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CA 02667333 2009-04-23
WO 2008/056044 PCT/FR2007/001739
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PROCEDE DE TRAITEMENT THERMIQUE D'UN MATERIAU ET UNITE DE
TRAITEMENT THERMIQUE METTANT EN UVRE UN TEL PROCEDE
Le domaine technique de l'invention est celui des
procédés de traitement thermique d'un matériau dans un four,
et plus particulièrement de celui des procédés de traitement
d'un matériau organique tel que le bois.
Il est classique de faire subir à des matériaux
organiques des traitements thermiques afin par exemple de les
déshydrater ou bien de leur conférer certaines propriétés.
Plus particulièrement il est connu de faire sécher le
bois dans des fours portés à une température de l'ordre d'une
centaine de degrés.
Il est connu aussi de faire subir au bois d'oeuvre des
traitements thermiques à des températures comprises entre
120 C et 230 C. Ces traitements ont pour but d'éliminer du
bois différents composés organiques volatils ce qui permet
d'améliorer la conservation ultérieure du bois et évite
notamment son pourrissement et son attaque par les insectes.
La température et la durée du traitement thermique
dépendent de l'essence de bois considéré et de son taux
d'humidité.
Une des difficultés d'un tel traitement est qu'il doit
être conduit dans un four présentant une atmosphère pauvre en
oxygène (taux d'oxygène inférieur à 5% en masse). En effet un
taux supérieur conduirait à une auto inflammation du bois
chauffé.
Il est nécessaire par ailleurs de piloter le
refroidissement du bois après le traitement avec également un
taux d'oxygène réduit afin d'éviter une prise de flamme.
Les procédés connus utilisent les gaz de combustion d'une
chaudière fonctionnant au gaz, au fuel ou bien au bois.
On est ainsi assuré d'obtenir un taux d'oxygène réduit.
Cependant les gaz de combustion véhiculent des imbrûlés
et des poussières chaudes qui peuvent conduire à une
inflammation du bois et qui imprègnent celui-ci et nuisent à
sa qualité ainsi qu'à sa valeur marchande ultérieure. Les
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poussières et résidus solides sont notamment particulièrement
abondants lorsque le combustible est lui-même le bois.
Le brevet US3675600 décrit un procédé de traitement connu
dans lequel on prévoit différentes chambres dans lesquelles
circulent les gaz de combustion avant d'être conduits au four
lui-même.
Ces chambres permettent d'incinérer les impuretés à haute
température ce qui permet de les éliminer du courant de gaz
utilisé.
Ce procédé présente des inconvénients.
Tout d'abord l'élimination des impuretés est incomplète
et dépend du nombre de chambres de post-combustion ainsi que
du taux d'oxygène dans ces chambres.
Il est par ailleurs difficile de maîtriser avec ce
procédé le taux d'oxygène du gaz qui est produit.
En effet une admission d'air frais est nécessaire pour
permettre l'élimination par combustion des différentes
impuretés ce qui augmente le taux d'oxygène du courant gazeux
qui est produit et risque de conduire à une inflammation du
bois à traiter.
Ce procédé enfin ne permet pas d'utiliser d'une façon
optimale l'énergie calorifique qui est produite. En effet la
multiplication des chambres de post combustion conduit à des
pertes de chaleur.
On a également proposé dans le brevet US4888884 d'opérer
un filtrage du gaz de combustion en aval du four. Un tel
filtrage est combiné à une recirculation des gaz de
combustion en circuit fermé et il permet donc de maîtriser le
taux d'oxygène du gaz mis en ceuvre.
Cependant un filtrage en aval ne permet pas d'éliminer
les particules avant leur introduction dans le four, la
qualité du matériau obtenu avec un tel traitement n'est donc
pas satisfaisante.
On notera également que le traitement décrit dans ce
brevet est plus particulièrement destiné au traitement de
matériaux semi-pulvérulents, tels que des copeaux de bois. Il
est difficilement transposable au traitement de matériaux
encombrants tels que des planches ou des billes de bois.
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On connaît également par le brevet W081/00147 un procédé
dans lequel on élimine par condensation les solvants contenus
dans les gaz sortant d'un four de séchage. Cependant ce
procédé est associé à un four de séchage pour imprimerie dans
lequel les températures de gaz sont très inférieures à celles
nécessaires pour le traitement du bois.
Le brevet W02005/116551 propose un dispositif de
traitement du bois dans lequel le gaz sortant d'un foyer est
condensé pour éliminer l'eau présente. Cependant la
condensation est ici réalisée en aval d'un échangeur
thermique. Le niveau de condensation obtenu ne permet donc
pas d'assurer le nettoyage des gaz de combustion qui est
nécessaire pour réaliser les traitements du bois.
L'invention a pour but de proposer un procédé de
traitement thermique permettant d'une part d'éliminer les
particules véhiculées par les gaz de combustion et d'autre
part de maîtriser également le taux d'oxygène des gaz mis en
ceuvre.
Le procédé selon l'invention permet par ailleurs
d'optimiser l'utilisation de l'énergie mise en uvre. Il peut
fonctionner ainsi d'une façon continue et permet le
traitement de gros volumes de bois.
L'énergie thermique est utilisée d'une façon optimale.
Par ailleurs les résidus sont récupérés et peuvent être
réutilisés ou valorisés.
Ainsi l'invention a pour objet un procédé de traitement
thermique d'un matériau dans un four, et notamment d'un
matériau organique tel que le bois, procédé utilisant les gaz
de combustion fournis par au moins un brûleur associé à un
foyer, procédé caractérisé en ce qu'on prévoit une première
étape de condensation des gaz de combustion entre leur sortie
du foyer et le four, condensation permettant d'éliminer une
partie des poussières contenues dans les gaz de combustion,
la première étape de condensation étant conduite à l'aide
d'un moyen frigorifique à absorption et étant suivie par une
étape de surchauffe des gaz de combustion permettant
d'obtenir la température souhaitée pour le traitement
thermique.
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La surchauffe pourra être réalisée à l'aide des gaz
fournis par un générateur de gaz chaud qui est lui-même
chauffé par le brûleur.
La surchauffe pourra être réalisée au travers d'un
échangeur chauffé par le brûleur.
On pourra avantageusement réguler la température des gaz
de combustion utilisés pour le traitement en réalisant le
mélange des gaz sortant de l'étape de surchauffe avec ceux
sortant de la première étape de condensation.
On pourra procéder en sortie du four à une deuxième étape
de condensation.
La deuxième étape de condensation pourra être suivie
d'une étape de séparation entre la fraction solide et/ou
liquide et les gaz de combustion eux-mêmes.
Avantageusement, les gaz de combustion pourront être
redirigés en sortie de l'étape de séparation vers le brûleur
et/ou le foyer, par l'intermédiaire d'un étage mélangeur
assurant un mélange des gaz avec de l'air, mélange qui sera
dosé en fonction de la mesure du taux d'au moins un composé
combustible inclus dans les gaz de combustion.
L'invention a également pour objet une unité de
traitement thermique d'un matériau, et notamment d'un
matériau organique tel que le bois, unité permettant de
mettre en ceuvre le procédé selon l'invention.
Cette unité comprend.au moins un four, chauffé à partir
des gaz de combustion issus d'au moins un brûleur associé à
un foyer, elle est caractérisée en ce qu'elle comporte au
moins un premier condenseur qui est disposé de façon à
refroidir les gaz de combustion à leur sortie du foyer, la
condensation permettant d'éliminer avec l'eau une partie des
poussières contenues dans les gaz de combustion, poussières
qui sont récupérées dans un moyen de décantation, unité
comportant au moins un surchauffeur relié à un moyen de
chauffe et permettant de réchauffer les gaz de combustion à
leur sortie du premier condenseur, et comportant également au
moins un moyen frigorifique à absorption qui utilise comme
source chaude le foyer et qui comprend au moins un circuit
réfrigérant qui est couplé au premier condenseur.
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Le moyen de chauffe pourra être relié au surchauffeur par
l'intermédiaire d'un moyen de régulation de la température
des gaz de combustion.
Le moyen de chauffe pourra être relié à un générateur de
5 gaz chauds qui sera lui-même chauffé par le ou les brûleurs.
Le surchauffeur pourra comprendre au moins deux circuits
de circulation de gaz chauds disposés dans une enceinte au
travers de laquelle circulent les gaz de combustion, les
circuits étant disposés de telle sorte que les gaz de
combustion circulent dans un sens inverse de celui des gaz
chauds fournis par le générateur de gaz, chaque circuit étant
par ailleurs doté d'une vanne de réglage du débit de gaz dont
l'ouverture est commandée par le moyen de régulation de
température.
Le surchauffeur pourra être constitué par un échangeur
chauffé par le brûleur lui-même.
Selon une variante de réalisation, l'échangeur formant
surchauffeur pourra comporter des tubulures qui seront
incorporées structurellement à un générateur de gaz chaud.
Avantageusement, le moyen de régulation de la température
des gaz de combustion pourra comprendre deux circuits : un
circuit de gaz de combustion froids issus du premier
condenseur et un circuit de gaz de combustion chauds issus du
surchauffeur, la température des gaz de combustion utilisés
étant régulée par au moins un mitigeur assurant le mélange
des gaz froids avec les gaz chauds.
Chaque circuit chaud et froid incorporera une pompe, le
débit des pompes étant régulé de façon à assurer l'égalité
des débits de gaz de combustion en amont et en aval du
surchauffeur.
Chaque circuit de gaz de combustion chauds ou froids
comportera de préférence un circuit d'équilibrage permettant
de compenser les pertes de charge engendrées par le mitigeur,
circuit d'équilibrage réinjectant une partie des gaz chauds
ou froids en amont de la pompe du circuit considéré.
L'unité pourra comporter au moins un deuxième condenseur
qui sera disposé en sortie du four.
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L'unité de traitement pourra avantageusement comprendre
un moyen de décantation permettant de séparer la fraction
solide et/ou liquide et les gaz de combustion eux-mêmes.
L'unité de traitement thermique pourra également
comprendre un étage mélangeur qui assurera un mélange des gaz
sortant du deuxième condenseur et du moyen de décantation
associé avec de l'air, cet étage mélangeur comportant au
moins une vanne dont l'ouverture sera commandée par un moyen
de régulation qui commandera le degré d'ouverture de la vanne
en fonction de la mesure du taux d'au moins un composé
combustible inclus dans les gaz de combustion, le mélange de
l'air et des gaz de combustion étant redirigé vers le brûleur
et/ou le foyer.
Avantageusement, au moins un circuit réfrigérant du moyen
frigorifique à absorption pourra être également couplé au
deuxième condenseur.
Suivant une autre caractéristique, le générateur de gaz
chaud pourra être alimenté en air au travers d'un troisième
condenseur raccordé à un circuit réfrigérant du moyen
frigorifique à absorption.
Lorsque l'unité de traitement thermique selon l'invention
est plus particulièrement destinée à assurer le traitement de
bois, elle comprendra avantageusement au moins un four qui
comportera deux parois latérales en regard l'une de l'autre
et une paroi supérieure, parois qui seront réalisées sous la
forme de caissons dans lesquels circuleront les gaz de
combustion, ces derniers étant amenés au niveau du caisson
supérieur qui sera divisé en deux demi-caissons, un demi-
caisson recevant les gaz de combustion arrivant au four et
l'autre demi-caisson collectant les gaz pour leur évacuation
après leur passage dans le four, chaque demi-caisson
communiquant par ailleurs avec un caisson latéral distinct,
les parois des caissons latéraux étant dotées de perforations
permettant le passage des gaz du caisson latéral vers
l'intérieur du four, les gaz étant ainsi introduits dans le
four au niveau d'un caisson latéral et étant évacués hors du
four au travers de l'autre caisson latéral.
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Avantageusement, le caisson supérieur sera globalement
parallélépipédique et divisé en quatre compartiments par deux
cloisons qui s'étendront suivant des diagonales, un premier
compartiment étant relié à une conduite d'arrivée des gaz de
combustion et un deuxième compartiment étant relié à une
conduite d'évacuation des gaz de combustion, les deux autres
compartiments étant reliés chacun à un des caissons latéraux,
un volet pivotant médian pouvant être positionné au choix
dans le prolongement de l'une ou de l'autre des cloisons
diagonales, de façon à partager le caisson supérieur en deux
demi-caissons. Le volet pivotant permettra ainsi de diriger
les gaz de combustion au choix vers l'un ou l'autre des
caissons latéraux.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, les
caissons latéraux pourront être dotés de perforations qui
seront réparties sur toute la hauteur de chaque caisson,
chaque caisson latéral étant par ailleurs doté d'un panneau
coulissant verticalement et permettant, suivant la position
choisie, d'obturer toutes les perforations d'une moitié
supérieure ou bien toutes celles d'une moitié inférieure
dudit caisson latéral, les panneaux étant par ailleurs
positionnés en position haute sur un caisson latéral et en
position basse sur l'autre caisson latéral en fonction de la
position, du volet pivotant du caisson supérieur. Le
positionnement des panneaux sera choisi de façon à assurer
toujours un courant des gaz de combustion qui traversent le
four d'une partie basse d'un caisson latéral vers une partie
haute de l'autre caisson latéral.
Suivant un autre mode de réalisation, le four comporte
deux parois latérales en regard l'une de l'autre, parois qui
sont réalisées sous la forme de caissons dans lesquels
circulent les gaz de combustion, chaque paroi latérale étant
divisée en deux demi-caissons, un caisson inférieur destiné
à recevoir les gaz de combustion arrivant au four et un
caisson supérieur collectant les gaz pour leur évacuation
après leur passage dans le four, une vanne trois voies étant
disposée en amont des caissons inférieurs et une autre vanne
trois voies étant disposée en aval des caissons supérieurs de
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façon à assurer, par la commande des deux vannes, le pilotage
du sens de passage des gaz d'une cloison vers l'autre
cloison.
Selon une autre caractéristique, on pourra prévoir, en
aval du deuxième condenseur disposé en sortie de four, au
moins un groupe de ventilation couplé à un venturi et
permettant de maintenir le four en dépression, une vanne
disposée en aval du four permettant de régler le débit de gaz
au travers du four.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre
d'un mode particulier de réalisation, description faite en
référence aux dessins annexés et dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma synoptique général d'une
unité de traitement selon l'invention,
- la figure 2 est une vue détaillée du générateur de gaz
de combustion de cette unité de traitement thermique,
- la figure 3 est une coupe schématique d'un exemple de
réalisation du surchauffeur,
- les figures 4a et 4b sont deux vues en coupes
longitudinales simplifiées d'un four mis en oeuvre dans
l'unité selon l'invention, les coupes sont réalisées suivant
le plan dont la trace BB est repérée à la figure 5a, chaque
figure montre par ailleurs le four dans une position
différente pour les moyens de circulation des gaz,
- les figures 5a et 5b sont deux vues en coupes
transversales simplifiées de ce four, les coupes sont
réalisées suivant le plan dont la trace AA est repérée à la
figure 4a, la figure 5a représente par ailleurs le four dans
la même position que sur la figure 4a et parallèlement la
figure 5b peut être associée à la figure 4b,
- les figures 6a et 6b sont enfin deux vues de dessus du
four, le four est coupé au niveau du caisson supérieur (plan
de coupe CC repéré à la figure 4a), la figure 6a montre le
four suivant la même position que celle des figures 4a et 5a,
et la figure 6b montre le four dans la même position que sur
les figures 4b et 5b.
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- la figure 7 est un schéma synoptique général d'une
unité de traitement selon un autre mode.de réalisation de
l'invention,
- la figure 8 est un schéma représentant cette même unité
et permettant de mettre en évidence son fonctionnement en
phase de démarrage,
- les figures 9a et 9b sont deux vues en coupes
transversales simplifiées d'un autre mode de réalisation du
four.
La figure 1 montre une unité 1 de traitement thermique de
bois. Le bois 2 est disposé sur des chariots 3 qui sont logés
dans des fours de traitement thermique 4. Ici un seul four 4
est représenté, mais l'unité pourrait être dimensionnée pour
comprendre plusieurs fours.
Les fours 4 sont des unités de grandes dimensions pouvant
traiter des éléments de bois de près de 6 m de long (bois en
rondins ou scié). Le bois qui doit être traité à haute
température aura préalablement été séché dans un four de
séchage 12 (dans lequel la température est de l'ordre de
100 C). Pour pouvoir être traité le bois aura de préférence
un taux d'humidité inférieur à 12%.
Chaque four 4 a ainsi globalement la forme d'un
parallélépipède rectangle de 10 mètres de long, 3 mètres de
large et 5 mètres de haut.
Le four 4 est chauffé à partir des gaz de combustion
issus d'un brûleur 5 associé à un foyer de combustion 6. Ce
mode de chauffage par les gaz de combustion permet de
maîtriser le taux d'oxygène réduit qui est requis.
Les gaz sont récupérés à la sortie du foyer 6 par un
collecteur 7 et ils sont dirigés vers le four 4 par des
conduites : 8a1, 8a2, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f.
Les gaz G circulent dans le four (dont la structure
interne sera détaillée par la suite). Ils sont ensuite
évacués à la sortie du four 4 par une conduite 9.
Le brûleur 5 utilise une source de combustible 10 qui
pourra être le gaz ou le fuel ou avantageusement les résidus
et chutes de bois qui peuvent être collectés sur
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l'installation. On utilisera donc de préférence un brûleur 5
poly combustibles.
Suivant une caractéristique importante de l'invention,
l'unité comporte au moins un premier condenseur 11 qui est
5 disposé de façon à refroidir les gaz de combustion à leur
sortie du foyer 6.
Le condenseur 11 provoque un refroidissement brutal des
gaz à leur sortie du foyer 6. Ce refroidissement provoque une
condensation de l'eau contenue dans les gaz, l'eau s'écoule
10 le long de la conduite 8a2 et elle entraîne avec elle la plus
grande partie des poussières contenues dans les gaz de
combustion.
L'eau s'écoule le long de la conduite 8a2 et elle
s'accumule avec la poussière dans un moyen de décantation 13.
Concrètement le moyen de décantation sera constitué par
un bac dans lequel circulent les gaz de combustion. Les
conduites 8a1 et 8a2 débouchent toutes deux dans le bac au
niveau de sa paroi supérïeure. L'eau chargée de poussière
s'accumule dans le bac 13 et elle en est soutirée
périodiquement au moyen d'une vanne V, pour retraitement et
élimination des résidus.
Le condenseur 11 est relié à un moyen frigorifique 14 par
des tubulures T11 qui conduisent un fluide caloporteur.
Concrètement la température des gaz de combustion est de
l'ordre de 210 C à la sortie du foyer 6. Le condenseur 11 est
dimensionné pour ramener cette température à environ 80 C. Il
suffit pour cela d'un moyen frigorifique véhiculant un fluide
circulant à une température de l'ordre de 5 C et on
dimensionnera les surfaces d'échanges du condenseur ainsi que
le moyen frigorifique 14 pour permettre la chute de
température souhaitée.
On pourra utiliser l'eau comme fluide caloporteur.
Une vanne trois voies 15 est disposée en sortie du
condenseur 11. Cette vanne permet de diriger les gaz de
combustion vers la branche 8c qui conduit à un surchauffeur
16 ou bien vers la branche 8b qui permet de diriger les gaz
vers une cheminée d'évacuation 17.
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Le surchauffeur 16 est indispensable pour ramener les gaz
de combustion à la température qui est nécessaire pour
assurer le traitement thermique du bois (température comprise
entre 180 C et 230 C).
Les calories fournies par le surchauffeur 16 proviennent
elles aussi du foyer 6, mais par l'intermédiaire d'un moyen
de chauffe distinct.
Conformément à l'invention, le moyen de chauffe comprend
un générateur de gaz chauds 17 qui est lui-même chauffé par
le brûleur 5.
Le générateur de gaz 17 est disposé dans le foyer 6 et il
comprend des tubulures qui renferment le gaz à chauffer (par
exemple de l'air). Ces tubulures permettent d'isoler
physiquement le gaz à chauffer des gaz de combustion, mais
elles sont cependant réalisées en un matériau bon conducteur
de la chaleur (par exemple en métal).
Ces tubulures permettent de transférer les calories
fournies par le foyer vers le gaz qui circule à l'intérieur
des tubulures.
Le nombre des tubulures est choisi suffisant pour que la
surface d'échange thermique soit importante et on prévoira
également plusieurs jeux de tubulures de façon à assurer un
maintien du gaz à l'intérieur du foyer 6 suffisamment
longtemps pour que sa température atteigne un niveau élevé
(de l'ordre de 600 C).
Un exemple de générateur de gaz chaud est donné par la
demande de brevet FR06-05589.
Les gaz chauds engendrés par le générateur 17 sortent de
ce dernier par le tube 18. Après utilisation, les gaz
reviennent au générateur 17 par le tube 19. Les gaz chauds
sont utilisés au niveau de l'installation par exemple pour
alimenter le ou les fours de séchage 12.
La température des gaz chauds qui est nécessaire pour le
séchage dans le four 12 est réglée à l'aide d'une vanne 68
qui permet de mélanger au gaz chauds engendrés par le
générateur 17 une partie des gaz refroidis qui est prise sur
le tube de retour 19 par l'intermédiaire d'un tube 69.
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On réglera l'ouverture de la vanne 68 à l'aide d'un moyen
de commande électronique (non représenté) associé à un
capteur de la température des gaz en entrée de four 12 (non
représenté) . On peut ainsi aisément ramener la température
des gaz de 600 C en sortie du générateur 17 à environ 100 C
en entrée du four 12.
Les gaz chauds à haute température (600 C) sont par
ailleurs utilisés au niveau du surchauffeur 16.
Une dérivation 20 du tube 18 permet en effet de conduire
une partie des gaz chauds vers le surchauffeur 16. Les gaz
chauds ressortent du surchauffeur 16 par le tube 21 qui les
reconduit au générateur 17.
Un moyen de régulation de la température est interposé
entre le générateur de gaz 17 et le surchauffeur 16.
Ce moyen comprend une vanne 22 qui est commandée par un
moyen électronique 23 de régulation de la température. Le
moyen 23 est par ailleurs relié à un capteur 24 mesurant la
température des gaz de combustion qui circulent dans la
conduite 8d de sortie du surchauffeur 16.
Ainsi on pourra réaliser le moyen électronique 23 sous la
forme d'un micro-ordinateur programmable. On pourra alors
piloter l'ouverture de la vanne 22 en fonction des consignes
de température souhaitées pour les gaz destinés au four 4.
Il est clair que l'ouverture de la vanne 22. entraîne une
augmentation du débit du gaz chaud issu du générateur 17 et
circulant dans le surchauffeur 16 donc également une
augmentation de la température des gaz de combustion G qui
sont envoyés au four 4 par la conduite 8f.
On notera que les gaz de combustion issus du condenseur
11 ont une température relativement réduite (de l'ordre de
80 C). Il est donc possible et facile de réguler la
température des gaz envoyés vers le four 4 dans une plage
assez large (de 80 C à 300 C environ).
On peut donc, par simple programmation des moyens 23,
commander une montée de la température du four suivant les
différents paliers souhaités et qui conviennent à l'essence
de bois qui doit être traitée.
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On peut tout aussi facilement piloter le refroidissement
du four sous atmosphère pauvre en oxygène et jusqu'à une
température qui permet la sortie du bois hors du four 4 sans
risquer l'auto inflammation du bois.
Pour les phases de refroidissement du four.4, on pourra
utiliser, non plus les gaz réchauffés par le surchauffeur 16
mais directement les gaz sortant du condenseur 11. Il suffit
pour cela de réguler l'ouverture de différentes vannes à
trois voies.
On prévoit ainsi deux autres vannes trois voies 25 et 26
ainsi qu'une conduite 8e disposée entre ces deux vannes.
La vanne 25 permet d'orienter les gaz de combustion issus
du condenseur 11, non pas vers la cheminée 17, mais vers le
four 4. On peut ainsi isoler complètement le surchauffeur 16
et n'envoyer vers le four que les gaz de combustion issus du
condenseur~11. On peut aussi réaliser au niveau de la vanne
26 un mélange des gaz à température réduite (80 C) issus du
condenseur 11 avec les gaz chauds sortant du surchauffeur 16.
On positionnera pour cela la vanne 15 dans une position
alimentant les deux branches 8b et 8c.
On pourra disposer un capteur de température 24 sur la
conduite 8f alimentant le four 4. Le moyen électronique 23
assurera alors la régulation des ouvertures et fermetures des
vannes 15, 25, 26 et 22 en fonction de la température
souhaitée pour les paliers de refroidissement (ou de
chauffage) du four.
La figure 3 montre d'une façon plus détaillée la
structure d'un surchauffeur 16.
Cet élément comprend une chambre cylindrique 27 à
l'intérieur de laquelle circulent les gaz de combustion G.
Les flèches 8c et 8d montrent le sens de parcours des gaz de
combustion et rappellent les références des différentes
conduites :
3 entrée dans le surchauffeur 16 : conduite 8c,
-~ sortie du surchauffeur : conduite 8d.
La chambre cylindrique 27 est délimitée par une paroi
interne d'une conduite annulaire 28 qui est reliée au
générateur de gaz chaud 17 par l'intermédiaire d'une vanne
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22a. Cette conduite annulaire 28 constitue un premier circuit
de circulation des gaz chauds disposé dans la chambre 27.
La chambre 27 renferme par ailleurs trois autres circuits
de circulation des gaz chauds (29, 30 et 31) qui sont tous
reliés au générateur de gaz chaud 17 par une vanne
(respectivement 22b, 22c et 22d).
Ces trois autres circuits sont réalisés sous la forme de
tubulures enroulées en hélice de façon à augmenter la surface
d'échange thermique entre les circuits de circulation des gaz
chauds et les gaz de combustion eux-mêmes.
Une paroi externe 32 entoure le surchauffeur 16. Elle
comporte des matériaux isolants thermiques et permet d'éviter
les déperditions de calories.
Tous les circuits de circulation 28,29,30 et 31 sont
reliés en aval par un collecteur 33 qui est raccordé au tube
21 qui reconduit les gaz au générateur 17.
Un accélérateur 34 permettra de réguler le débit du gaz
chaud au travers des différents circuits.
On voit sur la figure 3 que les différentes vannes
22a,22b,22c et 22d sont toutes commandées par le moyen
électronique 23 qui est également raccordé à un capteur de
température 24 mesurant la température des gaz de combustion
en sortie du surchauffeur 16.
On voit également sur la figure 3 que les différents
circuits de circulation 28,29,30,31 sont disposés de telle
sorte que les gaz de combustion G circulent dans un sens qui
est inverse de celui de la circulation des gaz chauds fournis
par le générateur de gaz 17. Une telle disposition permet
d'augmenter le rendement du transfert thermique.
Les gaz de combustion rencontrent donc les circuits de
circulation au voisinage de leur sortie du surchauffeur 16
(donc à l'endroit où leur température est la plus réduite)
et, au fur et à mesure de leur progression dans le
surchauffeur 16, ils rencontrent des circuits de circulation
de plus en plus chauds. Une telle disposition est plus
favorable à l'échauffement qu'une disposition inverse et elle
conduit à une température supérieure pour les gaz de
combustion G en sortie du surchauffeur.
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WO 2008/056044 PCT/FR2007/001739
La division du surchauffeur 16 en plusieurs circuits de
circulation permet par ailleurs de régler d'une façon plus
précise la quantité de chaleur qui est transférée aux gaz de
combustion G. On peut ainsi régler facilement les différents
5 paliers de températures nécessaires.
Par ailleurs la mise en place d'un circuit de circulation
28 ayant une forme tubulaire permet d'améliorer le rendement
thermique du surchauffeur. Les gaz de combustion G circulent
en effet dans une chambre 27 délimitée par une conduite
10 surchauffée 28 et ils passent au travers d'autres tubulures
(celles des circuits 29,30,31) qui sont également
surchauffées.
En fonction du nombre de circuits de circulation mis en
uvre la quantité de calories transférée aux gaz de
15 combustion G sera plus ou moins importante.
On remarque également sur la figure 3 que les différents
circuits de circulation 28,29,30 et 31 sont tous raccordés en
série les uns derrière les autres au générateur 17 et que par
ailleurs le four de séchage 12 est disposé en série avec le
surchauffeur 16 et non plus en parallèle comme représenté sur
les figures 1 et 2.
Ce montage en série est une variante de l'invention qui
permet d'utiliser au mieux les calories fournies par le
générateur de gaz 17.
En effet, le gaz issu du générateur 17 et qui se trouvent
refroidis au travers du surchauffeur 16 restent cependant à
une température largement suffisante pour alimenter un ou
plusieurs fours de séchage 12.
Les gaz pourront être cependant abaissés en température
avant leur introduction dans le four de séchage 12. Cet
abaissement sera piloté comme cela a été décrit précédemment
par un mélange des gaz chauds avec une partie des gaz
refroidis prélevés sur le tube de retour 19.
On pourra bien entendu (et avec un dimensionnement
approprié de l'installation) prévoir plusieurs surchauffeurs
16 en série les uns derrière les autres, en particulier pour
alimenter plusieurs fours 4 de traitement thermique.
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La figure 2 montre d'une façon plus précise la structure
du générateur de gaz de combustion de l'unité de traitement
thermique 1 et en particulier la structure du moyen
frigorifique 14 ainsi que de ses différents circuits.
Avantageusement, et de façon à optimiser le rendement
thermique de l'unité 1, on mettra en ceuvre un moyen
frigorifique 14 à absorption. Ces moyens sont bien connus de
l'Homme du Métier.
Ils mettent en oeuvre un circuit de circulation Ca d'un
fluide permettant d'absorber des calories d'une source chaude
au niveau d'un bouilleur (le plus souvent le fluide est une
solution d'ammoniac). Ce circuit de fluide est couplé à un
évaporateur qui provoque le changement d'état du fluide et
donc la production de froid.
Conformément à l'invention on utilisera comme source
chaude le foyer 6. On disposera ainsi par exemple un
bouilleur 35 autour du collecteur 7 des gaz de combustion.
Le bouilleur 35 sera constitué ainsi par des tubulures
entourant le collecteur 7.
Le circuit caloporteur Ca (représenté en pointillés) est
le circuit du fluide permettant d'extraire les calories (par
exemple une solution d'ammoniac). Ce circuit Ca est relié à
un ou plusieurs échangeurs 36 qui assurent la vaporisation de
l'ammoniac. Le fluide assurant la vaporisation est de l'air
qui sera introduit dans le moyen frigorifique 14 à l'aide
d'un ventilateur 37.
L'air qui sort du moyen frigorifique 14 a été réchauffé
par le fluide du circuit caloporteur Ca, cet air réchauffé
est récupéré par un tube 38 et dirigé vers le brûleur 5 et/ou
le foyer 6. Cet air chauffé permet d'améliorer le rendement
de la combustion du brûleur 5.
Le fluide caloporteur se vaporise à une température
d'environ 5 C (pour de l'ammoniac). Un ou plusieurs circuits
réfrigérants sont couplés au circuit caloporteur Ca au niveau
du ou des échangeurs. Ces circuits sont par exemple des
circuits d'eau. L'eau réfrigérée est conduite par un circuit
Tll au premier condenseur 11 et permet (comme précisé
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précédemment) d'assurer l'élimination de l'eau et des
poussières contenues dans les gaz de combustion.
Le débit d'eau réfrigérée nécessaire est assuré grâce à
un accélérateur 39.
On pourra par ailleurs prévoir également un autre
accélérateur 40 au niveau du circuit Ca afin d'augmenter le
rendement de l'échange thermique.
Le circuit d'eau réfrigérée pourra comporter d'autres
branches qui vont être décrites par la suite.
En se reportant à la figure 1, on remarque que l'unité 1
comprend un deuxième condenseur 41 qui est disposé en sortie
du four 4.
Les gaz de combustion Gs qui sortent du four 4 sont
chargés à la fois d'humidité et de composés organiques
volatils qui sont extraits du bois au cours du traitement
thermique. Ces composés volatils comprennent essentiellement
des hydrocarbures condensables, notamment du méthane et de
l'acétone.
Le condenseur 41 permet d'éliminer l'eau qui est
incorporée aux gaz en sortie de four ainsi que les poussières
ou autres résidus solides.
Un moyen de décantation 42 permet de séparer la fraction
solide et/ou liquide et les gaz de combustion eux-mêmes.
Les résidus sont récupérés dans un bac 44 pour traitement
et élimination ultérieure (avec les résidus extraits au
niveau du moyen 13).
Un ventilateur 43 permet de réguler la vitesse des gaz
dans le four 4. La canalisation 45 ne véhicule donc qu'un gaz
de combustion refroidi et chargé de composés organiques
volatils qui sont combustibles.
Ce gaz est mélangé à de l'air au niveau d'un étage
mélangeur comprenant une vanne trois voies 46, puis dirigé
vers le brûleur 5 (ou vers le foyer 6).
L'ouverture de la vanne 46 est commandée par un moyen de
régulation 47 qui commande le degré d'ouverture de la vanne
46 en fonction de la mesure du taux d'au moins un composé
combustible inclus dans les gaz de combustion.
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Cette mesure est effectuée à l'aide d'un capteur 48. On
mesurera de préférence le taux de méthane car il s'agit du
gaz le plus réactif.
On pourra également prévoir une autre vanne 49 qui
permettra d'évacuer tout ou partie des gaz soit vers
l'extérieur soit vers un réservoir de gaz 50 (gazomètre) pour
permettre un stockage temporaire en cas de production
excessive de composés volatils.
L'air utilisé est de préférence celui qui a été
préchauffé au niveau du moyen frigorifique 14.
On voit sur les figures 1 et 2 que le générateur de gaz
chauds 17 est alimenté en gaz par un ventilateur 51 qui est
couplé au circuit fermé 18-19 par une vanne 52. On peut ainsi
ajouter du gaz (en général de l'air) au circuit pour
compenser les pertes et maintenir le volume de gaz nécessaire
aux bons transferts thermiques.
Un troisième condenseur 53 est interposé entre le
ventilateur 51 et le circuit de gaz. Ce condenseur permet
d'assécher l'air externe utilisé, ce qui évite la production
de vapeur d'eau dans le circuit.
Un quatrième condenseur 54 enfin permet d'éliminer du
circuit de gaz chauds 19 l'eau extraite du bois au niveau du
four de séchage 12.
Les troisième et quatrième condenseurs sont tous deux
reliés au moyen frigorifique 14 par des circuits d'eau
réfrigérée T53 et T54.
Les figures 4 à 6 montrent la structure du four de
traitement thermique utilisé par l'unité selon invention
Le four 4 est constitué sous la forme d'un bloc
parallélépipédique qui comporte deux parois latérales 55a et
55b disposées en regard l'une de l'autre ainsi qu'une paroi
supérieure 56. Le four 4 comporte par ailleurs deux portes
67e et 67s, étanches et isolées thermiquement, permettant le
passage des chariots 3 chargés de bois.
Ces parois sont réalisées en tôle et sous la forme de
caissons creux délimitant chacun un volume dans lesquels
peuvent circuler les gaz de combustion.
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Comme cela est plus particulièrement visible aux figures
4a et 4b, le caisson supérieur 56 porte la conduite 8f qui
amène les gaz de combustion (Ge) ainsi que la conduite 9 qui
évacue les gaz (Gs) après leur circulation dans le four 4.
Ces gaz Gs sont (comme précisé plus haut) chargés de
composés organiques volatils.
Comme cela est visible aux figures 4a,4b,5a,5b on a
réalisé sur les parois internes des caissons latéraux 55a et
55b des perforations 65 qui permettent le passage des gaz du
caisson latéral 55a ou 55b considéré vers l'intérieur du four
4.
Les gaz sont donc introduits dans le four 4 au niveau
d'un caisson latéral (55a ou 55b) et sont évacués hors du
four au travers de l'autre caisson latéral.
Le caisson supérieur est par ailleurs divisé par des
cloisons en deux demi-caissons.
Comme cela est plus particulièrement visible aux figures
6a et 6b, le caisson supérieur 56 est divisé en quatre
compartiments 57a, 57b, 58a et 58b par deux cloisons 59 et 60
qui s'étendent suivant des diagonales.
Un premier compartiment 57a est relié à la conduite 8f
d'arrivée des gaz de combustion Ge.
Un deuxième compartiment 57b est relié à la conduite 9
d'évacuation des gaz de combustion Gs.
Les deux autres compartiments 58a et 58b sont reliés
chacun à une des parois/caissons latérales 55a ou 55b.
On voit ainsi sur les figures que le compartiment 58a est
relié au caisson latéral 55a et que le compartiment 58b est
relié au caisson latéral 55b (voir aussi les figures 5a et
5b).
Conformément à une caractéristique de l'invention chaque
cloison 59 et 60 est interrompue au niveau d'une partie
médiane qui est occupée par un volet pivotant médian 61.
Ce volet est commandé par un moteur 62 et il peut être
positionné au choix dans le prolongement de l'une ou de
l'autre des cloisons 59 ou 60.
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Il est ainsi possible de partager avec le volet 61 le
caisson supérieur 56 en deux demi-caissons et de deux façons
différentes.
Ainsi la figure 6a montre le caisson supérieur 56 dans
5 une position dans laquelle le volet médian 61 est dans le
prolongement de la cloison 59.
Dans cette position :
--> un premier demi-caisson comprend les deux
compartiments 57a et 58a
10 --> un deuxième demi-caisson comprend les deux
compartiments 57b et 58b.
Dans une telle configuration les gaz introduits dans le
four par la conduite 8f sont dirigés vers le caisson latéral
55a et ils sont évacués par le caisson latéral 55b, après
15 passage dans le four 4.
Le mouvement des gaz dans le four 4 est celui représenté
à la figure 5a, soit de la gauche vers la droite.
Inversement la figure 6b montre le caisson supérieur 56
dans une position dans laquelle le volet médian 61 est dans
20 le prolongement de la cloison 60.
Dans cette position :
-> un premier demi-caisson comprend les deux
compartiments 57a et 58b
-> un deuxième demi-caisson comprend les deux
compartiments 57b et 58a.
Dans une telle configuration les gaz introduits dans le
four par la conduite 8f sont dirigés vers le caisson latéral
55b et ils sont évacués par le caisson latéral 55a, après
passage dans le four 4.
Le mouvement des gaz dans le four est celui représenté à
la figure 5b, soit de la droite vers la gauche.
Le volet pivotant 61 permet ainsi de diriger les gaz de
combustion au choix vers l'une ou l'autre des parois /
caissons latéraux 55a ou 55b.
Il est en effet intéressant lors du traitement thermique
du bois de faire varier le sens de l'écoulement transversal
des gaz de combustion au travers du four.
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En effet on homogénéise ainsi le traitement du bois. Des
cycles peuvent être programmés au cours desquels on dirigera
le courant gazeux d'un côté ou de l'autre du chargement de
bois.
Indépendamment du sens transversal du courant gazeux à
l'intérieur du four, il est utile d'introduire les gaz en
partie basse du four et de les récupérer en partie haute. On
est ainsi assuré d'éliminer plus sûrement les composés
organiques volatils.
Pour obtenir un tel résultat les perforations 65 sont
réparties sur toute la hauteur de chaque paroi latérale 55a,
55b.
Chaque paroi est par ailleurs dotée d'un panneau 66 qui
coulisse verticalement sur des rails 63 à l'aide d'une
motorisation 64.
Le panneau 66 est dimensionné de façon à ne couvrir
qu'une moitié de l'ensemble des perforations 65 portées par
une paroi.
Il est donc possible, suivant la position choisie pour le
panneau 66, d'obturer toutes les perforations 65 d'une moitié
supérieure (voir figure 4a) ou bien toutes celles d'une
moitié inférieure de ladite paroi (voir figure 4b).
Par ailleurs les moyens de commande des motorisations 64
sont définis pour que, lorsqu'un panneau 66 se trouve en
position haute sur une paroi, le panneau de l'autre paroi se
trouve disposé en position basse.
Ces motorisations sont par ailleurs couplées à celle
commandant le positionnement du volet 61.
Le but recherché est que les gaz soient toujours
introduits en position basse à l'intérieur du four 4 et
évacués en position haute.
Le positionnement des panneaux doit ainsi être choisi de
façon à assurer toujours un courant des gaz de combustion qui
traverse le four d'une partie basse d'une paroi vers une
partie haute de l'autre paroi.
A titre d'exemple on voit sur les figures que, lorsque
les gaz de combustion Ge sont introduits au niveau du caisson
latéral 55a (figure 6a), le panneau 66 se trouve en position
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haute sur cette paroi latérale, ce qui dégage les
perforations de la partie basse (figure 5a et 4a).
Inversement le panneau 66 est disposé en position basse sur
la paroi latérale 55b.
La situation est inverse lorsque les gaz de combustion Ge
sont introduits au niveau du caisson latéral 55b (figure 6b).
Dans ce cas le panneau 66 se trouve en position haute sur
cette paroi latérale, ce qui dégage les perforations de la
partie basse (figure 5b) et le panneau 66 est disposé en
position basse sur la paroi latérale 55a (figure 4b).
Différentes variantes sont possibles sans sortir du cadre
de l'invention.
Il est possible de mettre en aeuvre un four de structure
différente, notamment si les matériaux à traiter ont une
forme et/ou un volume différent (par exemple pour des
matériaux granulaires, tels que des copeaux).
Il est par ailleurs également possible de mettre en ouvre
le four décrit en référence aux figures 4 à 6 avec une unité
de traitement thermique de structure différente. Par exemple
avec une unité de traitement thermique selon l'art antérieur.
La structure du four proposée par l'invention permet en
effet d'obtenir facilement un courant des gaz de combustion
ayant une orientation transversale dirigée d'une paroi du
caisson vers l'autre paroi avec la possibilité d'inverser
facilement le sens de parcours du courant gazeux pour
homogénéiser le traitement. Le courant gazeux transversal
peut également avoir toujours une orientation du bas vers le
haut du caisson même lorsque le sens de parcours du courant
dans le four se trouve inversé.
Il est également possible de mettre en oeuvre un moyen
frigorifique de structure différente, par exemple utilisant
un fluide autre que l'ammoniac pour le transfert thermique.
On pourra utiliser une unité frigorifique à compression
classique mettant en oeuvre l'énergie électrique. Cependant le
moyen à absorption proposé par invention permet d'utiliser
d'une façon optimale les ressources thermiques de
l'installation.
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Il est aussi possible de remplacer le surchauffeur 16 par
un moyen de chauffé distinct plus classique, par exemple un
autre brûleur. Dans ce cas il sera inutile de prévoir un
générateur de gaz 17.
Cependant la solution proposée par l'invention permet
d'optimiser le rendement thermique tout en permettant
l'alimentation de fours de séchage 12.
Il est enfin possible d'utiliser une unité conforme à
invention pour réaliser le traitement thermique d'autres
types de matériaux, par exemple des matériaux organiques ou
des matériaux végétaux tels que la paille.
On a représenté sur la figure 7 un autre mode de
réalisation d'une unité 1 de traitement thermique selon
l'invention.
Suivant ce mode, le foyer 6 est toujours chauffé par un
brûleur (non représenté) et -les gaz de combustion sont
refroidis à leur sortie du foyer 6 par le premier condenseur
11." Comme dans le mode de réalisation précédent, la
condensation permet d'éliminer avec l'eau une partie des
poussières contenues dans les gaz de combustion. L'eau ainsi
chargée de poussières est évacuée par une conduite 70, vers
un moyen de décantation 13. L'eau est évacuée par un
collecteur 94 vers une unité de traitement 95.
Tout comme dans le mode de réalisation précédent, le
condenseur 11 est refroidi par un moyen frigorifique 14 à
absorption qui utilise comme source chaude le foyer 6. On a
représenté sur la figure 7 par des pointillés les. conduites
Ca du circuit caloporteur reliant le moyen frigorifique 14 au
bouilleur 35 qui est réchauffé par les gaz de combustion. On
voit enfin sur la figure 7 le circuit réfrigérant T11 qui
relie le moyen frigorifique 14 au premier condenseur 11.
Ce mode diffère du précédent en ce que le surchauffeur 16
est ici constitué par un échangeur disposé dans le foyer 6 et
chauffé par le brûleur lui-même.
Ainsi, au cours du fonctionnement normal de
l'installation, les gaz de combustion refroidis par le
condenseur 11 sont conduits par un tube 71 vers le
surchauffeur 16. Une vanne 72 permet d'isoler cette branche
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de l'installation. A la sortie du surchauffeur 16, les gaz de
combustion chauds sont amenés vers des mitigeurs 74 et 75 par
une conduite 77 qui se partage en deux branches 77a et 77b.
Par ailleurs, une dérivation 73 qui se partage en deux
branches 73a et 73b conduit également une partie des gaz
froids sortant du condenseur 11 vers les deux mitigeurs 74 et
75.
Une vanne 76 permet d'isoler cette dérivation conduisant
les gaz froids.
L'unité de traitement selon ce mode de réalisation
comprend donc deux circuits distincts conduisant les gaz de
combustion issus du condenseur 11 :
Un circuit froid (73, 73a, 73b) qui est représenté en
traits interrompus sur la figure 7.
Un circuit chaud (77, 77a, 77b) qui est représenté en
traits pleins sur la figure 7.
Des flèches permettent de visualiser le sens d'écoulement
des gaz dans les différents circuits lors du fonctionnement
normal de l'unité.
Suivant ce mode de réalisation de l'invention on va donc
régler la température nécessaire au traitement (ou au séchage
du bois) en dosant, au niveau de chaque mitigeur 74, 75, le
mélange des gaz de combustion froids et des gaz de combustion
surchauffés.
Les mitigeurs 74 et 75 sont reliés au moyen électronique
23 de régulation de la température. Le moyen 23 par ailleurs
commande également l'ouverture ou la fermeture des vannes 72
et 76 permettant l'isolation des différents circuits.
Les moyens 23 assurent enfin la commande de deux pompes
3o 78 et 79. Chacune de ces pompes est disposée sur un circuit
chaud ou froid distinct et permet de régler le débit de gaz
circulant dans le circuit considéré. La pompe 78 est ainsi
disposée sur le circuit froid 73 et la pompe 79 sur le
circuit chaud (mais en amont de l'échangeur 16).
Il est en effet essentiel que la somme des débits de gaz
c'irculant dans chacun des circuits 73, 77 soit égale au débit
de gaz sortant du condenseur 11 pour ne pas étouffer la
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combustion. On assure ainsi le tirage de la cheminée en
maintenant une dépression au niveau du foyer.
Par ailleurs la pompe 79 permet de réguler la vitesse des
gaz circulant dans l'échangeur 16 ce qui permet d'assurer le
5 meilleur rendement thermique possible.
Des capteurs de débit (non représentés) sont disposés sur
les différents circuits (capteurs de débit sur les circuits
73,77 et en sortie de condenseur 11). Des capteurs de
température (non représentés) sont également prévus dans les
--10 fours 4, 12. Tous ces capteurs sont reliés au moyen de
régulation 23 afin de permettre à ce dernier d'assurer sa
fonction.
Les mitigeurs 74, 75 permettent ainsi, en dosant le
mélange des gaz chauds et froids, d'obtenir la température
15 souhaitée dans chaque four 4 ou 12.
Ce mode de réalisation de l'invention permet d'obtenir un
rendement thermique encore supérieur. En effet l'énergie
thermique fournie par le foyer 6 est directement utilisée
pour surchauffer les gaz de combustion. Les mitigeurs 74, 75
20 permettent de régler très finement la température des gaz
envoyés aux fours dans une plage de régulation importante (le
gaz de combustion circule dans le circuit froid à une
température de l'ordre de 80 C alors que le gaz chaud a une
température de l'ordre de 500 C).
25 Cette souplesse au niveau du réglage de la température
(qui permet notamment de réaliser par programmation les
paliers de montée en température et de refroidissement qui
sont nécessaires) permet d'utiliser une seule et même
installation thermique pour alimenter en gaz chauds
différents fours 4 ou séchoirs 12 ayant des températures
d'usage très différentes.
A titre de variante de réalisation, on pourra utiliser
comme surchauffeur 16 un jeu de tubulures incorporées
structurellement dans un générateur de gaz chaud tel que
décrit précédemment en référence aux figures 1 et 2 et par la
demande de brevet FR06-05589.
On pourra ainsi utiliser l'énergie thermique du foyer 6
pour assurer à la fois le surchauffage des gaz de combustion
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et la production d'un gaz chaud distinct des gaz de
combustion (et utilisable pour d'autres applications
chauffage des locaux ou d'autres fours de séchage).
Le réglage des mitigeurs 74 et 75 conduit cependant à une
perte de charge dans les différents circuits du gaz de
combustion. Pour compenser de telles pertes de charge et
assurer ainsi un équilibrage des pressions et le maintien
d'une dépression à une valeur constante au niveau du foyer 6
on prévoit un circuit d'équilibrage au niveau de chaque
circuit des gaz de combustion chauds ou froids.
Ce circuit d'équilibrage permet de réinjecter une partie
des gaz chauds ou froids en amont de la pompe du circuit
considéré.
Ainsi au niveau du circuit de gaz chauds 77 on dispose
une branche 80,83 qui est reliée au circuit 77 par une vanne
81 et par un robinet trois voies 82. Une partie des gaz
chauds prélevés en amont des mitigeurs 74,75 sont ainsi
reconduits, à la sortie du robinet 82, par la canalisation 83
jusqu'en amont de la pompe 79.
Au niveau du circuit de gaz froids 73 on dispose une
branche 84,85 qui est reliée au circuit 73 par une vanne 86
et un robinet trois voies 87. Une partie des gaz froids
prélevés en amont des mitigeurs 74,75 sont ainsi reconduits,
à la sortie du robinet 87, par la canalisation 85 jusqu'en
amont de la pompe 78.
Les vannes 81,86 et les robinets 82,87 sont commandés par
le moyen de régulation 23 en fonction de la mesure de la
dépression au niveau du foyer 6 mesure qui est effectuée à
l'aide d'un capteur approprié (non représenté). Il est en
effet plus facile de mesurer une dépression au niveau du
foyer que de mesurer le débit des gaz générés par la
combustion puis traités au niveau du condenseur 11. Dans le
fonctionnement ainsi décrit c'est le contrôle de la
dépression au-dessus du foyer qui permet de réguler la
vitesse de combustion, donc le débit de gaz générés.
Ces circuits d'équilibrage permettent de régulariser le
débit des gaz chauds et froids malgré les modifications
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apportées en cours de fonctionnement au réglage des mitigeurs
74,75.
On a représenté schématiquement sur la figure 7 deux
fours : un four de séchage 12 et un four de traitement 4.
Chaque four est alimenté en gaz de combustion à une
température régulée à partir d'un mitigeur distinct 74 ou 75.
Suivant ce mode de réalisation de l'invention la
structure de chaque four est simplifiée.
Les figures 9a et 9b montrent de façon agrandie la
structure des fours 4,12.
Un tel four comporte deux parois latérales 55a,55b en
regard l'une de l'autre. Ces parois sont réalisées sous la
forme de caissons dans lesquels circulent les gaz de
combustion. Cependant ici chaque paroi latérale est divisée
en deux demi-caissons séparés 55a1, 55a2 et 55b1, 55b2.
Un caisson inférieur 55a1 ou 55b1 est destiné à recevoir
les gaz de combustion qui sont fournis par le mitigeur 74 ou
75.
Un caisson supérieur 55a2 ou 55b2 permet de collecter les
gaz pour leur évacuation après leur passage dans le four
4, 12 .
Afin de piloter le sens de circulation des gaz à
l'intérieur du four, une vanne trois voies 88 ou 89 est
disposée en amont des caissons inférieurs 55a1, 55b1. Une
autre vanne trois. voies 90 ou 91 est disposée en aval des
caissons supérieurs 55a2, 55b2.
Il est ainsi possible d'assurer, par la commande des deux
vannes du four considéré, le pilotage du sens de passage des
gaz (G) d'une cloison 55a vers l'autre cloison 55b.
La figure 9a montre ainsi un four dans lequel les gaz
circulent de la droite vers la gauche. La vanne trois voies
88, 89 est commandée pour envoyer les gaz de combustion vers
le caisson inférieur droit 55b1. Les gaz sortent de ce
caisson au travers des perforations 65 et ils se dirigent
suivant la direction représentée par les flèches vers le
caisson supérieur gauche 55a2. En effet la vanne 90, 91 a été
commandée de façon à isoler le caisson supérieur droit 55b2
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et relier le caisson supérieur gauche vers le circuit
d'évacuation des gaz (vers le deuxième condenseur 41).
On a représenté en grisé sur les figures 9a, 9b les
caissons inactifs. Il n'est plus nécessaire avec ce mode de
réalisation de l'invention de prévoir un volet coulissant
pour masquer les perforations des parois. Les gaz suivent
naturellement le chemin qui leur est accessible.
On voit en considérant la figure 9b qu'en inversant les
sens des vannes 88, 89 et 90, 91 l'écoulement des gaz
s'effectue suivant une direction inverse : du caisson
inférieur gauche 55a1 vers le caisson supérieur droit 55b2.
Un tel mode de réalisation des fours est de conception
plus simple et plus robuste que celui décrit précédemment en
référence aux figures 4 à 6. Il permet également de faciliter
l'étanchéité des fours et de limiter ainsi les fuites et
pertes de gaz.
La figure 7 montre, en aval des fours, les deuxièmes
condenseurs 41 qui permettent d'éliminer l'eau qui est
incorporée aux gaz en sortie des fours.
Ces condenseurs 41 sont reliés au moyen frigorifique 14
par des tubulures T41. L'eau chargée de résidus est reçue
dans des bacs 92, 93. On remarque sur la figure 7 que (le
four 12 étant un four de séchage) les gaz sortant du four 12
n'incorporent que de l'eau et que cette dernière peut être
ainsi conduite en sortie du bac 92 directement vers le
collecteur 94 qui conduit les eaux vers une station de
retraitement 95.
Le four 4 est un four de traitement thermique du bois, le
condensat des gaz sortant de ce four renferme donc de
nombreux composés organiques volatils tels que des
hydrocarbures condensables. le bac 93 est donc relié à un
moyen de décantation 42 (par exemple de type déshuileur à
débordement) qui permet de séparer les eaux et les huiles (ou
acides gras) qui sont récupérées dans un bac 44 en vue d'une
réutilisation ultérieure (revalorisation dans l'industrie
chimique ou bien utilisation comme combustible).
L'eau issue du moyen 42 est évacuée vers le collecteur
94. Les fractions gazeuses des effluents pourront être
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récupérées et conduites vers le brûleur comme cela a été
décrit en référence au mode de réalisation précédent.
On voit sur la figure 7 que les deuxièmes condenseurs 41
sont reliés en aval à un collecteur 100 d'évacuation des gaz
vers l'atmosphère. Ce collecteur comporte un ventilateur 43
(ou groupe de ventilation) qui permet de réguler la vitesse
des gaz dans - les fours 4, 12. La régulation est complétée à
l'aide de venturis 96 et 97 qui assurent une mise en légère
dépression des fours 4, 12. Le niveau de la dépression est
réglé à l'aide de vannes 98 et 99 qui sont pilotées par le
moyen de commande 23.
Les vannes 98, 99 permettent ainsi de gérer avec
précision la vitesse des gaz circulant dans les fours. Il est
en effet souhaitable que cette vitesse soit la plus faible
possible (quelques dizaines de centimètres par seconde) de
telle sorte que le traitement thermique effectué se rapproche
d'un étuvage ce qui permet d'éviter la torsion et
l'éclatement des matériaux organiques traités (bois).
Les vannes 98 et 99 pourront être disposées en amont des
deuxièmes condenseurs 41. Il sera alors possible d'associer
plusieurs fours à un seul et même condenseur 41. Chaque vanne
98,99 assurera alors d'une façon individuelle le pilotage du
débit des gaz dans le four auquel elle est associée.
On constate à la lecture du descriptif précédent que ce
mode de réalisation de l'invention est particulièrement
économique et permet d'utiliser de façon optimale l'énergie
thermique fournie par le foyer, aussi bien pour engendrer un
gaz pauvre en oxygène, que pour le chauffer et réguler sa
température et sa circulation dans les fours.
Ce mode de réalisation nécessite cependant une phase de
démarrage particulière qui va être décrite en référence à la
figure 8.
Au cours de cette phase de démarrage il est nécessaire
d'amorcer le fonctionnement du moyen frigorifique à
absorption 14. Ce dernier doit atteindre un régime de
fonctionnement assurant au niveau du condenseur 11 une
température donnée (comprise entre 5 C et 20 C) permettant
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d'assurer la condensation des impuretés contenues dans les
gaz de combustion.
La phase de démarrage va donc utiliser l'énergie
thermique du brûleur pour amorcer le fonctionnement du moyen
5 frigorifique. C'est en effet l'échangeur 35 qui prélève
l'énergie thermique nécessaire au moyen frigorifique 14.
Au cours de cette phase de démarrage les fours 4,12 sont
complètement isolés des circuits de gaz.
Les vannes 72 et 76 sont donc fermées et les gaz de
10 combustion ne circulent pas dans le circuit froid 73. Les
mitigeurs 74 et 75 sont par ailleurs dans une position
assurant l'isolation des fours 4 et 12.
On a représenté sur la figure 8 en traits pleins les
circuits de gaz actifs et en traits pointillés les circuits
15 de gaz inactifs.
Les pompes 78 et 79 sont stoppées. Un clapet anti-retour
104 est interposé entre la pompe 79 et le circuit chaud 77 en
amont du surchauffeur 16.
Ainsi les gaz de combustion sortant du foyer sont
20 conduits directement au travers de la canalisation 103 vers
l'air libre. Une vanne 102 a pour cela été ouverte et le
robinet trois voies 87 a été positionné de façon à isoler le
circuit d'équilibrage 84, 85.
La seule fonction des gaz de combustion est donc alors
25 d'amorcer le moyen frigorifique grâce à l'échangeur 35.
Le circuit du surchauffeur 16 ne reçoit pas lors du
démarrage la circulation des gaz de combustion. Afin de ne
pas le détériorer pendant cette phase, on fait circuler dans
celui ci de l'air frais déshydraté. Cet air est fourni par un
30 groupe de ventilation 106 au travers d'un clapet anti-retour
105 et il alimente le surchauffeur 16. L'air est déshydraté
au travers du condenseur 107 d'un moyen frigorifique
spécifique (moyen frigorifique conventionnel à compresseur).
L'eau condensée est évacuée vers le moyen de décantation 13.
Les clapets anti-retour 104 et 105 assurent l'isolation
des circuits d'air frais de démarrage et des gaz de
combustion. Il suffit d'interdire le passage de l'air fourni
par le groupe de ventilation 106 vers la pompe 79 (clapet
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104), et d'interdire inversement un retour des gaz de
combustion du surchauffeur 16 vers le groupe ventilateur 106
lors du fonctionnement permanent(clapet 105).
L'air déshydraté est donc conduit vers le surchauffeur 16
et il passe dans le circuit chaud 77. Il ne peut aller vers
les fours (mitigeurs 74,75 fermés) et il emprunte le circuit
80, via la vanne 81 qui est ouverte. Le robinet trois voies
82 est positionné de telle sorte que cet air réchauffé par le
foyer 6 est évacué à l'air libre au travers de la
canalisation 103.
Un condenseur 101 est disposé au niveau du circuit 80. Ce
condenseur est relié au moyen frigorifique à absorption 14
(en parallèle à l'échangeur principal ou bouilleur 35). Il
assure une récupération complémentaire des calories
véhiculées par l'air chaud. On favorise ainsi le démarrage
rapide du moyen frigorifique 14.
L'air réchauffé issu du circuit 80 peut éventuellement
être conduit au foyer 6 pour assurer un préchauffage.
Lorsque la température du condenseur 11 a atteint la
valeur souhaitée (comprise entre 5 C et 20 C), les vannes 72
et 76 s'ouvrent progressivement tandis que la vanne 102 se
ferme progressivement et que les pompes 78 et 79 se mettent
en route (et que le groupe ventilateur 106 s'arréte). Les
différentes vannes et mitigeurs sont ensuite commandées de
façon à équilibrer les débits en fonction des températures
souhaitées pour les fours.
Lorsque la vanne 102 est complètement fermée et que le
groupe de ventilation 106 est arrêté la phase de démarrage
est terminée
