride 813 est raccordée à celle du guide d’ondes 3 par boulonnage.
La pyramide tronquée 812 permet d’élargir la surface de transmission des ondes électromagnétiques tout en conservant leur mode de propagation de l’onde (TE01) et l’adaptation d’impédance (limitation de la puissance réfléchie dans ce plan). La pyramide tronquée 812 comprend :
Quatre parois latérales 814 définissant un volume interne,
Une lame séparatrice 815 dans le volume interne,
Une traverse 816 cylindrique dans le volume interne,
Une j upe annulaire 817.
Les quatre parois latérales 814 sont de forme trapézoïdale et sont soudées ensemble pour former la pyramide tronquée à base polygonale, notamment rectangulaire. Les bords opposés des quatre parois latérales 814 définissent :
Une petite base 8141 rectangulaire montée à l’extrémité du conduit 811 opposée à la bride 813 rectangulaire, et
Une grande base 8142 rectangulaire destinée à venir en regard du module d’obturation 82.
La petite base 8141 de la pyramide tronquée est fixée à l’extrémité du conduit 811 (opposée à la bride rectangulaire) par soudage ou brasage. La grande base 8142 est fixée à la jupe annulaire 817. Cette jupe annulaire 817 est destinée à être fixée au module d’obturation 82 par boulonnage, soudage et/ou brasage.
Les dimensions de la petite base 8141 sont identiques aux dimensions (Petit côté A, Grand côté A’) en section transversale du conduit 811. Les dimensions de la grande base 8142 définissent quant à elle une surface (surface de transmission) plus grande que la surface définie par les dimensions de la petite base 8141.
En particulier, si l’on considère que les ondes électromagnétiques émises par le générateur 4 se propagent dans un plan de propagation à l’intérieur du guide d’onde 3, alors :
La longueur A’ de la grande base 8142 est égale à la longueur A’ du conduit 811 (et donc du guide d’ondes 3), cette dimension étant perpendiculaire au plan de propagation des ondes électromagnétiques,
La largeur 2 A de la grande base 8142 est égale au double de la largeur A du conduit 811 (et donc du guide d’ondes 3), cette dimension étant parallèle au plan de propagation des ondes électromagnétiques.
Le fait que la longueur A’ soit conservée permet de conserver le mode TE01 de propagation des ondes électromagnétiques émises par le générateur 4. Le fait que la largeur 2A soit doublée permet d’augmenter la surface de transmission des ondes électromagnétiques et ainsi d’abaisser l’intensité de champ électrique.
La lame séparatrice 815 s’étend entre les faces internes d’une paire de parois latérales opposées (les parois latérales définissant la largeur de la pyramide tronquée), perpendiculairement au plan de propagation des ondes électromagnétiques. Elle est réalisée dans un matériau conducteur électrique (métal amagnétique) de type acier inoxydable, laiton ou aluminium, et peut présenter la même épaisseur que les parois du guide d’onde 3. Cette lame séparatrice 815 subdivise le volume interne défini entre les parois latérales en deux compartiments adjacents. La lame séparatrice 815 permet de fractionner le plan de propagation des ondes électromagnétiques en deux plans secondaires à l’intérieur des compartiments. Au niveau de la grande base 8142, les dimensions en section transversale de chacun des compartiments sont égales aux dimensions en section transversales du guide d’onde. Ainsi, la surface de transmission des ondes électromagnétiques est doublée au niveau de la grande base.
La traverse cylindrique 816 est montée entre les faces internes de la paire de parois latérales 814, sur le bord de la lame séparatrice 815 opposée à la grande base 8142. La traverse 816, et en particulier sa forme de cylindre, permet lors du fractionnement du plan de propagation de ne pas modifier le mode de propagation des ondes électromagnétiques tout en se préservant d’une création d’arc.
L’utilisation d’un outil de modélisation permet d’établir les cotes de fabrication du module d’élargissement 81 qui assurent une bonne adaptation d’impédance, et un fractionnement optimal des ondes électromagnétiques. Ces côtes sont notamment :
La longueur et la largeur en section transversale du conduit et de la pyramide tronquée, comme indiqué précédemment,
La hauteur de la pyramide tronquée (distance séparant les petite et grande bases), La distance séparant la traverse de la petite base de la pyramide tronquée.
On obtient, en sortie du module d’élargissement, une structure à deux voies propageant chacune des ondes électromagnétiques ayant une puissance égale à la moitié de la puissance des ondes électromagnétiques issues du générateur 4. Ceci permet de limiter les risques de formation d’arc électrique au niveau de la bouche d’entrée 121.
Cette solution permet de doubler, en sortie de la pyramide tronquée, la hauteur de passage des ondes électromagnétiques tout en maîtrisant le mode de propagation. L’intensité de champ est alors fortement abaissée au niveau de chacune des deux sorties de la pyramide tronquée.
2.5.2 Module d’obturation
Le module d’obturation 82 permet :
D’une part de rendre l’enceinte 1 étanche aux gaz au niveau de la bouche d’entrée 121, et D’autre part d’ajuster l’impédance dans l’unité de couplage 8 à l’impédance d’entrée de l’enceinte 1.
Le module d’obturation 82 comprend un caisson cylindrique 821, une platine 822, et une lentille mobile 823.
Le caisson cylindrique 821 s’étend entre la bouche d’entrée 121 de l’enceinte 1 et la grande base 8142 du module d’élargissement 81. Le matériau constituant le caisson est un matériau réfléchissant les ondes électromagnétiques, tel qu’un matériau amagnétique conducteur électriquement, par exemple de type acier inoxydable ou aluminium.
Le caisson cylindrique 821 assure une continuité métallique entre le module d’élargissement 81 et l’enceinte 1. Il permet la circulation des ondes électromagnétiques entre la pyramide tronquée 812 et la bouche d’entrée 121. Le caisson cylindrique 821 est configuré pour contenir la platine 822 et la lentille 823 mobile en translation. Plus précisément, la platine 822 s’étend au niveau de l’extrémité du caisson cylindrique 821 en contact avec l’enceinte 1, et la lentille mobile s’étend 823 entre les deux extrémités du caisson cylindrique 821.
La platine 822 est fixée sur la bouche d’entrée 121 pour fermer l’enceinte 1 afin de permettre la génération d’une dépression ou d’une pression dans l’enceinte 1. La platine 822 est non absorbante des ondes électromagnétiques (ou les absorbe faiblement). La platine 822 comporte par exemple un disque de Teflon® (ou éventuellement de quartz) monté perpendiculairement à la direction de propagation des ondes électromagnétiques.
L’épaisseur de la platine 822 est définie en fonction de la valeur de la dépression et de la pression susceptible d’être générée dans l’enceinte 1, et son diamètre est fonction des dimensions de la grande base 8142 dont la largeur 2A et la longueur A’ ont été déterminées par modélisation.
La lentille mobile 823 permet d’adapter l’impédance dans l’unité de couplage 8 à l’impédance d’entrée de l’enceinte 1 en tenant compte de la présence de l’obturateur 822. Les risques de formation d’arc électrique au niveau de la bouche d’entrée 121 sont ainsi limités. La lentille mobile 823 est réalisée dans un matériau non absorbant les ondes électromagnétiques, tel que du Teflon®.
La lentille mobile 823 est apte à se déplacer en translation à l’intérieur du caisson cylindrique 821 entre deux positions extrêmes, la lentille mobile 823 étant plus proche de la platine 822 dans l’une des positions extrêmes que dans l’autre des positions extrêmes. Ceci permet de faire varier la distance séparant la platine 822 de la lentille mobile 823, et ainsi de limiter les écarts d’impédances entre l’unité de couplage 8 et l’entrée de l’enceinte 1.
L’utilisation d’un outil de modélisation permet d’établir les cotes de fabrication du module d’obturation 81 qui assurent une minimisation de la quantité d’ondes électromagnétiques réfléchies par l’enceinte 1. Ces côtes sont notamment :
L’épaisseur « e » de la lentille mobile 823,
La distance « d » entre la lentille mobile 823 et la platine 822,
La hauteur « h » et le diamètre « D » intérieur du caisson cylindrique 821.
2.6 Conclusions
Le dispositif de traitement décrit précédemment présente l’avantage de satisfaire aux différentes normes pour la protection des personnes et des réseaux de communications, et notamment la norme EN 55011 pour la protection des réseaux de télécommunication dont les critères sont très stricts.
L’unité de couplage 8 décrite ci-dessus présente l’avantage d’être auto-adaptée en impédance. Cette unité de couplage 8 permet de limiter les risques de formation d’arc électrique au niveau de la bouche d’entrée 121 de l’enceinte 1. L’unité d’adaptation d’impédance 5 n’est principalement utilisée que pour tenir compte des variations d’impédance dues à l’évolution des caractéristiques diélectriques du mélange (biomasse sèche + solvant aqueux) au cours du traitement de ce mélange.
Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l’invention décrite précédemment sans sortir matériellement des nouveaux enseignements et des avantages présentés ici. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d’exécution, données à titre d’exemples non limitatifs, à partir des dessins annexés sur lesquels :
- La figure 1 est une représentation schématique générale d’un dispositif de traitement d’un produit par ondes électromagnétiques,
- La figure 2 est une représentation schématique d’un dispositif de traitement selon l’invention,
- La figure 3 est une représentation schématique d’une unité de couplage du dispositif de traitement illustré à la figure 2,
- La figure 4a est une représentation schématique en perspective d’un module d’élargissement de l’unité de couplage illustrée à la figure 3, - La figure 4b est une représentation schématique de face du module d’élargissement illustré à la figure 4a,
- La figure 5 est une représentation schématique d’un module d’obturation de l’unité de couplage illustrée à la figure 3.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de traitement d’une biomasse végétale, le dispositif de traitement comprenant :
Une enceinte (1) destinée à contenir la biomasse végétale à traiter, l’enceinte (1) comprenant une cloison inférieure (11), une cloison supérieure (12) et au moins une cloison latérale (13) s’étendant entre les cloisons supérieure et inférieure (11, 12), au moins l’une des cloisons (11, 12, 13) incluant une bouche d’entrée traversante (121), Un guide d’onde (3) raccordé à la bouche d’entrée traversante (121) pour la circulation, vers l’intérieur de l’enceinte (1), d’ondes électromagnétiques incidentes produites par un générateur (4),
Une unité d’adaptation d’impédance (5) configurée pour faire varier une impédance dans le guide d’ondes (3) afin de faire correspondre ladite impédance dans le guide d’ondes (3) à une impédance d’entrée de l’enceinte (1),
Une unité de brassage (7) pour brasser la biomasse végétale contenue dans l’enceinte (1), caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre une unité de couplage (8), montée entre l’enceinte (1) et le guide d’ondes (3), ladite unité de couplage comportant :
Un module d’élargissement (81) configuré pour dilater la surface de transmission des ondes électromagnétiques entre le guide d’ondes (3) et l’enceinte (1), et
Un module d’obturation (82) configuré pour fermer, de manière étanche aux gaz, la bouche d’entrée traversante (121).
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le module d’élargissement (81) comprend :
Un conduit (811) raccordé au guide d’onde (3), et
Une structure pyramidale (812) à sommet tronqué raccordée au module d’obturation (82), ladite structure s’étendant dans le prolongement du conduit rectangulaire (811).
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la structure pyramidale (812) comprend :
Quatre parois latérales (814) de forme trapézoïdale définissant une pyramide tronquée à base polygonale, notamment rectangulaire,
Une lame séparatrice (815) s’étendant entre des faces internes d’une paire de parois opposées parmi les quatre parois latérales (814), Une traverse (816) cylindrique s’étendant entre les faces internes de la paire de parois opposées.
4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel les quatre parois latérales (814) définissent
Une petite base (8141) rectangulaire fixée à l’extrémité du conduit (811), et
Une grande base (8142) rectangulaire destinée à venir en regard du module d’obturation (82), la longueur de la grande base (8142) rectangulaire étant égale à la longueur de la petite base (8141) rectangulaire, et la largeur de la grande base (8142) rectangulaire étant supérieure à la largeur de la petit base (8141) rectangulaire.
5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le conduit (811) comprend :
Un tube creux à profil rectangulaire réalisé en un matériau réfléchissant les ondes électromagnétiques, tel que de l’acier inoxydable ou de l’aluminium,
Une bride (813) rectangulaire à une extrémité du tube opposée à la pyramide tronquée (812), la bride (813) étant raccordée au guide d’ondes (3).
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le module d’obturation (82) comprend :
Un caisson cylindrique (821) fixé à l’enceinte par une première extrémité et fixé au module d’élargissement (81) par une deuxième extrémité, ledit caisson étant réalisé dans un matériau réfléchissant les ondes électromagnétiques, tel que de l’acier inoxydable ou de l’aluminium, et
Une platine (822) fixée sur la première extrémité du caisson cylindrique (821), et montée de manière étanche aux gaz sur la bouche d’entrée traversante (121), ladite platine étant réalisée dans un matériau transparent aux ondes électromagnétiques tel que du Téflon®.
7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel le module d’obturation (82) comprend en outre une lentille mobile (823) logée dans le caisson cylindrique (821), ladite lentille étant apte à se déplacer en translation le long d’un axe de révolution du caisson cylindrique (821) entre deux positions extrêmes faire varier la distance séparant la platine (822) de la lentille mobile (823).
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CN106925195A (zh) * 2015-12-31 2017-07-07 中国石油天然气股份有限公司 一种水热法制备粉体材料的装置
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