FR3117042A1 - Dispositif de distillation présentant une consommation énergétique réduite - Google Patents

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Abstract

Dispositif de distillation présentant une consommation énergétique réduite L'invention a pour objet un dispositif de distillation qui comprend : une chaudière (40) contenant un liquide à distiller (42) et générant des vapeurs d’alcool,un réfrigérant (52) contenant un premier fluide utilisé pour condenser les vapeurs d’alcool et refroidir les distillats,au moins un premier système de chauffe (44) configuré pour chauffer le liquide à distiller (42) à l’intérieur de la chaudière (40),au moins un deuxième système de chauffe (124) configuré pour chauffer le liquide à distiller (42) à l’extérieur de la chaudière (40),au moins un premier échangeur thermique (78) pour assurer des échanges thermiques entre le premier fluide caloporteur du système réfrigérant (52) et un deuxième fluide caloporteur utilisé par le premier système de chauffe (44) et/ou le deuxième système de chauffe (124). Figure 10

Description

Dispositif de distillation présentant une consommation énergétique réduite
La présente demande se rapporte à un dispositif de distillation présentant une consommation énergétique réduite.
Selon un mode de réalisation visible sur la ou dans le document FR2557990 A1, un dispositif de distillation tel qu’un alambic charentais comprend une chaudière 10 configurée pour contenir un liquide à distiller, un brûleur à gaz 12 disposé sous la chaudière 10, un tour à feu 14 entourant la chaudière et configuré pour évacuer les gaz brûlés issus de la combustion vers un conduit d’évacuation 16, un chapiteau 18 surmontant la chaudière 10 au niveau duquel s’opèrent des phénomènes de condensation et de reflux, un col de cygne 20 collectant les vapeurs d’alcool sortant du chapiteau 18 et les acheminant vers un serpentin 22 positionné dans un système réfrigérant 24.
Le système réfrigérant 24 comprend un bac 26 contenant de l’eau dans laquelle le serpentin 22 est immergé. Les fluides s’écoulant de haut en bas dans le serpentin 22, le système réfrigérant 24 permet d’obtenir la condensation des vapeurs d’alcool dans la partie supérieure du serpentin 22 et le refroidissement des distillats dans la partie inférieure du serpentin 22. Comme illustré sur la , le système réfrigérant 24 comprend une alimentation en eau froide 24.1 en partie inférieure du système réfrigérant 24 et une sortie d’eau chaude 24.2 en partie supérieure du système réfrigérant 24. L’eau présente une température de l’ordre de 7 à 10 °C au niveau de l’alimentation en eau froide 24.1 et une température de l’ordre de 80 à 85°C au niveau de la sortie d’eau chaude 24.2. Le bac 26 du système réfrigérant 24 est ouvert en partie supérieure et surmonté d’une cheminée 28 pour évacuer les vapeurs d’eau.
Un système de refroidissement de l’eau (non représenté) est associé au réfrigérant pour permettre de réduire la température de l’eau à environ 8 ou 10°C.
Selon ce mode de réalisation, la distillation nécessite une quantité d’énergie importante pour assurer le fonctionnement du brûleur à gaz 12 afin de provoquer l’ébullition du liquide à distiller ainsi que le fonctionnement du système de refroidissement afin de refroidir l’eau du système réfrigérant 24.
Afin de réduire la quantité de chaleur et le temps nécessaires pour provoquer l’ébullition du liquide à distiller, le dispositif de distillation comprend également un réservoir à vin 30, également appelé réchauffe vin, traversé par le col de cygne 20 et permettant de réchauffer le liquide à distiller préalablement à son introduction dans la chaudière 10.
Pour améliorer le rendement énergétique, le document FR3033026 A1 décrit un brûleur à gaz amélioré. Pour augmenter les échanges entre la chaudière et les gaz brûlés, le document FR3033025 A1 propose un tour à feu 14 présentant au moins deux étages. Pour réduire les déperditions thermiques au niveau du tour à feu, le document FR3033027 A1 décrit un tour à feu avec une isolation renforcée.
Malgré ces différentes améliorations, un dispositif de distillation consomme une quantité d’énergie importante pour porter à ébullition, distiller le liquide et pour refroidir l’eau du système réfrigérant.
La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur.
A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de distillation comprenant une chaudière configurée pour contenir un liquide à distiller, au moins un premier système de chauffe configuré pour chauffer le liquide à distiller à l’intérieur de la chaudière, un conduit de collecte configuré pour collecter des vapeurs d’alcool émanant de la chaudière, un système réfrigérant contenant un premier fluide caloporteur, un conduit de refroidissement relié au conduit de collecte et immergé dans le premier fluide caloporteur ainsi qu’un système de refroidissement configuré pour refroidir le premier fluide caloporteur contenu dans le système réfrigérant.
Selon l’invention, le dispositif de distillation comprend au moins un deuxième système de chauffe configuré pour chauffer le liquide à distiller à l’extérieur de la chaudière ainsi qu’au moins un premier échangeur thermique pour assurer des échanges thermiques entre le premier fluide caloporteur du système réfrigérant et un deuxième fluide caloporteur utilisé par le premier système de chauffe et/ou le deuxième système de chauffe.
Le dispositif de distillation selon l’invention permet de récupérer la chaleur latente, générée par la condensation des vapeurs d’alcool dans le système réfrigérant, qui était perdue dans les dispositifs de distillation de l’art antérieur et qui est utilisée pour chauffer le liquide à distiller selon l’invention. Le fait de prévoir des premier et deuxième systèmes de chauffe différents permet d’optimiser la chauffe du liquide à distiller en choisissant le ou les systèmes de chauffe le ou les plus adaptés.
Selon une autre caractéristique, le premier échangeur thermique comprend, pour le premier fluide caloporteur, une première entrée reliée à au moins une sortie du système réfrigérant et une première sortie reliée à au moins un retour du système réfrigérant ainsi que pour le deuxième fluide caloporteur, une deuxième sortie et une deuxième entrée.
En complément, le dispositif de distillation comprend un deuxième échangeur thermique comportant, pour le premier fluide caloporteur, une première entrée et une première sortie, ainsi que pour le deuxième fluide caloporteur, une deuxième entrée reliée à la deuxième sortie du premier échangeur thermique et une deuxième sortie reliée à au moins une alimentation du premier système de chauffe.
Cet agencement permet de l’amorçage de la chauffe du liquide à distiller.
Selon une autre caractéristique, le dispositif de distillation comprend au moins un premier circuit pour le liquide à distiller qui comporte un piquage de sortie débouchant dans la chaudière et un piquage de retour débouchant dans la chaudière, au moins un deuxième circuit reliant la deuxième sortie du deuxième échangeur thermique ou la deuxième sortie du premier échangeur thermique et la deuxième entrée du premier échangeur thermique ainsi qu’un troisième échangeur thermique traversé par les premier et deuxième circuits et configuré pour assurer des échanges thermiques entre le liquide à distiller et le deuxième fluide caloporteur.
Cet agencement permet de pouvoir chauffer le liquide à distiller à l’extérieur de la chaudière.
Selon une autre caractéristique, le dispositif de distillation comprend un jeu de vannes configuré pour moduler les flux du deuxième fluide caloporteur orientés vers le premier système de chauffe et/ou vers le troisième échangeur thermique. Cet agencement permet de pouvoir répartir la chaleur récupérée du premier fluide caloporteur vers les premier et/ou deuxième systèmes de chauffe.
Selon une autre caractéristique, le premier système de chauffe utilisant le deuxième fluide caloporteur comprend plusieurs canalisations, plaquées contre au moins une paroi de la chaudière, pouvant être reliées en série ou en parallèle, chaque canalisation étant alimentée en deuxième fluide caloporteur indépendamment les unes des autres.
Cet agencement permet de pouvoir ajuster les zones chauffées de la chaudière.
Selon une autre caractéristique, le système réfrigérant comprend un réservoir contenant le premier fluide caloporteur et comportant une cloison le scindant en une chambre supérieure positionnée au-dessus de la cloison et une chambre inférieure positionnée au-dessous de la cloison.
Selon une autre caractéristique, le conduit de refroidissement du système réfrigérant est un serpentin comportant un secteur d’entrée, comprenant une entrée du serpentin reliée à la chaudière, positionné dans la chambre supérieure, au moins un secteur intermédiaire, un secteur de sortie, comprenant une sortie du serpentin, positionné dans la chambre inférieure, ainsi qu’au moins un système de raccordement configuré pour occuper au moins un état dans lequel au moins trois secteurs sont raccordés en série et au moins un état dans lequel au moins un secteur intermédiaire est court-circuité.
Cet agencement permet de pouvoir moduler la quantité de chaleur échangée entre le premier fluide caloporteur et les vapeurs et/ou distillats du liquide à distiller.
Selon une autre caractéristique, le dispositif de distillation comprend un système de régulation de la température du premier fluide caloporteur distinct du conduit de refroidissement.
Selon une configuration, le système de régulation de la température du premier fluide caloporteur comprend au moins un quatrième échangeur thermique configuré pour assurer des échanges thermiques entre le premier fluide caloporteur et au moins un troisième fluide caloporteur, positionné de préférence à l’extérieur du réservoir.
Le système de régulation de la température du premier fluide caloporteur peut également comprendre un appareil de chauffage configuré pour chauffer le premier fluide caloporteur.
Selon un agencement, le dispositif de distillation comprend des canalisations et des jeux de vannes configurées pour occuper un premier état dans lequel le système réfrigérant communique avec le premier échangeur thermique ainsi qu’un deuxième état dans lequel le système réfrigérant est court-circuité, le ou les systèmes de régulation de la température du premier fluide caloporteur étant positionnés de manière à communiquer avec le premier échangeur thermique quel que soit l’état des jeux de vannes.
Lors d’une phase de démarrage du dispositif de distillation, cet agencement permet de réduire la quantité de premier fluide caloporteur à réchauffer et d’accélérer ainsi sa montée en température.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description de l’invention qui va suivre, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés parmi lesquels :
est une représentation schématique d’un dispositif de distillation qui illustre un mode de réalisation de l’art antérieur,
est une représentation schématique d’un dispositif de distillation qui illustre un mode de réalisation,
est une coupe d’une partie d’une chaudière qui illustre un mode de réalisation,
est une coupe d’une partie chaudière qui illustre un autre mode de réalisation,
est une coupe d’une partie chaudière qui illustre un autre mode de réalisation,
est une représentation schématique d’un dispositif de distillation comportant un échangeur thermique entre un système réfrigérant et une chaudière qui illustre un mode de réalisation,
est une représentation schématique d’un dispositif de distillation comportant un échangeur thermique entre un système réfrigérant et une chaudière qui illustre un autre mode de réalisation,
est une section transversale d’un col de cygne qui illustre un mode de réalisation,
est une coupe verticale d’un chapiteau qui illustre un mode de réalisation,
est une représentation schématique d’un dispositif de distillation comportant un échangeur thermique entre un système réfrigérant et une chaudière qui illustre un mode de réalisation de l’invention,
est une représentation schématique d’un système réfrigérant illustrant un mode de réalisation de l’invention,
est une représentation schématique d’un dispositif de distillation comportant un échangeur thermique entre un système réfrigérant et une chaudière qui illustre un autre mode de réalisation de l’invention.
Selon différents modes de réalisation visibles sur les figures 2, 6, 7, 10 et 12, un dispositif de distillation comprend une chaudière 40 configurée pour contenir un liquide à distiller 42, au moins un premier système de chauffe 44 configuré pour chauffer le liquide à distiller 42, un chapiteau 46 surmontant la chaudière 40, un col de cygne 48 configuré pour collecter les vapeurs d’alcool sortant du chapiteau 46 et les acheminer vers un serpentin 50 positionné dans un système réfrigérant 52 contenant un premier fluide caloporteur. Ce type de dispositif de distillation est connu sous le nom d’alambic charentais et sert à produire du cognac.
En fonctionnement, le serpentin 50 comprend un premier tronçon 50.1 au niveau duquel les vapeurs d’alcool se condensent et un deuxième tronçon 50.2 au niveau duquel s’écoulent et sont refroidis les distillats issus de la condensation des vapeurs d’alcool.
La chaudière 40 comprend un fond 54 et un dôme 56 (également appelé collet) présentant une ouverture 58 permettant de faire communiquer l’intérieur de la chaudière 40 avec l’intérieur du chapiteau 46.
Selon un mode de réalisation, le fond 54 et le dôme 56 ont chacun une forme approximativement en demi-sphère et la chaudière 40 comprend une paroi latérale 60 approximativement cylindrique intercalée entre le fond 54 et le dôme 56 et les reliant. A titre d’exemple, le fond 54 présente un bord supérieur 54.1, approximativement circulaire, positionné dans un plan sensiblement horizontal, qui présente un diamètre compris entre 600 et 2000 mm. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à cette géométrie ou à ces dimensions pour la chaudière 40.
Selon un mode de réalisation visible sur les figures 3 à 5, le fond 54 comprend au moins une paroi 62 en contact avec le liquide à distiller 42 en fonctionnement.
La paroi 62 comprend une première couche interne 62.1 en un premier matériau et une deuxième couche externe 62.2 en un deuxième matériau, différent du premier matériau, choisi pour ses caractéristiques mécaniques ; les première et deuxième couches 62.1, 62.2 étant intimement liées afin de favoriser les transferts thermiques entre elles, comme illustré sur les figures 3 à 5.
La première couche interne 62.1 est en contact avec le liquide à distiller 42 en fonctionnement.
Selon un mode de réalisation, le premier matériau est un alliage de cuivre ou du cuivre, de préférence avec un niveau de pureté élevé de l’ordre de 99,9%. A titre d’exemple, le premier matériau peut être choisi parmi les nuances de cuivre suivantes : CUB1, CUC1.
Selon un mode de réalisation, le deuxième matériau est un acier inoxydable, de préférence ferromagnétique. A titre d’exemple, le deuxième matériau peut être choisi parmi les nuances suivantes : inox 304, inox 316L, inox 410S.
Selon une configuration, la première couche interne 62.1 a une épaisseur comprise entre 1 et 10 mm, de préférence comprise entre 1 et 6 mm. La deuxième couche externe 62.2 a une épaisseur comprise entre 1 et 20 mm, cette épaisseur variant en fonction du premier système de chauffe 44.
Selon un mode opératoire, les première et deuxième couches interne et externe 62.1, 62.2 sont assemblées grâce à une technique de placage par explosion sous vide, également appelée « cladding » en anglais, pour obtenir une liaison métallurgique entre les couches interne et externe 62.1, 62.2 qui ne forment plus qu’une unique pièce sous la forme d’une paroi composite métallique. Cette opération de placage par explosion sous vide permet d’éviter un délaminage entre les première et deuxième couches 62.1, 62.2 lors de l’étape de mise en forme. Pour éviter tout phénomène de délaminage, la paroi 62 présente généralement une géométrie qui ne comprend pas de rayon de courbure trop réduit.
Selon ce procédé de fabrication, la paroi 62 comprend une face interne en cuivre qui permet d’obtenir les caractéristiques organoleptiques recherchées et certaines interactions chimiques avec le liquide à distiller 42 comme avec les chaudières de l’art antérieur totalement en cuivre. Le fait que la paroi 62 soit en bi-matériau permet, à épaisseur égale, d’obtenir des caractéristiques mécaniques supérieures à une paroi 62 mono-matériau en cuivre. Enfin, l’opération de placage par explosion permet d’obtenir des première et deuxième couches 62.1, 62.2 intimement liées garantissant un transfert thermique optimal entre lesdites première et deuxième couches 62.1, 62.2.
Selon un mode de réalisation, le fond 54 et la paroi latérale 60 comprennent chacun une paroi 62 qui présente une première couche 62.1 en un premier matériau, comme le cuivre par exemple, en contact avec le liquide à distiller 42 en fonctionnement, et une deuxième couche 62.2 en un deuxième matériau, comme en acier inoxydable par exemple.
Selon un autre mode de réalisation, seul le fond 54 comprend une paroi 62 qui présente une première couche 62.1 en un premier matériau, comme le cuivre par exemple, en contact avec le liquide à distiller 42 en fonctionnement, et une deuxième couche 62.2 en un deuxième matériau, comme en acier inoxydable par exemple. Selon un autre mode de réalisation, seule la paroi latérale 60 comprend une paroi 62 qui présente une première couche 62.1 en un premier matériau, comme le cuivre par exemple, en contact avec le liquide à distiller 42 en fonctionnement, et une deuxième couche 62.2 en un deuxième matériau, comme en acier inoxydable par exemple.
Selon un mode de réalisation visible sur la , le dispositif de distillation comprend plusieurs premiers systèmes de chauffe 44, 44’ de différentes natures, comme par exemple un premier système de chauffe 44 utilisant au moins un deuxième fluide caloporteur et un autre premier système de chauffe 44’ utilisant au moins un champ magnétique. Selon une configuration, le premier système de chauffe 44 utilisant un deuxième fluide caloporteur est prévu au niveau du fond 54 et l’autre premier système de chauffe 44’ utilisant au moins un champ magnétique est prévu au niveau de la paroi latérale 60.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à cet agencement. Ainsi, la chaudière 40 pourrait comprendre d’autres systèmes de chauffe, comme par exemple un brûleur à gaz. Elle pourrait comprendre un unique premier système de chauffe 44 ou plusieurs premiers systèmes de chauffe 44 de même nature, comme illustré sur la . Toutefois, le fait de prévoir plusieurs systèmes de chauffe de différentes natures, utilisant des principes physiques différents, permet d’obtenir un mode de fonctionnement optimisé.
Selon un mode de réalisation visible sur les figures 3 et 5, le premier système de chauffe 44’ utilisant au moins un champ magnétique comprend au moins un inducteur, comme par exemple une bobine enroulée autour de la chaudière 40, notamment autour de la paroi latérale 60 ou positionnée au niveau du fond 54.
Selon un mode de réalisation visible sur les figures 3 et 4, le premier système de chauffe 44 utilisant un deuxième fluide caloporteur comprend au moins une canalisation 64 plaquée contre la paroi 62, une alimentation 66.1 pour alimenter en deuxième fluide caloporteur chaud le premier système de chauffe 44 et une sortie 66.2 pour évacuer le deuxième fluide caloporteur refroidi. Selon une configuration, la canalisation 64 se présente sous la forme d’un échangeur thermique de type serpentin, dans lequel circule le deuxième fluide caloporteur sous pression, plaqué contre la face extérieure de la paroi 62, relié à une première extrémité à une alimentation 66.1 et à une deuxième extrémité à une sortie 66.2.
Selon la , la chaudière 40 est de type double paroi et comprend une première paroi 62 bi-matériau qui s’étend au niveau du fond 54 et de la paroi latérale 60 ainsi qu’une deuxième paroi 68 espacée de la première paroi 62 de manière à définir une cavité 70 contenant le deuxième fluide caloporteur et présentant au moins une alimentation pour alimenter en deuxième fluide caloporteur chaud le premier système de chauffe 44 et une sortie pour évacuer le deuxième fluide caloporteur refroidi. Les première et deuxième parois 62, 68 forment une double enveloppe contenant le deuxième fluide caloporteur sous pression.
Selon un mode de réalisation, le fond 54 comprend une deuxième paroi 68 espacée de la première paroi 62 et une paroi périphérique de jonction 72 reliant les première et deuxième parois 62 et 68 de manière étanche. Les première et deuxième parois 62, 68 ainsi que la paroi périphérique de jonction 72 délimitent une cavité 70 dans laquelle circule un deuxième fluide caloporteur, comme par exemple de la vapeur d’eau, de l’eau sous pression, de l’eau surchauffée ou du gaz sous pression.
Le fond 54 peut comprendre des cloisons ou des raidisseurs positionnés dans la cavité 70, reliant les première et deuxième parois 62 et 68 de manière à limiter les risques de déformation desdites parois 62, 68 et/ou de manière à définir un chemin de circulation du deuxième fluide caloporteur entre une alimentation et une sortie de fluide.
La deuxième paroi 68 positionnée à l’extérieur est réalisée en acier inoxydable.
Selon une application, le fluide caloporteur est un fluide sous pression, les première et deuxième parois 62, 68 et leur assemblage étant configurés pour assurer la reprise des efforts liés à une pression supérieure à 3 bars dans la cavité 70, de préférence comprise entre 0 et 20 bars. A titre d’exemple, dans le cas d’une vapeur, la pression sera de l’ordre de 3 bars et dans le cas d’un gaz, elle pourra atteindre 15 bars selon le type de gaz.
Bien entendu, la double paroi n’est pas limitée au fond 54. Ainsi, la paroi latérale 60 pourrait comprendre des première et deuxième parois 62, 68 délimitant une cavité 70 contenant un deuxième fluide caloporteur.
Selon un mode de réalisation visible sur la , le premier système de chauffe 44 utilisant un deuxième fluide caloporteur comprend plusieurs canalisations 64, 64’, plaquées contre au moins l’une des parois 62 de la chaudière 40 formant le fond 54 et la paroi latérale 60, qui peuvent être reliées en série ou en parallèle. Selon une configuration, chaque canalisation 64, 64’ est alimentée en deuxième fluide caloporteur indépendamment les unes des autres. Ce mode de réalisation permet de chauffer, indépendamment les unes des autres, différentes zones de la chaudière 40. A titre d’exemple, il est possible de chauffer uniquement le fond 54 ou une partie du fond 54, uniquement la paroi latérale 60 ou une partie de la paroi latérale 60, certaines parties du fond 54 et de la paroi latérale 60, tout le fond 54 et toute la paroi latérale 60 ou aucun des deux. Ainsi, il est possible de moduler la puissance de chauffe.
La chaudière 40 peut comprendre un unique premier système de chauffe 44, plusieurs premiers systèmes de chauffe 44 de même nature, plusieurs premiers systèmes de chauffe 44, 44’ de natures différentes, le ou les système(s) de chauffe pouvant être positionné(s) uniquement au niveau du fond 54 ou au niveau du fond 54 et de la paroi latérale 60 ou uniquement au niveau de la paroi latérale 60.
Selon un mode de réalisation, la chaudière 40 comprend au moins un isolant thermique configuré pour calorifuger la chaudière 40 afin de limiter les déperditions thermiques. Ainsi, la quantité de chaleur transférée entre chaque premier système de chauffe 44 et le liquide à distiller 42 est optimisée.
Selon un mode de réalisation, la chaudière 40 comprend une alimentation 74 en liquide à distiller 42 et une vidange 76.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier fluide caloporteur du système réfrigérant 52 est utilisé pour chauffer la chaudière 40, comme illustré sur la .
Le dispositif de distillation comprend au moins un échangeur thermique 78 pour assurer des échanges thermiques entre le premier fluide caloporteur du système réfrigérant 52 et le deuxième fluide caloporteur d’un premier système de chauffe 44 de la chaudière 40.
Selon un mode de réalisation visible sur les figures 2, 6, 7, 10 et 12, l’échangeur thermique 78 comprend une pompe à chaleur fonctionnant à très haute température présentant, dans le sens de circulation d’un fluide frigorigène, un évaporateur dans lequel circule le premier fluide caloporteur du système réfrigérant 52, un compresseur qui augmente la pression et la chaleur du fluide frigorigène, un condenseur dans lequel circule le deuxième fluide caloporteur et un détendeur qui diminue la pression.
Le dispositif de distillation comprend :
  1. un premier circuit isolé thermiquement dans lequel s’écoule le premier fluide caloporteur reliant :
    1. une première entrée 80.1 de l’échangeur thermique 78 et au moins une sortie 52.1 du système réfrigérant 52 au niveau de laquelle s’écoule le premier fluide caloporteur à une température comprise entre 85 et 100°C,
    2. une première sortie 80.2 de l’échangeur thermique 78 et au moins un retour 52.2 du système réfrigérant 52 au niveau de laquelle s’écoule le premier fluide caloporteur à une température comprise entre 70 et 85°C,
  2. un deuxième circuit isolé thermiquement dans lequel s’écoule le deuxième fluide caloporteur reliant :
    1. une deuxième sortie 82.1 de l’échangeur thermique 78 et au moins une alimentation 66.1 d’un premier système de chauffe 44 au niveau de laquelle s’écoule le deuxième fluide caloporteur à une température comprise entre 110°C et 150°C,
    2. une deuxième entrée 82.2 de l’échangeur thermique 78 et au moins une sortie 66.2 du premier système de chauffe 44 au niveau de laquelle s’écoule le deuxième fluide caloporteur à une température comprise entre 90 et 130°C.
Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième fluides caloporteurs sont de l’eau. La pompe à chaleur à très haute température a un coefficient de performance supérieur à 3. Le premier circuit et/ou le deuxième circuit peut comprendre au moins une pompe de circulation 84.
Selon l’invention, la chaleur récupérée lors de la condensation des vapeurs d’alcool et/ou dégagée lors du refroidissement des distillats dans le serpentin 50 est utilisée pour chauffer le liquide à distiller 42 dans la chaudière 40. L’utilisation d’une pompe à chaleur permet d’accroître la quantité de chaleur restituée au premier système de chauffe 44 par rapport à la quantité de chaleur extraite du système réfrigérant 52.
Selon une configuration, les vapeurs d’alcool et les distillats s’écoulant de haut en bas dans le serpentin 50, la sortie 52.1 est positionnée plus haute que le retour 52.2.
Selon une caractéristique, le système réfrigérant 52 comprend un réservoir 86 fermé, contenant le premier fluide caloporteur, qui présente un premier orifice 87.1 en partie supérieure pour permettre le passage d’un tronçon de conduit du col de cygne 48 relié à une extrémité amont du serpentin 50 et un deuxième orifice 87.2 en partie inférieure traversé par une extrémité aval du serpentin 50.
Selon des modes de réalisation visibles sur les figures 6,7, 10, 11 et 12, ce réservoir 86 comprend une cloison 88 le scindant en une chambre supérieure 86.1 positionnée au-dessus de la cloison 88 et une chambre inférieure 86.2 positionnée au-dessous de la cloison 88, cette dernière étant traversée par le serpentin 50.
Selon un mode de réalisation, au moins la chambre supérieure 86.1 est calorifugée. Selon un autre mode de réalisation tout le réservoir 86 est calorifugé.
Selon une configuration, la cloison 88 est positionnée par rapport au serpentin 50 de sorte que le premier tronçon 50.1 du serpentin 50 au niveau duquel se condensent les vapeurs d’alcool soit positionné au-dessus de la cloison 88 et que le deuxième tronçon 50.2 du serpentin 50 soit positionné au-dessous de la cloison 88.
Selon une configuration, le premier fluide caloporteur utilisé dans l’échangeur thermique 78 est celui présent dans la chambre supérieure 86.1. Ainsi, le réservoir 86 présente la sortie 52.1 du premier fluide caloporteur reliée à l’échangeur thermique 78 débouchant en partie supérieure de la chambre supérieure 86.1 et le retour 52.2 du premier fluide caloporteur relié à l’échangeur thermique 78 débouchant en partie inférieure de la chambre supérieure 86.1.
Le fait de prévoir un réservoir 86 fermé et calorifugé au moins au niveau de la chambre supérieure 86.1 limite les déperditions thermiques et l’évaporation du premier fluide caloporteur, ce qui conduit à optimiser la collecte de la chaleur latente produite lors de la condensation des vapeurs d’alcool et utilisée pour le chauffage de la chaudière 40.
La présence de la cloison 88 permet de scinder le premier fluide caloporteur en deux volumes ; un premier volume, présent dans la chambre supérieure 86.1 et circulant dans le premier circuit, utilisé pour provoquer la condensation des vapeurs d’alcool, pour collecter la chaleur produite par cette condensation et la transférer jusqu’à l’échangeur thermique 78 ainsi qu’un deuxième volume, présent dans la chambre inférieure 86.2, utilisé pour refroidir le distillat circulant dans le deuxième tronçon du serpentin 50.
Ainsi, le volume du premier fluide caloporteur prévu dans la chambre supérieure 88.1 est distinct de celui du fluide caloporteur prévu dans la chambre inférieure 88.2, les fluides caloporteurs prévus dans les chambres supérieure et inférieure 88.1, 88.2 pouvant avoir des compositions différentes ou les mêmes compositions.
Le fait de prévoir une cloison 88 permet d’éviter le brassage du fluide caloporteur dans la chambre inférieure 86.2 en raison du retour 52.2 du premier fluide caloporteur dans la chambre supérieure 86.1.
Comme pour l’art antérieur, le col de cygne 48 comprend un conduit 90, pour canaliser les vapeurs d’alcool, qui s’étend du chapiteau 46 jusqu’au serpentin 50 et qui traverse le réservoir 86. Ce conduit 90 peut traverser un réchauffe vin (non représenté).
Selon une caractéristique visible sur les figures 7 et 8, le col de cygne 48 comprend, en plus du conduit 90, un isolant thermique 92 qui entoure le conduit 90 sur au moins une certaine longueur allant du chapiteau 46 jusqu’au réservoir 86, à l’exception de l’éventuel tronçon du conduit 90 positionné dans le réchauffe vin. Selon la configuration visible sur la , l’isolant thermique 92 s’étend du chapiteau 46 jusqu’au réservoir 86.
La présence de l’isolant thermique 92 permet de limiter les déperditions thermiques au niveau du col de cygne 48. Ainsi, les déperditions de chaleur qui apparaissaient au niveau du col de cygne 48 dans les dispositifs de l’art antérieur sont transférées dans le réservoir 86 et transmises au premier fluide caloporteur.
Pour certains procédés de distillation, un phénomène de rectification est réalisé dans le col de cygne 48. Dans ce cas, au moins une partie du col de cygne 48, notamment celle proche du chapiteau 46, avant le point haut du col de cygne 48, est thermorégulée et l’isolant thermique 92 est associé à un système de refroidissement 93. Selon une configuration, le système de refroidissement 93 utilise le premier fluide caloporteur qui est prélevé dans la chambre supérieure 86.1 à une hauteur donnée, en fonction de la température souhaitée. Après son utilisation pour le refroidissement de la partie du col de cygne 48 thermorégulée, le premier fluide caloporteur est réinjecté dans la chambre supérieure 86.1 car il a une température supérieure à celle qu’il présentait à son prélèvement. Par conséquent, ce système de refroidissement contribue à apporter des calories dans la chambre supérieure 86.1, comme symbolisé par la flèche 93 sur la . Un circulateur peut être utilisé pour moduler le temps de contact du premier fluide caloporteur avec la partie du col de cygne 48 thermorégulée.
Enfin, la thermorégulation du col de cygne 48 peut utiliser un autre fluide caloporteur, indépendant du système réfrigérant 52.
Selon un mode de réalisation visible sur la , le chapiteau 46 comprend au moins une cavité 94 communiquant, en partie inférieure, avec la chaudière 40 et, en partie supérieure, avec le col de cygne 48. Cette cavité 94 est délimitée par une enveloppe 96. La géométrie et les dimensions de l’enveloppe 96 ne sont pas plus décrites car elles varient en fonction des phénomènes de condensation et de reflux recherchés. Elles peuvent être identiques à celles des chapiteaux de l’art antérieur.
Généralement, cette enveloppe 96 est en cuivre ou en alliage de cuivre.
Selon une particularité illustrée par la , le chapiteau 46 est thermorégulé et comprend, en plus de l’enveloppe 96, au moins un système de régulation de la température de l’enveloppe 96. Selon un mode de réalisation, le chapiteau 46 comprend au moins un système de refroidissement 98 de l’enveloppe 96. Selon une configuration, chaque système de refroidissement 98 est plaqué contre l’enveloppe 96, l’ensemble étant recouvert d’un isolant thermique 100 pour limiter les déperditions thermiques.
A titre d’exemple, le chapiteau 46 peut comprendre au moins un système de refroidissement 98 configuré pour refroidir au moins une zone de l’enveloppe 96.
Le fait que le chapiteau 46 soit thermorégulé permet de mieux contrôler les phénomènes de condensation et/ou de reflux à l’intérieur du chapiteau 46.
Selon un mode de réalisation, le chapiteau 46 comprend au moins un système de refroidissement 98 utilisant un fluide caloporteur. Le premier fluide caloporteur présent dans le système réfrigérant 52 peut être utilisé pour réguler la température de l’enceinte 96 du chapiteau 46.
Selon une autre particularité, le dôme 56 est thermorégulé afin de mieux maîtriser les phénomènes de condensation et/ou de reflux, de la même manière que le chapiteau 46.
Quelle que soit la zone thermorégulée, le réservoir 86 peut présenter plusieurs piquages 99 à différentes hauteurs de la chambre supérieure 86.1 pour prélever le premier fluide caloporteur à différentes températures.
Ainsi, selon un mode de réalisation, le chapiteau 46 et/ou au moins une partie du col de cygne 48 et/ou le dôme 56 de la chaudière 40 sont calorifugés et/ou thermorégulés.
Comme illustré sur la , le dispositif de distillation comprend un système de refroidissement 102 pour refroidir le fluide caloporteur du système réfrigérant 52. Ce système de refroidissement 102 comprend une entrée 102.1, reliée à une sortie 104.1 du système réfrigérant 52, et une sortie 102.2 reliée à un retour 104.2 du système de réfrigérant 52.
Lorsque le système réfrigérant 52 comprend un réservoir 86 équipé d’une cloison 88, le fluide caloporteur refroidi par le système de refroidissement 102 est présent dans la chambre inférieure 86.2 du réservoir. Selon cette configuration, le retour 104.2 et la sortie 104.1 du système réfrigérant 52 débouchent respectivement en partie inférieure et en partie supérieur de la chambre inférieure 86.2.
Selon une particularité, le système de refroidissement 102 utilise un refroidissement par adsorption. Cette solution permet de réduire la quantité d’énergie nécessaire pour refroidir le fluide caloporteur du système réfrigérant 52.
Selon un mode de réalisation visible sur les figures 7 et 10, le dispositif de distillation comprend un système de by-pass 106 du système réfrigérant 52 et une boucle de démarrage 108. Selon une configuration, le système de by-pass 106 comprend une première vanne trois voies 110 qui présente une première entrée 110.1 reliée à la sortie 52.1 du système réfrigérant 52, une deuxième entrée 110.2 et une sortie 110.3 reliée à la pompe 84 ou à la première entrée 80.1 de l’échangeur thermique 78 ainsi qu’une deuxième vanne trois voies 112 qui présente une entrée 112.1 reliée à la première sortie 80.2 de l’échangeur thermique 78 ou à une cuve d’inertie 114, une première sortie 112.2 reliée au retour 52.2 du système réfrigérant 52 et une deuxième sortie 112.3 reliée à la deuxième entrée 110.2 de la première vanne trois voies 110 via un conduit by-pass 116. La boucle de démarrage 108 comprend un deuxième échangeur thermique 118 configuré pour assurer des échanges thermiques entre le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur ou le gaz sous pression de l’échangeur thermique 78. Le deuxième échangeur thermique 118 présente, pour le premier fluide caloporteur, une première entrée 118.1 reliée à une troisième vanne trois voies 120 intercalée entre la première vanne trois voies 110 et l’échangeur thermique 78 ainsi qu’une première sortie 118.2 reliée à une quatrième vanne trois voies 122 intercalée entre la troisième vanne trois voies 120 et l’échangeur thermique 78, ainsi que pour le deuxième fluide caloporteur, une deuxième entrée 118.3 reliée à la deuxième sortie 82.1 de l’échangeur thermique 78 ainsi qu’une deuxième sortie 118.4 reliée à l’alimentation 66.1 du premier système de chauffe 44.
Les première et deuxième vannes trois voies 110, 112 sont configurées pour occuper un premier état dans lequel elles font communiquer le premier échangeur thermique 78 et le système réfrigérant 52 ainsi qu’un deuxième état dans lequel elles court-circuitent le système réfrigérant 52. Les troisième et quatrième vannes trois voies 120, 122 sont configurées pour occuper un premier état dans lequel elles court-circuitent le deuxième échangeur thermique 118 et un deuxième état dans lequel elles permettent au premier fluide caloporteur de traverser le deuxième échangeur thermique 118. Ainsi, le jeu de vannes 110, 112, 120, 122 est configuré pour occuper un premier étant dans lequel le deuxième échangeur thermique 118 est court-circuité et les premières entrée et sortie 80.1, 80.2 du premier échangeur thermique 78 sont reliées respectivement à la sortie 52.1 et au retour 52.2 du système réfrigérant 52 ainsi qu’un deuxième état dans lequel le système de réfrigérant 52 est court-circuité et les premières entrée et sortie 80.1, 80.2 du premier échangeur thermique 78 sont reliées respectivement aux premières sortie et entrée 118.2, 118.1 du deuxième échangeur thermique 118.
Le principe de fonctionnement du dispositif de distillation est le suivant :
Un liquide à distiller 42 est introduit dans la chaudière 40. Dans un premier temps, ce liquide à distiller 42 est porté à ébullition pour commencer le procédé d’évaporation. Cette montée en température peut être réalisée à l’aide d’un système de chauffe indépendant du premier fluide caloporteur, comme par exemple un premier système de chauffe 44’ utilisant au moins un champ magnétique.
Selon un autre mode opératoire illustré par les figures 7 et 10, cette montée en température est obtenue en utilisant le premier fluide caloporteur. Dans ce cas, tant que le liquide à distiller n’est pas porté à ébullition, les première et deuxième vannes trois voies 110, 112 occupent le deuxième état, court-circuitant le système réfrigérant 52, et les troisième et quatrième vannes trois voies 120, 122 occupent le deuxième état permettant au premier fluide caloporteur de traverser le deuxième échangeur thermique 118. Cette configuration permet d’amorcer le chauffage du liquide à distiller 42 contenu dans la chaudière 40 jusqu’à son ébullition.
Lorsque le liquide à distiller 42 est porté à ébullition, les vapeurs d’alcool s’échappant de la chaudière 40 et traversant le chapiteau 46 sont collectées par le col de cygne 48 et acheminées vers le serpentin 50. Dans le serpentin 50, les vapeurs d’alcool se condensent dans le premier tronçon 50.1 du serpentin 50 puis les distillats sont refroidis dans le deuxième tronçon 50.2 du serpentin 50.
La condensation des vapeurs d’alcool génère de la chaleur latente captée par le premier fluide caloporteur contenu dans la chambre supérieure 86.1 du réservoir 86 du système réfrigérant 52 et utilisée pour chauffer la chaudière 40 par l’intermédiaire d’une pompe à chaleur fonctionnant à très haute température.
Le refroidissement des distillats génère de la chaleur sensible captée par le premier fluide caloporteur contenu dans la chambre inférieure 86.2 du réservoir 86 du système réfrigérant 52. Le premier fluide caloporteur contenu dans la chambre inférieure 86.2 est refroidi par le système de refroidissement 102 utilisant un refroidissement par adsorption.
Lorsque la température du premier fluide caloporteur atteint un certain seuil permettant le fonctionnement de l’échangeur thermique 78, les première et deuxième vannes trois voies 110, 112 sont basculées dans le premier état de sorte que le système réfrigérant 52 communique avec l’échangeur thermique 78, puis les troisième et quatrième vannes trois voies 120, 122 sont basculées dans le premier état, court-circuitant le deuxième échangeur thermique 118.
Le dispositif de distillation de l’invention permet de récupérer l’énergie, générée par la condensation des vapeurs d’alcool dans le système réfrigérant 52, qui était perdue dans les dispositifs de distillation de l’art antérieur et qui est utilisée pour chauffer la chaudière 40 selon l’invention.
Selon des modes de réalisation visibles sur les figures 10 et 12, le dispositif de distillation comprend au moins un deuxième système de chauffe 124 configuré pour chauffer le liquide à distiller 42 à l’extérieur de la chaudière 40. Selon une configuration, le deuxième système de chauffe 124 comprend :
  1. au moins un premier circuit 126 pour le liquide à distiller 42 qui comporte un piquage de sortie 126.1 positionné en partie inférieure de la chaudière 40, un piquage de retour 126.2 positionné légèrement sous le niveau du liquide à distiller 42 et une pompe de circulation 128 pour extraire le liquide à distiller 42 de la chaudière 40 via le piquage de sortie 126.1 et le réinjecter dans la chaudière 40 via le piquage de retour 126.2 ;
  2. au moins un deuxième circuit 130 reliant la deuxième sortie 82.1 de l’échangeur thermique 78 (comme illustré sur la figure 12) ou la deuxième sortie 118.4 du deuxième échangeur thermique 118 (comme illustré sur la figure 10) et la deuxième entrée 82.2 de l’échangeur thermique 78 ;
  3. un troisième échangeur thermique 132 traversé par les premier et deuxième circuits 126, 130 et configuré pour assurer des échanges thermiques entre le liquide à distiller 42 et le deuxième fluide caloporteur.
Le fonctionnement du troisième échangeur thermique 132 est configuré pour que le liquide à distiller 42 ne subisse pas de changement d’état dans le troisième échangeur thermique 132, le changement d’état (liquide/vapeur) se produisant à l’intérieur de la chaudière 40 après le retour du liquide à distiller 42 par le piquage de retour 126.2.
En aval de la deuxième sortie 82.1 de l’échangeur thermique 78 ou de la deuxième sortie 118.4 du deuxième échangeur thermique 118, le dispositif de distillation comprend un premier ensemble de vannes 134 permettant d’orienter le deuxième fluide caloporteur vers l’alimentation 66.1 du premier système de chauffe 44 et/ou vers le troisième échangeur thermique 132.
En amont de la deuxième entrée 82.2 de l’échangeur thermique 78, le dispositif de distillation comprend un deuxième ensemble de vannes 136 permettant d’orienter le deuxième fluide caloporteur du troisième échangeur thermique 132 vers la deuxième entrée 82.2 de l’échangeur thermique 78 et/ou de la sortie 66.2 du premier système de chauffe 44 vers la deuxième entrée 82.2 de l’échangeur thermique 78.
Les ensembles de vannes 134, 136 pourraient être remplacés chacun par une vanne trois voies. De la même manière, les vannes trois voies 110, 112, 120, 122 pourraient être remplacées chacune par un ensemble de vannes.
Comme illustré sur les figures 10 et 12, le troisième échangeur thermique 132 comprend :
  1. une première entrée 132.1 reliée à la pompe de circulation 128,
  2. une première sortie 132.2 reliée au piquage de retour 126.2,
  3. une deuxième entrée 132.3 reliée à une vanne du premier ensemble de vannes 134 reliée elle-même à la deuxième sortie 118.4 du deuxième échangeur thermique 118 (comme illustré sur la figure 10) ou la deuxième sortie 82.1 de l’échangeur thermique 78 (comme illustré sur la figure 12),
  4. une deuxième sortie 132.4 reliée à une vanne du deuxième ensemble de vannes 136 reliée elle-même à la deuxième entrée 82.2 de l’échangeur thermique 78.
Le jeu de vannes 134, 136 est configuré pour orienter le deuxième fluide caloporteur sortant de la deuxième sortie 118.4 du deuxième échangeur thermique 118 ou de la deuxième sortie 82.1 du premier échangeur thermique 78 vers l’alimentation 66.1 du premier système de chauffe 44 et/ou vers la deuxième entrée 132.3 du troisième échangeur thermique 132 et le réintroduire au niveau de la deuxième entrée 82.2 du premier échangeur thermique 78.
Le jeu de vannes 134, 136 est configuré pour moduler les flux du deuxième fluide caloporteur orientés vers le système de chauffe 44 prévu pour chauffer le liquide à distiller 42 à l’intérieur de la chaudière 40 et/ou vers le troisième échangeur thermique 132 prévu pour chauffer le liquide à distiller 42 à l’extérieur de la chaudière 40. Ainsi, le flux du deuxième fluide caloporteur sortant de l’échangeur thermique 78 ou du deuxième échangeur thermique 118 peut être orienté uniquement vers le premier système de chauffe 44, uniquement vers le troisième échangeur thermique 132 ou vers le premier système de chauffe 44 et le troisième échangeur thermique 132.
Quel que soit le mode de réalisation, le dispositif de distillation comprend au moins un premier système de chauffe 44 configuré pour chauffer le liquide de distillation à l’intérieur de la chaudière 40, au moins un deuxième système de chauffe 124 configuré pour chauffer le liquide de distillation à l’extérieur de la chaudière 40 ainsi qu’au moins un premier échangeur thermique 78 pour assurer des échanges thermiques entre le premier fluide caloporteur du système réfrigérant 52 et un deuxième fluide caloporteur transférant la chaleur du premier fluide caloporteur vers le premier système de chauffe 44 et/ou le deuxième système de chauffe 124.
Selon un mode de réalisation illustré sur la , le serpentin 50 comprend des premier et deuxième secteurs 138, 140 positionnés dans la chambre supérieure 86.1, au-dessus de la cloison 88, le premier secteur 138 étant positionné au-dessus du deuxième secteur 140, ainsi que des troisième et quatrième secteurs 142, 144 positionnés dans la chambre inférieure 86.2, au-dessous de la cloison 88, le troisième secteur 142 étant positionné au-dessus du quatrième secteur 144.
Le premier secteur 138 comprend une entrée 138.1 reliée au col de cygne 48 correspondant à l’entrée du serpentin 50 ainsi qu’une sortie 138.2. Le deuxième secteur 140 comprend une entrée 140.1 ainsi qu’une sortie 140.2. Le troisième secteur 142 comprend une entrée 142.1 ainsi qu’une sortie 142.2. Enfin, le quatrième secteur 144 comprend une entrée 144.1 ainsi qu’une sortie 144.2 correspondant à la sortie du serpentin 50.
Le système réfrigérant 52 comprend un système de raccordement 146 configuré pour occuper plusieurs états E1, E2, E3, E4, un premier état E1 dans lequel les quatre secteurs 138, 140, 142, 144 sont raccordés en série, un deuxième état E2 dans lequel le troisième secteur 142 est court-circuité, un troisième état E3 dans lequel le deuxième secteur 140 est court-circuité ainsi qu’un quatrième état E4 dans lequel les deuxième et troisième secteurs 140, 142 sont court-circuités.
Ainsi, dans le premier état E1, la sortie 138.2 du premier secteur 138 est reliée à l’entrée 140.1 du deuxième secteur 140, la sortie 140.2 du deuxième secteur 140 est reliée à l’entrée 142.1 du troisième secteur 142 et la sortie 142.2 du troisième secteur 142 est reliée à l’entrée 144.1 du quatrième secteur 144.
Dans le deuxième état E2, la sortie 138.2 du premier secteur 138 est reliée à l’entrée 140.1 du deuxième secteur 140 et la sortie 140.2 du deuxième secteur 140 est reliée à l’entrée 144.1 du quatrième secteur 144.
Dans le troisième état E3, la sortie 138.2 du premier secteur 138 est reliée à l’entrée 142.1 du troisième secteur 142 et la sortie 142.2 du troisième secteur 142 est reliée à l’entrée 144.1 du quatrième secteur 144.
Enfin, dans le quatrième état E4, la sortie 138.2 du premier secteur 138 est reliée à l’entrée 144.1 du quatrième secteur 144.
Plus généralement, le serpentin 50 comprend un secteur d’entrée 138 comportant l’entrée du serpentin 50 positionné dans la chambre supérieure 86.1, au-dessus de la cloison 88, au moins un secteur intermédiaire 140, 142, un secteur de sortie 144 comportant la sortie du serpentin 50 positionné dans la chambre inférieure 86.2, au-dessous de la cloison 88, ainsi qu’au moins un système de raccordement 146 configuré pour occuper plusieurs états, au moins un état dans lequel au moins trois secteurs sont raccordés en série, et au moins un état dans lequel au moins un secteur intermédiaire est court-circuité.
Cet agencement permet de moduler les transferts de chaleur entre le premier fluide caloporteur contenu dans les chambres supérieure et inférieure 86.1, 86.2 et les vapeurs et/ou distillats du liquide à distiller 42. Ainsi, il est possible d’ajuster la température du premier fluide caloporteur dans la chambre supérieure 86.1.
Selon un mode de réalisation illustré sur la , le dispositif de distillation comprend un système de régulation de la température du premier fluide caloporteur, circulant dans la chambre supérieure 86.1 du système réfrigérant 52, distinct du conduit de refroidissement ou serpentin 50.
Selon une première configuration, ce système de régulation de la température comprend au moins un quatrième échangeur thermique 148 configuré pour assurer des échanges thermiques entre le premier fluide caloporteur et au moins un troisième fluide caloporteur. Selon un agencement, ce quatrième échangeur thermique 148 est positionné à l’extérieur du réservoir 86. Plus particulièrement, le quatrième échangeur thermique 148 est traversé par une première canalisation 150 reliant la première sortie 80.2 du premier échangeur thermique 78 et le retour 52.2 du système réfrigérant 52, en amont de la deuxième vanne trois voies 112 si cette dernière est présente. Le quatrième échangeur thermique 148 est également traversé par au moins une deuxième canalisation 152 dans laquelle s’écoule le troisième fluide caloporteur.
Lorsque le premier fluide caloporteur doit être chauffé, par exemple lors de la montée en température du liquide à distiller 42, le troisième fluide caloporteur présente une température supérieure à celle du premier fluide caloporteur. Dans ce cas, le troisième fluide caloporteur peut être les vinasses de la précédente distillation lorsque le dispositif de distillation fonctionne de manière discontinue.
Lorsque le premier fluide caloporteur doit être refroidi, le troisième fluide caloporteur présente une température inférieure à celle du premier fluide caloporteur. Dans ce cas, le troisième fluide caloporteur peut être de l’eau froide ou à température ambiante.
Selon une deuxième configuration, le système de régulation de la température du premier fluide caloporteur comprend un appareil de chauffage 154 configuré pour chauffer le premier fluide caloporteur, en dehors du réservoir 86. Selon un agencement, l’appareil de chauffage 154 est positionné au niveau de la première canalisation 150 reliant la première sortie 80.2 du premier échangeur thermique 78 et le retour 52.2 du système réfrigérant 52, en amont de la deuxième vanne trois voies 112 si cette dernière est présente.
Cet appareil de chauffage 154 peut être prévu en complément du quatrième échangeur thermique 148 ou le remplacer. Selon un mode de réalisation, cet appareil de chauffage 154 comprend au moins une résistance. Selon un agencement, l’appareil de chauffage 154 est positionné entre le quatrième échangeur thermique 148 et la deuxième vanne trois voies 112.
Selon le mode de réalisation décrit sur la , le dispositif de distillation comprend des canalisations et des vannes, comme les première et deuxième vannes trois voies 110, 112 décrites précédemment, configurés pour occuper un premier état dans lequel le système réfrigérant 52 communique avec le premier échangeur thermique 78 ainsi qu’un deuxième état dans lequel le système réfrigérant 52 est court-circuité, le ou les systèmes de régulation de la température du premier fluide caloporteur 148, 154 distincts du conduit de refroidissement 50 étant positionné de manière à communiquer avec le premier échangeur thermique 78 quel que soit l’état des jeux de vannes 110, 112.
Lors d’une phase de démarrage du dispositif de distillation, lorsque le premier fluide caloporteur doit être chauffé alors que les vapeurs d’alcool ne circulent pas dans le serpentin 50 du système réfrigérant 52, les première et deuxième vannes trois voies 110, 112 sont dans le deuxième état de manière à court-circuiter le système réfrigérant 52 afin de réduire la quantité de premier fluide caloporteur à réchauffer et accélérer ainsi sa montée en température.
Durant cette phase de démarrage, le premier fluide caloporteur est chauffé au niveau du troisième échangeur thermique 148 grâce à l’apport calorifique de vinasses produites lors d’une précédente distillation. Si cet apport n’est pas suffisant, le premier fluide caloporteur est chauffé grâce à l’appareil de chauffage 154. Quel que soit le mode de chauffage (le troisième échangeur thermique 148 et/ou l’appareil de chauffage 154), le système réfrigérant 52 est court-circuité grâce aux première et deuxième vannes trois voies 110, 112.
Après la phase de démarrage, lorsque la température du premier fluide caloporteur présent dans la chambre supérieure 86.1 est suffisante, le système réfrigérant 52 n’est plus court-circuité et mis en série avec le premier échangeur thermique 78, le troisième échangeur thermique 148 et l’appareil de chauffage 154. Généralement, la chaleur latente produite par la condensation des vapeurs d’alcool et captée par le premier fluide caloporteur contenu dans la chambre supérieure 86.1 du réservoir 86 est suffisante pour le bon fonctionnement du premier échangeur thermique 78. Dans ce cas, l’appareil de chauffage 154 n’est pas activé.
Toutefois, lorsque le premier échangeur thermique 78 est une pompe à chaleur qui présente plusieurs paliers de puissance, l’appareil de chauffage 154 est activé à chaque augmentation de paliers de puissance pour que la température du premier fluide caloporteur soit augmentée rapidement et adaptée au nouveau palier de puissance de la pompe à chaleur. Puis, une fois que la quantité de chaleur latente produite par la condensation des vapeurs d’alcool et captée par le premier fluide caloporteur contenu dans la chambre supérieure 86.1 du réservoir 86 est suffisante pour le bon fonctionnement du nouveau palier de puissance du premier échangeur thermique 78, l’appareil de chauffe 154 peut être désactivé.
Bien que décrite appliquée à un alambic charentais, l’invention n’est aucunement limitée à ce type d’alambic. Quel que soit le mode de réalisation, le dispositif de distillation comprend une chaudière 40 contenant un liquide à distiller 42, un conduit de collecte configuré pour collecter des vapeurs d’alcool émanant de la chaudière 40, un système réfrigérant 52 contenant un premier fluide caloporteur, un conduit de refroidissement relié au conduit de collecte et immergé dans le premier fluide caloporteur contenu dans le système réfrigérant 52. Selon le mode de réalisation illustré par la , le conduit de collecte comprend un chapiteau 46 ainsi qu’un col de cygne 48 et le conduit de refroidissement correspond au serpentin 50.

Claims (13)

  1. Dispositif de distillation comprenant une chaudière (40) configurée pour contenir un liquide à distiller (42), au moins un premier système de chauffe (44) configuré pour chauffer le liquide à distiller (42) à l’intérieur de la chaudière (40), un conduit de collecte (46, 48) configuré pour collecter des vapeurs d’alcool émanant de la chaudière (40), un système réfrigérant (52) contenant un premier fluide caloporteur, un conduit de refroidissement (50) relié au conduit de collecte (46, 48) et immergé dans le premier fluide caloporteur ainsi qu’un système de refroidissement (102) configuré pour refroidir le premier fluide caloporteur contenu dans le système réfrigérant (52), caractérisé en ce que le dispositif de distillation comprend au moins un deuxième système de chauffe (124) configuré pour chauffer le liquide à distiller (42) à l’extérieur de la chaudière (40) ainsi qu’au moins un premier échangeur thermique (78) pour assurer des échanges thermiques entre le premier fluide caloporteur du système réfrigérant (52) et un deuxième fluide caloporteur utilisé par le premier système de chauffe (44) et/ou le deuxième système de chauffe (124).
  2. Dispositif de distillation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier échangeur thermique (78) comprend, pour le premier fluide caloporteur, une première entrée (80.1) reliée à au moins une sortie (52.1) du système réfrigérant (52) et une première sortie (80.2) reliée à au moins un retour (52.2) du système réfrigérant (52) ainsi que pour le deuxième fluide caloporteur, une deuxième sortie (82.1) et une deuxième entrée (82.2).
  3. Dispositif de distillation selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend un deuxième échangeur thermique (118) comportant, pour le premier fluide caloporteur, une première entrée (118.1) et une première sortie (118.2), ainsi que pour le deuxième fluide caloporteur, une deuxième entrée (118.3) reliée à la deuxième sortie (82.1) du premier échangeur thermique (78) et une deuxième sortie (118.4) reliée à au moins une alimentation (66.1) du premier système de chauffe (44).
  4. Dispositif de distillation selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un premier circuit (126) pour le liquide à distiller (42) qui comporte un piquage de sortie (126.1) débouchant dans la chaudière (40) et un piquage de retour (126.2) débouchant dans la chaudière (40), au moins un deuxième circuit (130) reliant la deuxième sortie (118.4) du deuxième échangeur thermique (118) ou la deuxième sortie (82.1) du premier échangeur thermique (78) et la deuxième entrée (82.2) du premier échangeur thermique (78) ainsi qu’un troisième échangeur thermique (132) traversé par les premier et deuxième circuits (126, 130) et configuré pour assurer des échanges thermiques entre le liquide à distiller (42) et le deuxième fluide caloporteur.
  5. Dispositif de distillation selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend un jeu de vannes (134, 136) configuré pour moduler les flux du deuxième fluide caloporteur orientés vers le premier système de chauffe (44) et/ou vers le troisième échangeur thermique (132).
  6. Dispositif de distillation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier système de chauffe (44) utilisant le deuxième fluide caloporteur comprend plusieurs canalisations (64, 64’), plaquées contre au moins une paroi (62) de la chaudière (40), pouvant être reliées en série ou en parallèle, chaque canalisation (64, 64’) étant alimentée en deuxième fluide caloporteur indépendamment les unes des autres.
  7. Dispositif de distillation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système réfrigérant (52) comprend un réservoir (86) contenant le premier fluide caloporteur et comportant une cloison (88) le scindant en une chambre supérieure (86.1) positionnée au-dessus de la cloison (88) et une chambre inférieure (86.2) positionnée au-dessous de la cloison (88).
  8. Dispositif de distillation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le conduit de refroidissement (50) du système réfrigérant (52) est un serpentin (50) comportant un secteur d’entrée (138), comprenant une entrée du serpentin (50) reliée à la chaudière (40), positionné dans la chambre supérieure (86.1), au moins un secteur intermédiaire (140, 142), un secteur de sortie (144), comprenant une sortie du serpentin (50), positionné dans la chambre inférieure (86.2), ainsi qu’au moins un système de raccordement (146) configuré pour occuper au moins un état dans lequel au moins trois secteurs sont raccordés en série et au moins un état dans lequel au moins un secteur intermédiaire est court-circuité.
  9. Dispositif de distillation selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu’il comprend un système de régulation de la température du premier fluide caloporteur distinct du conduit de refroidissement (50).
  10. Dispositif de distillation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le système de régulation de la température du premier fluide caloporteur comprend au moins un quatrième échangeur thermique (148) configuré pour assurer des échanges thermiques entre le premier fluide caloporteur et au moins un troisième fluide caloporteur.
  11. Dispositif de distillation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le quatrième échangeur thermique (148) est positionné à l’extérieur du réservoir (86).
  12. Dispositif de distillation selon l’une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le système de régulation de la température du premier fluide caloporteur comprend un appareil de chauffage (154) configuré pour chauffer le premier fluide caloporteur.
  13. Dispositif de distillation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de distillation comprend des canalisations et des jeux de vannes (110, 112) configurées pour occuper un premier état dans lequel le système réfrigérant (52) communique avec le premier échangeur thermique (78) ainsi qu’un deuxième état dans lequel le système réfrigérant (52) est court-circuité, le ou les systèmes de régulation de la température du premier fluide caloporteur (148, 154) distincts du conduit de refroidissement (50) étant positionnés de manière à communiquer avec le premier échangeur thermique (78) quel que soit l’état des jeux de vannes (110, 112).
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