Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
~`VO92/16613 ~1 0~ 8 PCT/FR92/00219
"Réacteur mélangeur tournant immergé, notamment pour
la fermentation anaérobie des ordures ménagères humidifiées"
La présente lnventlon concerne un réacteur mélangeur tournant
immergé,des~lné notamment à la fermentation anaérobie des matières organiques
solides humidifiées, pâteuses ou liquides,tels que les ordures menagères ou
déchets asslmllés, préparés pour avoir des caractéristiques decoulement et de
5 frrmentation acceptables.
Ce type de déchet se r;aractériSe par des constituants ayant
des granulométries et des densités héterogènes qui prwoquent souvent des
phénomènes de décantation et des vitesses d'écoulement non homogènes des
différents constltuants. Cela lmplique des moyens de brassa~qe de la masse de
10 matière contenue dans le réæteur,en ayant recours, notamment, à des agitateurs
de type mécanique ou à des injections de gaz sous pression.
Les agltateurs de type mécanlque,dans ce genre de
matière,ont une longbvité très réduite par usure prématurée de leur partie
mobile,de plus ils se r~incent souvent par enroulement de constituants filiformes
t 5 de grande longueur( notamment les bandes magnétiques usagées), autour de leurs
pales. Les injectlons de gaz nbcessitent un appareillage complexe de compressionet de dlstrlbutlon mettant en oeuvre de nombreuses vannes et tuyauterles, et
l'ef~et de brassage ainsi obtenu,laisse subsister des zones mortes non brossées où
les constituants les plus denses forment des conglomérots qui grossissent ou fil20 du temps,rendant alnsl nécessalre des interventlons pérlodlques de nettoy~ge. Les
lnjecteurs de gaz par allleurs sa bouchent tres souvent par pénbtration de
m~tière dons leurs orlfioes,oe qui entraîne également des opérations compliquéeset couteuses d'entretien. Les réacteurs connus,de type tournant,ont des limites
supérieures de dimensionnement du fait que la totalité des masses en rotation( la
25 propre masse du réacteur plus la masse de la matlere contenue) repose sur despallers ou des galets qul ne peuvent ~tre lndbflnlmen~ eugmentés en tallle sans
attelndre des coûts prohlbltlfs,voir meme présenler une tolole imposslbillté
technlque de réallsatlon. Certaines réactions de fermentatlon requlerent un
apport thermlque ou,au contraire,un refroidissement,selon qu'elles sont
~0 endothermiques ou exothermiques rendant ainsl nécessaire la mise en place
d'échangeurs tournants qul dolvent être alimentés par des jolnts rotatlfs. La
plupart des réacteurs, de type tournant,fonctlonnent d'une manière
dlscontinue,c`est à dire que la matière a traiter est introcuite et extraite quand le
_c ~; ;.` i~ , . . .
FelJlLLE DE REMPLACEI~rlEMT
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c~n~emJe, sans r~artl~, mobilcs in~ernes, eil capaOles d'ei~re allmentes et Yi~s en
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Pour ~ ~aire.s~!on un prsrll~r mr~ de real~sat!on rA
r.~er~ ,n,~ e- ~i cs~ un r~eue meilang~ur ,Ce type lGurr,an',~ns~ltue~Sun
- 10 coi~ps creiJx eylir,~rir~ue c a~e s~nsiblernenl hcrizontal,~mpor'~nt des elemen~s
' ~ ~nternes ,;c!;Galres ,~e 1~ p~r!~e ~our^.an~e ~u re~leur,adap~és o re(r.~rner Id
~allcre c~nlenue Xnc !c rcaC.~eur,~uanc c~lui-c; esl nlm~ C'un mouYemcnt ce
'' . r3;alion: c3ract~rice~ en Cc qUe un rnr,yen esl pre~u prJur InlrGCuir8 el extralr~ la
m~iere a lrailcr el !es 9~- issus Cc lâ rs~ct;on~sdns uliliser ce ~olnls
15 tcurn~n~s en cz CUC un m~en es~ prevu pcur extr2ire le gaz prr~uit Par ia
r~ætio j~__ _cn r~ quc l.n
~n~yen cc~ pr~u poun eYiter l'enrctulement C'~léments f'lifortnes lonss sur les
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'~ . o ~out moment lo quenlitc ~3 mat~ere c2ntenu~ don~ le rocc~eur en oe q'Jt3 Ull
`~ ~'; 20 moy--n est prevu Pour anruier ~out ou prr~ie ~es cnarrjes auc~ ~ l'effet oe la
Gesantt3ur sur les ~ailcrs ou c~le~s suDportant 13 rotd'ion du r~cteur ~n ce quemcr ens scnt prc~ us pour m3inlenir kt lernpecature ~ sa va~ur i~aie paur
1~ re~c~icn ~e ~er!ncn~.aticn ee !a ma~iere c~n~enue en r~ que ~es m~ens s~rl
provus pour provrJque~ ou 3i~cr la ~olallon du rt~cteur e~ en ce que un mr~en esl
25 pre~u Dour permc~trc l'ln~l~r~uc~!cn W le r~c!~ ~e l~ ~totiere'~ ~r~l~er ~n
dl~rbrsnts polnls particul~crs le long ~8 la r~nbralnl2 infer~eure du r~leur
Solon un t~uxr2me modc de r~t~is~llon dr l'lnvenlion ~elle
` . -ci est un réaClCur identlrlue au pr~enl Sou~ en oe ~ui ccnrarne les ~nr~ens
d'irtrrductlon et d'e~tr~ction de la mrtlbre et du ga~ qul sont t~vns ce cas
30 c~rxtdrlves pcr dc5 ojul~cs ~ixes dons l'es~æe solid~i~es v~ lo portie fixe ~v~'un
jolnt tournani caract~rise en oe que le joint lournv~nl pcss~de un lolnl circulaire
a levr~, r~ui assur~ unc e!anc~,ti~te statit~ue; quand le r~acteur est 3 I arret,et
-- ~nam~que,sous l'e~fe~ d une in;ec~cn ~e li~ulde sous presston r~u~nd le reacteur
FIZ:UILLE ~E REr1PLACEMENT
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wo 92/16613 ~ 1 Q ~ ~ 5 g Pcr/~Rg2/002l9
`- 3
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est en rotation, et en ce que une régulation de la pression du liquide in)ecté dans
le joint tournant est prévue pour régler la pression différentielle entre la
matière contenue dans le réacteur et le liquide injecte,à une vsleur préétablie et
restant constante,tout au long du joint cirsulaire à lèvre ci- avant
Dans la description qui va suivre et dans les dessins
annexés,le mcyen supportant la rotation du réacteur sst représenté par des
paliers De même,le moyen permettant de compenser l'ef~et de la force de la
pesanteur des masses tournantes sur les paliers, est représenté par une piscine
en magonnerle ou en béton armé,contenant un liquide dans lequel se trouve plus
o ou moins immergé le corps du réæteur Ces choix,effectués dans un but de clartéet de compréhension des dessins ennexés ne préjugent pas de ceux qui seront faits
pour la réalisation effective, con~ormbment à l'esprit de l'invention
(Notamment,les paliers peuvent être remplacés par des bandages rerclant le
corps du réacteur et roulant sur des galets,et la piscine peut être rempiæée par15 un récipient cylindrique concentrique avec le corps du réacteur,sans que cela déroge à l'esprit de l'~nvention )
La description qui va suivre, faite en regard des dessins
annexés,dans un but explicatif et nullement limitatif, est effectuée pour mieux
faire comprendre les avsnt~ges,buts et csrsctéristiques de l'invention
-Ficure 1 est un schéma representant en coupe un
reacteur conçu selon le premier mode de réalisation de l'invention
-Fiaure 2 est un schéma explicitant comment est
realisé le m~en permettant d'introduire ou d'extraire la matière ou le gæ, du
corps du réacteur,conçu selon le premier mode de réalisation de l'lnvention
z5 -~ est un schéma, montrant on coupe, comment
est réallsb le moyen permettant d'lntrodulre ou de recycler la matlère, en
dlfférents polnts psrticullers,le long de la génératrlce lnterne lnfbrleure du
corps d'un réacteur,concu selon le premler mode de rballsatlon de l'lnventlon
-Fiaure 4 est un schéma montrant ,en coupe, comment
30 sont constituées les vannes spéciales qui interviennent dans la réallsatlon du
moyen, objet de la figure 3
-Fiaure 5 est un schéma,montrant en coupe, comment
est conçu un réacteur selon le deuxieme mode de réallsation de l'invention
~E:U'L L~ F~e~MPt ~C~ $~
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WO 92~16613 PCI/FR92~00219
-Fiaure 6 est un schéma ,montrant en coupe.comment
est réalisé le joint tournant ainsi que la réaulation de la pression dif~érentielle
entre la matière contenue dans le réacteur et le liquide injeoté dans le joint
tournant.
-Fiqure 7 est un æhéma,montrant en coupe,comment
est réalisé le moyen permettant d'introduire ou de r~cler la matière, en
différents points particuliers,le long de la génératrice interne inférieure du
réæteur, conçu selon le deuxième mode de réalisation de l'invention .
-Fiaure 8 est un schéma ,montrant en coupe,quels sont
10 les eléments qui interviennent dans le moyen permettant d'annuler tout ou partie
des charaes dues à l'effet de la pesanteur sur les paliers supportant les massestournantes.
-Fiaure 9 est un æhéma de principe montrant
comment est réalisé le mo~fen permettant d'annuler tout ou partie des charges
15 dues à l'effet de la pesanteur sur les paliers supportant les masses tournantes.
-EipLre ! 0 est un æhbma de principe montrant
comment est réallsé un premler moyen permettant de maintenir la température
de la mstlère contenue dans le reacteur, à une valeur idéale pour le type de
réaction prévu.
-Fiaure 11 est un æhéma de principe montrant un
prsml~r moysn ds mlse sn rotation du corps du rbæleur.
-Fiaure 12 est un schéma de principe montrant un
deuxième moyen de mise en rotation du corps du réacteur.
-Les fiaures 13 et 14 montrent un troisième moyen de
25 mlse en rotation du corps du réacteur.
ures L ~ montr~nt un quatrlème mayen de
mlse en rotatlon du corps du reactsur.
-Flaure 17 montre une varlante du moyen permettant
de maintenir la matière à la tempbrature requiss pour la réaction.
DESCRI PTION
-Dans la fioure 1 on trouve:un corps de réacteur 1 ,une
virole de réacteur lA,un fond lB, un fond lC,un ajutage 2,une tubulure axiale
2A,une tubulure 3,une vanne 4,un ajutage 5,un ajutage 6, une chambre
FiZU~LLE DE REMPLACEM~N~
WO92/1C613 1~ fl 5~ PCI'/FR92/00219 -
annulaire 6A,une tubulure 7,un orifice 7A,une vanne 8,une bobine 9,une bobine
lO,une bobine 11 ,une double enveloppe 12,un ajutage 12A,un ajutage 12B ,une
bobine 13,deux tourillons 14,cieux paliers lS,deux éléments de retournement
16, six ]oues de bobine 17,une couronne dentée 18,un moto réducteur 19,un
5 pignon 1 9A, deux organes de pesée 32 et un châssis support 33 .
Le réacteur, selon ce premier mode de rbalisation,est
un ensemble mécanosoudé rigide conçu pour pouvoir tourner autour d'un axe
horizontal matérialisé par les deux tourillons 14 qui tournent librement dans les
paliers 15. Les paliers 15 reposent sur les organes de pesee 32 qui sont posés
10 sur le châssis support 33,ces organes de pesée 32,qui peuvent être du type à
jauge de contrainte, permettent donc de connaître, à tout moment ,la charge totale
en rotation,ce qui permet de conna~tre la charge réelle de matiere contenue dansle réacteur en déduisant la charge représentée par la masse du réacteur vide. Leréacteur 1 se compose d'une virole lA,realisée en tôle cie métal roulée et
15 soudée,pour former un corps creux ferme par les fonds 1 B et 1 C. La matière à
tralter est introduite sous pression dans 1' ajutage 2 qui débouche
tangentlellement sùr la tubulure axiale 2A qui amène la matière dans le corps duréacteur 1. La matière est extraite par la tubulure 3,par aspiration sur 1'
ajutage 5,quand la vanne 4 est ouverte. Le gaz, issu de la réaction de
20 fermentatlon,passe par l'orlfice 7A,par la vanne 8 alors ouverte,par la tubulure
7,par la chambre annulaire 6A et 1' ajutage 6 où il est extrait. La configuration
normole d'exploitation de oe réacteur est oelle représentee sur oette figure 1,
c'est à dire le réacteur arrêté, avec la vanne 8 ouverte en position haute,la
tubulure 3 en position basse,la vanne 4 étant ouverte. Dans cette configuration
2S le réacteur peut être allment~ en contlnu ,le gaz prodult est extrait en
permanence ainsl que la matlère ~ermentée. Les ~léments lnternes de
retournement 16 ,sont, sur cette flgure, au nombre de deux et sont censés être
plats,réalisés en plaque de métal,dlsposees symétrlquement, dans un même
plan,de part et d'autre de l'axe de symétrle lmaglnalre qui passe par les cieux
30 tourillons 14. Ils sont censes être soudés sur la virole lA et sur les deux fonds
1 B et 1 C. Le nombre et la forme réelle qui seront donnés à ces élements internes
de retournement,pour la realisation effective de 1' invention ,dépendront
essentlellement des caractérlstlques de décantatlon et de viscoslté de la matlère
FEU!LLE DE REMPLACEMENT
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,
WO 92/16613 PCI'/FR92/00219
traiter. La fréquenoe et la durée des périodes de rotation du réacteur seront
également choisies sur les mêmes critères. . C est durant ces courtes périocies de
rotation que les vannes 4 et 8 seront fermées,elles sont de préférenoe à
commande automatisée,actionnée par un automatisme ,non représenté,mais très
5 facile à conoevoir,qui n'autorisera l'ouver ture des vannes que si la rotation est
arrêtée et si le réacteur est dans la position précise, représentée sur cette
figure 1. La vanne ~ est d'un type connu, en génie chimique,sous l'appellation de
"vanne casse croûte"elle est dotée d'un nbturateur cylindrique à déplæement
axlal,et en position de fermeture cet obturateur vient affleurer la paroi interne
10 de la virole lA. Cette disposition empêche que de la matière ne vienne obstruer
l'orifice 7A, quand oelui-ci ,durant la rotation, se trouve placé en dessous du
niveau de la matière. Le niveau maximum de remplissage de matlère dans le
réacteur doit toujours laisser un volume libre suffisant au plus près de la
génératrice supérieure du réacteur,pour permettre au gaz produit de s'échapper
15 par l'orifice 7A . Ce niveau maximum de remplissage est vérifié par les
indications fournies par les deux organes de p~ 32 qui psuvent d~livrer une
alarme en cas de dépassement. Autrement ,en exploltation normale,le niveau de
remplissage peut varier en fonction des régimes d'alimentation et d'extraction de
la matière. Les joues de bobine 17 sont réalisees en forte tôle de métal et
20 découpées en forme oie couronne circulaire, pour former deux à deux ,les boblnes
9,10,11 et 13 sur lesquelles viendront s'enrouler des tubes souples,selon le
prlncipe représenté par la figure 2 ci- après. La double enveloppe 12 est
constituée d'une feuille de métal roulée, d' un diamètre sensiblement plus grandque le diametre de la virole IA, et se trouve reliée à cetts dernibre par deux
Z5 éntretoises en forme de couronne clrculaire d~ façon à former autour de 1~ vlrole
lA un volume annulalre ferm~,concentrlque avec le corps du réacteur 1, pouvant
contenir un liqulde caloporteur. Ce liqulde caloporteur est lntroduit par 1'
alutage 12A et ressort par 1' alutage 12B apr~s avolr parcouru la double
enveloppe à travers un jeu de chlcanes non representb. La température ot le
30 d~bit du liquide caloporteur sont commandés par un dispositif de régulatlon non
représenté qui aglt sur vanne réglable qul commande le déblt de fluide
caloporteur.
La couronne dentée 18 est solldement flxée sur la virole lA par une
FEUILLE DE REMPLRCEMEN~
~ ~wO 92/16613 ? 1 Q t ~ S ~ pcr/Fw~/oo2ls
soudure ou ,autre moyen équivalent,et se trouve en prise avec le pignon 1 9A du
moto réducteur 19. Celui-ci est fixé sur le châssis 33 ,qui porte également les
organes de pesée 32 sur lesquels reposent les paliers 15.
-Dans la fioure 2 on trouve:l'un des ajutages
S 2,5,6,12A,ou 12B;l'une des joues de bobine 17,un tube souple enroulé en
spirale 20 ,une bride 21 ,un point fixe 21 A et un coude 22.
Cette figure permet de comprendre comment sont
rléalisés les moyens d'alimentation et d'extraction de la matière et l'extraction du
gaz,ainsl que les autres entrées et sorties de fluides auxiliaires pour les échanges
10 thermiques,la régulation ou les mesures qui sont par ailleurs nécessaires a la
conduite de la fermentation.
Le tube souple 20 est un tube en élastomère armé, de
nature et carætéristiques adaptées à la matière,ou au fluide, qu'll doit æheminer
et qul est lové en spirale entre deux joues 17 formant une bobine coaxiale avec le
15 corps du reacteur. Ce tube 20 est solidement fixé par un moyen approprie sur 1'
ajutage 2,5,6,12A ou 12B par une de ses extrémités,l'autre extrémité étant
également solldement flxée sur le coude 22 qul falt corps avec la brlde 21. Cette
dernlèrs est elle même flxee sur un polnt fixe 2 lA Dans la positlon représentéesur oette flgure 2,on voit que le tube souple 20 peut s'enrouler d'envlron un tour
20 sur la bobine,sl celle-cl tourne dans le sens antl horalre et inversement se
dérouler d'un tour,si cette bobine tourne dans le sens horaire. Ces enroulementset déroulements alternés provoquent le resserrement ou le desserrement des
spires faites par le tube 20 sans laisser toutefois celui-cl sortir d'entre les
~oues 17 où 11 se trouve guidé. Il s'en suit que le r~acteur peut donc faire deux
25 tours consécutlfs dans chaque sens d~ marche,sens 9~n~rer de dbformatlon
pré~udlclable à la longévl~é dss tubes souples 20. Un automatlsme approprié
commande la rotation alternée du moto réducteur 19 (vlsible sur la flgure 1 ),de.. telle sorte qu'll n'y ait pas d'efforts de tenslon sur les tubes 20, durant ces
rotations. Le brassage de la matière contenue est donc posslble,mals d'une facon30 alternée,ce qul, en falt, est un élement favorable, pour éviter que des
constltuants flllformes longs ,de la matlère, ne s'enroulent sur les éléments
lnternes de retournement 1~ ou sur tout autre équipement interne. En effet le
debut d'enroulement qui pourralt éventuellement survenir durant la rotatlon
FeVlLLE DE REMPLACEI~
~ - .
. . . .-. . ... ...
~ln~
WO 92/16613 PCI/F1~92/00219
dans un sens de marche, se trouvera annulé lors de la rotation inverse du corps
du réæteur.
-Dans la ficure 3 on trouve:le corps du réacteur 1 ,la
virole 1 A,le fond 1 B ,le fond 1 C,l' aj utage 2 ,la tubulure 2A,une tubulure 2B ,une
5 tubulure 2C,une tubulure 2D,une tubulure 2E,un ajutage 2B 1 ,un ajutage
2Cl,un ajutage 2Dl,un ajutage 2El,une vanne 2F,une vanne 2G,une vanne
2H,une vanne 2J,un manchon 2K,la tubulure 3,une tubulure 3A,la vanne 4,1'
ajutage 5,1' ajutage 6,1'orifice 7A,la vanne 8,1a bobine 9,la bobine 1 0,la bobine
1 1 ,les deux tourlllons 14, les deux paliers 1 5,1es éléments internes de
10 retournement 16, et les cinq joues de bobine 17.
L' ajutage 2 arrive tangentiellement sur la tubulure 2A
qul est exactement sltuée dans l'axe de rotation du corps du réacteur 1 ,elle est
soudée au passage du fond lC,d'une manière étanche. Un manchon ?K relie
mécaniquement(par soudure par exemple)la tubulure 2A ci avant avec une
15 tubulure 3A,placée sur le même axe et qul est soudée au passa~e du fond 1 B ,oe
manchon 2K n'assure que la continuité mécanique des tubulures 2A et 3A,sans les
menre en communlcatlon h~ydraullque,celles-cl ayant chæune un fond fermé au
droit du manchon 2K. La tubulure 3 est soud~e sur la tubulure 3A,elle sert,
comme dans la figure 1, à l'extractlon de la matlère qui passe par la tubulure 3A
20 et la vanne 4,pour sortir par 1' ajutage S. Les quatre tubulures 2B à 2E sontsoudées perpendlculairement, et dans un meme plan,sur la tubulure 2A avec
laquelle elles se trouvent toutes en communication hydraulique. Ces quatre
tubulures 2B à 2E,a l'opposé de leur soudure avec la tubulure 2A,traversent la
vlrole lA,sur une même ~bnératrlce,au nlveau de laquelle elles sont soudées au
25 passa~e,et se termlnent ,a l'extbrleur de la vlrole lA,chacune par une brlde 2F I
,non représentée sur la flgure 3 mais vlslble sur la flgure 4 suivante. Les quatre
ajutages 2Bl à 2El communiquent respectlvement ovec les tubulures 2B à
2E,sur lesquelles lls sont soudés perpendlculalrement,au plus près de la
génératrlce inférieure interne de la virole lA. Les explications relatives au
30 fonctlonnement du mayen d'introciuction et de recyclage de la matière,en
dlfférents points particuliers le long de la génératrice inférieure interne de la
virole du réacteur 1 ,seront données après le de~criptif de la figure 4.
-Dans la fioure 4 on trouve:La virole IA et la tubulure
FEUILLE DE REMPLACEMENT
, WO92/16613 ~1 0~ i8 PClJF1~92/00219
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2B(lnterrompues),l' ajutage 2Bl ,la vanne 2F,une bride 2Fl,un obturateur
cylindrique coulissant 2F2,un ajutage 2F3,un servomoteur de vanne 2F4
(symboli.sé),deux joints circulaires b lbvre orientée 2F5 et une cavité 2F6.
Cette ~igure 4 représente l'une des quatre vannes 2F à
5 2E ( la 2F en l' occurrence), son descriptif est donc valable pour chacune de oes
quatre vannes,à condition d'adapter les repères, à chaque vanne concernee.
Le fonctionnement, de ce moyen d'introduction et de
recyclage d~ la matière,an différ~nts points particuliers la long de la gbnératrioe
Inférieure interne de la virole du réacteur l ,est le suivant: En premier lieu,le
0 fonctionnement de la vanne 2F va être décrit en regard de la figure 4. C~tte figure
4 représente la v~nne 2F en position d'ouverture. quand celle-ci se
~erme,l'obturateur 2F2 vlent se placer au drolt de l' a~utage 2B l ,qul se trouve
ainsi obturé ,et la tubulure 2B,bien que sous pression de matibre,ne peut pas sedéverser dans le réæteur l par l' ajutage 2B l. L' ajutage 2F3 permet
I S d'lntrodulre, derrlère l'obturateur 2F2,un liqulde sous presslon dans la cavité
2F6 . Quand la presslon, dans oette cavltb 2F6, depasse h pression de la
matlere, au nlveau de la génératrloe lnférleure de la virole IA, la lèvre de
chacun cies deux jo1nts 2F5 se couche vers le haut et lalsse fuir d'autant plus de
liquide vers la tubulure 2B que la dlfférenoe de pression est plus élevée entre le
20 llqulde et la matlère, Un flux de llqulde, de forme annulaire,vlent, en quelque
. sorte,chassar la matlbre qui pourralt gêner la farmature de la vanna 2F.Cette
injectlon de liqulde n'~ lieu que duront la monoeuvre de fermeture ou d'ouverture
de la vanne 2F, Un automatisme, non représenté,interdit la manoeuvra de la
vanne 2f si la dlffbrence de presslon n'est pas sufflsante. Cette disposltlon
25 partlcullbre p~rmet de monoeuvrer les vanne8 2F ~ 2J,sans rlsque qu~ello8 se
bloquflnt ou qu'ellss se d~térlorent p9r le colncement de con5tltuants durs de la
motlère ou niveou du jeu exlstont lnbvltoblement entre l'o~turoteur 2F2 et le
corps de la vanne 2F. Dans le fonctlonnement normal de ce moyen d'lntroductlon
et de recyclags de la matlbre,en dlffbrents polnts particuliers le long de la
30 gbnbratrlce lnférleure lnterne de la vlrole du réacteur l ,une seule des vannes 2F
~ 2J est ouverts à la fols,et la matlbre se trouve donc lntrrxlulte ou rec~Jclée au
drolt du saul ajutage,2Bl à 2El, qui se trouve llbbré par le retralt de
l'obturateur correspondant,2F2 a 2E2. Dans la disposltion prévue sur la figure
F E UILLE D E R E M P LA C E M E N T
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. .
?~ 1 V ~ O
W O 92/16613 PC~r/FR92/00219
, _
3, on voit qu'il est posslble d' introduire ou de recycler 1a matière en quatre
points différents du réæteur,cette disposition n~est donnée qu'à titre d'exemple et
peut ,si nécessaire, conoerner plus ou moins de points particuliers, selon le
nombre de tubulures 2B et de vannes 2F effectivement installées.
-Dans la fi~ure 5 on trouve:Le rorps du réacteur 1 ,la
virole IA, le fond lB,le fond lC, 1' ajutage 2,1a tubulure 2A, un ~aux tourillon
2Al,la tubulure.3,1' ajutage S,l' ajutage 6,1a tubulure 7,1' orifice 7A,le
tourillon 1 4,un tourillon creux 1 4A,une collerette 1 4B, le palier 1 5,un palier
annulalre 1 SA,les deux éléments de retournement 16 ,la couronne dentée 18 ,le
10 motoréducteur l9,une brlde 23,une crapaudine 24,un joint circulaire à lèvre
24A, un couvercle de joint tournant 25,une virole de couvercle de joint tournant
25A,un ~olnt clrculalre à lèvre 26,un ajutage 27,un ajutage 27A,une tubulure
27B ,une cavlté 27C,un trou 29,deux tourillons fixes 30 et deux points fixes 31.
Ce réacteur, conçu selon le deuxième mode de
l S rsallsatlon ds l'inventlon,a une architecture globale slmilaire a oelle du premier
mode ds r~llsatlon de l'lnvsntion sxposé sur la flgurs 1. Il diff~re
prlnclpalement du premler mode de réallsation en ce que ,les alutages et
tubulures qui assurent l'allmentation en matière,l'extrætion de la
matlère,l'extractlon du gaz produit st, d'une manière plus generole, toutes les
20 entrées et sortles de fluldes dlvers utlles a la bonne marche de c9
rsscteur,rsstsnt flxss dans l'sspacs st ns tournsnt pas avsc le corps du réactsur.
Toutes ces tubulures et ajutages traversent le couvercle 25 d'un jolnt tournant et
sont solldalres de ce couvercle 25 ,par l'intermédiaire de soudures ou de brldes
boulonnées. Dans cstte concsptlon ssul le corps du réacteur tourne pour
25 entralner les ~l~ments ds retournemsnt 16 qul sont lnterrompus au drolt des
fonds 1 B et lC pour lalsssr llbre le passag~ dss tubulures 2A,3 et 7 durant la
rotatlon du réacteur. Avantaqeusement la tubulure 2A est munie d'un faux
tourlllon 2AI ,soud~ au drolt du coude à 90- que falt cette.tubulure prés du fond
IB,et dlspos~ sxactsmsnt dans le prolongement axlal de cstte tubulure 2A . Ce
30 faux tourlllon 2A1 sst enga~qé dans la crapaudine 24 où il peut tourner llbrement
grâce a un jeu convenable,un joint clrculaire ~ levre 24 A est solldalre de la
crapaudine 24,1a lèvre de ce joint circulaire 24A est orientée de telle sorte, qu'a
I ' arrêt du réacteur ,elle assure une étanchélté d'autant plus forte que la pression
FEUILLE DF REMPLACEI~NT
. .
WO 92/16613 h~ t. Q ~ 8 ~ 8 pcr/FR92/oo2ls
dans le réacteur est plus élevée. Le faux tourillon 2Al est plus court que la
profondeur de la crapaudine 24, de façon à ménager une cavité 27C. Un ajutage
27A permet d'injecter un ~luide s~us pression d~ns la tubulure 27B qui
débouche dans la cavité 27C en passant au travers du faux tourilion 2Al. Cette
5 injection de fluide est effectuée lorsque le réacteur tourne,de façon à sou1ever la
lèvre du joint circulaire 24A et à minimiser ainsi son usure durant la rotation,et aussl de facon à emp~cher la pénétration de la matière contenue dans le
réæteur l ,dans la cavité 27C. La bride 23,1e tourillon 14 et la crapaudine 24
peuvent être réallsés d'un seul tenant par uslnage d'un bloc de métal
10 préalablement moulé. Avantageusement la bride 23 est fixée par des boulons oudes goujons filetés sur le fond 1 B ,wtour du trou 29, et elle est démontable del'extérieur de facon à pouvoir visiter et remplacer sl nécessaire le joint
24A,sans avoir à pénétrer dans le réacteur. Le couvercle de joint tournant 25 etla virole de couvercle de joint tournant 25A sont solidaires entre eux par une
15 brlde démontable non représentée. Les deux tourillons fixes 30 sont solidaires de
la virole 25A. Les deux tourillons flxes 30 sont maintenus dans les points fixes31 qul` sont flxés sur des masslfs de fondation non représentés. Le paller
annulaire 15A est solidaire de la paroi interne de la virole 25A. Le tourillon
creux 1 ~A est solidaire du fond l C sur lequel il est soude, celui-ci étont perce
20 d'un trou clrculalre du même dlamètre que ce tourlllon 14A. La collerette 14Best egolement sollciaire du tourillon 14A. Il s'en sult que le couvercle 25 ne peut
s'écarter du tourillon creux 14A. Le joint circulaire d lèvre 26 est solicement
fixé sur la parol Interne du couvercle 25 et sa levre est dlrloee vers le oentre du
réæteur en s'appuyant sur la collerette 14B, de telle sorte que la presslon
25 lnterne du réacteur pl~iue la l~vre dU )ulnt clrculalre 26 sur cette collerette
14B. On volt alnsl que le corps du rb~cteur peut tourner alors que tous les
blbments solldalres du couvercle 25, du ~olnt tournant, restent flxes.
-~ on trouve: Le fond l C
tinterrompu),l' a~utage 2,1a tubulure 2A (lnterrompue),la virole 14A, la
30 collerette 14B,le paller annulalre lSA,le couvercle de loint tournant ~5,la
vlrole 25A,le joint circulalre a lèvre 26,1' ajutage 27,1' ajutage 27A,la
tubulure 27B (lnterrompue),~ne chambre annulaire 28,1es deux tourillons
fixes 30,1es deux points flxes 31,une vanne 70,un régulateur 71,un mocule
~EUILLE l:)E REMPLACEMENT
.. '~ :,
.
~l~J~rj~ '
WO g2/16613 Pcr/FR92/oo2ls
12
comparateur 72,un tndexeur de consigne 73,un module additionneur 74,un
transmetteur de pression 75, un transmetteur de pression 76,une prise de
pression 76A et une ~rrivée de fluide sous pression 77.
Cette figure 6 montre comment le )oint circulaire à
5 lbvre 26 permet d'assurer l`etanchéité du réacteur,aussi bien à l'arrêt,que
lorsque le réacteur se trouve en rotation. Le joint circulaire à lèvre 26 est
rsaliss par moulage d' un élastomère compatlble avec la mattère à fermenter,il
est solidement fixé sur le couvercle 25 et sa lèvre ,tournée vers le centre du
r~acteur, appute sur la collerette 14B. La forme de cette levre du joint
10 circulaire 26 est telle, que la presston interne du réacteur appuie d'autant plus
fort oelle-ci sur la collerette 1 4B que oette pression interne est plus élevée par
rapport à la prssslon qul règne dans la chambre annulaire 28 sltuée
senslblement entre ie joint circulaire à lèvre 26 et la virol~ 25A. Ouand le
rsacteur sst mis en rotatlon, il y aurait un risque d'arraehage ou ,pour le moins
15 d'usure prbmaturés, ds la lbvrs du ~oint 26, si aucun autre m~en n'étalt
prbvu. En falt,quand le réacteur tourne,un fluide sous presslon(de l'eau dans les
cas les plus courants) est in~scté dans la chambre annulaire 28 à une press~on
finement reglée à une valeur trbs légbrement supérieure à oelle de la matlbre
contenue dans le réacteur,mesurée au même niveau que le point d'injsctton dans
20 la cham~re annulalre 28. Cstte prssslon dlfférentlelle est rsglés par le dlsposltlf
suivant: Le transmetteur de presston 76 dbltvre,sur le module comparateur 72,
un signal qut est représentatif de la presston mesurée dans le réacteur ,a un potnt
precis, qul se sltue à la même hauteur que la prlse de presslon rellee au
transmetteur de presslon 75 qul délivre,sur le module addltlonneur 74 un
25 slgnal qul est représ8ntatlf de la valeur d8 la presslon du flulde lnlecte dans la
chambre annulalre 28. Le module addltlonneur 74 regolt un slgnal de 1' lndexeur
de conslgne 73 qui est représentatlf de la valeur de la presslon différentlelle que
l'on veut regler à tout lnstant entre le flulde contenu dans la chambre annulalre
28 at la matl~re contenue dans le corps du réscteur. Le module additlonneur 74
30 falt la somme des deux slgnaux qu'll reçolt et envole un slgnal correspondant au
module comparateur 72. Celul-cl compare ce slgnal recu av0c le slgnal qu'll
recott du transmetteur de presslon 76 ,et 11 délivre un signal d'écart au
régulateur 71. Celul-cl tralte le slgnal recu et envole des ordres de correctlon à
FEUILLE DE REMPLACEMEl~l'r
S ~ ~i 8 PCr/FR92/00219
` 13
la vanne 70 qui règle la pression du fluide entrant par 1~ ajutage 27. L' a)utage
27A est relié à 1' ajutage 27 ce qui fait que le même dispositif de régulation agit
de la même manière sur les deux joints circulaires à lèvre 24A et 26. Il faut
noter que la dlspositlon ~udlcieuse des prlses de pression reliées aux deiux
5 transmetteurs 75 et 76, et le fait que la densité du fluide injecté dans la
chambre annulaire 28 est très voisine de la densite de la matière contenuc dans le
réacteur,font qu'il y a compensation automatique de la charge statlque due a la
hautsur des dsux liquidss sur touts la hautsur du joint tournant qui,sur lss
grands réæteurs peut être de plusieurs mètres.
-pans la fioure 7 on trouve: Le corps du réacteur 1 ,la
virole lA,le fond lB,le fond lC, 1' ajutage 2, quatre vannes 2Al a 2A4,quatre
tubulures 2B 1 a 2B4,quatre entretolses 2Cl à 2C4,un axe 2D,la tubulure 3, 1'
ajutage 5,1e tourillon 14,1e palisr lS,les élsments de retournement ds la
matibre 16,1a bride 23,1a crapaudine 24,1e couvercle 25,1es deux tourillons
15 fixes 30 et les deux points fixes 31
Cstts figurs 7 psrmst ds comprendre commsnt sst
réallsé le m~en d'lntroduction et de recyclage de la matlère,en différents polnts
particuliers le long de la gsnératrloe inférieure lnterne de la virole du réacteur
l,réolisé selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. Les quatre
20 entretolses 2Cl à 2C4 sont des plaques de métal,de forme senslblement
circulaire,disposess psrpendlculalrsmsnt à l'axs 2D,sur lequsl slles sont
soudées (ou fixees par un mo~n equivalent). L'axe 2D est réalisé dans une barre
de métal de section circulaire et d'un dlamètre adapté pour que oet axe 2D pu~sse
être sngag~ dans la crapaudlne 24 avec un jeu suffisant pour y tourner
25 llbrement. Les quatre entretolses 2C1 ~ 2C4 sont perc~es de trous, de
dlamètres odaptés et en qusntltb permettant, au nlveau de chacune d' elles, le
possage de 1' ensemble des tubulures lnternes cu réecteur ,pour solldarlser oelles-
cl entre elles et avec 1' axe 2D, et pour les rlgldlfler tout en les supportant. La
matlère a tralter est lntrodulte par 1' a~uta~e 2, qui se dlvlse en quatre
30 tubulures, pour se raccorder sur chacune des vannes 2Al a 2A4 . Une seule de
ces quatre vannes est ouverte à la fois,ce qui permet à la matlère d' être
lntrodulte le long de la génératrice inférieure du réæteur l,en un point
partlculier, correspondant à la tubulure branchée sur la vanne alors en position
E~I P.~_E~ ib-
.
WO 92/16613 Pcr/FR92/00219-
14
d'nuverture. Les éléments de retournement 16 sont au nombre de six sur cette
figure ,de facon à s'intercaler entre les tubulures 2B 1 à 2B4 sans toucher celles-
ci durant la rot~tion du réacteur. Il faut noter que ,sur cette figure, les tubulures
internes au corps du réacteur 1 sont representées comme si elles étaient toutes
5 placées dans le plan de coupe de la figure. Cette disposition a été retenue
uniquement pour la clarté et la compréhension du dessin. En réalité ces tubulures
seront, de préférence, disposées en barillet,autour de 1' axe 2D,de façon à
constituer un faisceau compacte; à ssction sensiblement circulaire, ayant pour
axe de symétrle l'axe 2D.
-Dans la figure 8 on trouve: Le corps du réacteur 1,
les deux tourillons 14,1es deux paliers 15,1a couronne dentée 18,1e moto-
réducteur 1 9,les organes de pesée 32,un châssis 33, et un llquide 34 contenu
dans une piscine 35 dotée d'une margelle 35A.
Cette figure permet de montrer quels sont les éléments
15 qui interviennent dans la réalisation du mayen permettant de compenser l'effet de
la pesanteur sur les paliers supportant la rotation du réacteur,conçu selon le
premler mooie de reallsatlon de l'inventlon. Elle convient éqalement pour un
réacteur conçu selon le deuxiéme mode de realisation de l'inventlon, à conditionde remplacer,sur le même coté de la piæine 35,1'un des touri110ns 14 par les
20 deux tourlllons fixes 30,et le paller l S par les deux polnts fixes 31.
Le châssls 33 est réallsé en charpente mbtallique mécanosoud~ ou
boulonnée,il repose sur trois ou quatre organes de pesée 32 qui sont posés sur la
margelle cie la pisclne 3SA ou sur des massifs solldaires de celle-ci. Le corps du
réacteur 1 est partiellement immerg~ dans le llqulde 34 contenu dans la pisclne
25 35, et 11 recolt donc une pouss~e d'Archlmbde ,orlent~ de bas en haut comme 11 se
doit, et qul est egale au poltis du llqulde dbplar~ par son volume lmmerg~.Cettepoussée d'Archimède vlent donc en déductlon de la force de pesanteur qul s'exerce
de haut en bas, sur les tourlllons 14 et les pallers 15.
-~ on trouve: Les organes de pesée 32, le
30 liqulde 34,1a plscine 35,une tubulure 36,une pompe 37~,un reservoir 38,une
tubulure 40,une vanne 41,un régulateur 42,un module addltlonneur 43,un
module comparateur 44,et un indexeur de conslgne 45.
Sur oette figure,le réacteur 1 ,ses paliers et tourillons 15 et
FEUILLE DE REMPLACEMENT
WO 92/16613 ~ i 2 ~ ~ pcrtFR92/oo2l9
14,ainsi que le châssis 33,tous visibles sur la figure 8 ,ont volontairement étéomis pour rendre plus clair le schéma. ll faut ,bien entendu ima~iner que ces
éléments sont présents pour la compréhension de 1~ deæription et du
fonctionnement relatifs à cette figure.
La pompe 37 est une pompe adaptée à la nature du liquide 34
contenu dans la piscine 35 et dans le réservoir 38,son débit est sensiblement
constant et est calculé de telle sorte ,qu' il doit faire varier le niveau du liquide
34 rontenu dans la piscine 35,a la même vitesse que varierait le niveau de la
ligne de flottaison du réacteur 1, si celui-ci était alimenté à son débit maximum
10 de matière,et s' il flottait librement dans la piscine 35,sans le châssis 33 ni
aucune autre liaison avec des éléments fixes. Le réservoir 38 est situé plus haut
que le nlveau le plus haut, que peut attelndre le liquide 34 contenu dans la piscine
35, de façon à ce que un ~oulement gravitaire soit possible entre ce réservoir
38 et la piæine 35. Son volume doit correspondre au volume de liquide contenu
15 dans la piscine 35,~uand le réacteur 1 s' y trouve à sa profondeur maximale d'
lmmersion. La vanne 41 est une vanne de r~gulation ,dont la posltion de sécurité,
en cas de panne d'allment~tlon en flulde de commande,est la fermeture complète.
La tubulure 40 associée à la vanne 41 grancie ouverte, doit autoriser un
écoulement gravitoire du liquide 34 vers 1~ piscine 35 ,d un debit qui dolt
20 correspondre à deux fols le d~eblt de la pompe 37 Le fonctlonnement du mayen de
compensatlon de la force de pesanteur sur les tourlllons 14 et les paliers 15 est
le suivant:
Les or~anes de pesée 32 délivrent chacun un sl3nal,
proportlonnelàlachargequ'llssupportent,surlemoduleaddltlonneur43.Celul-
25 cl fslt la somme des sl~naux reçus et envole un slgnal correspondont vers lemodule comparateur 44. Celul-cl recolt un slgnal de 1' Indexeur de conslgne
45,oe slgnal correspond à la charge nor~sle cie fonctlonnement pour laquelle lestourlllons et pallers 14 et 15 auront éte calcules,mq~oree de la charge de
pesanteur sur la masse propre du châssls 33. Le mociule romparateur 44
30 compare le signal venant du module addltionneur 43 avec le slgnal venant de
l'lndexsur de consigne 45 ,et il adresss un signal d'écart au réqulateur 42 qui
réagit sur la positlon de la vanne 41 dans le sens convenable pour annuler l'écart
constaté. Cette réqulatlon permet donc de malntenir en permanence la charge sur
FEUILLE DE REMP! ~EMFNT
~ ' ~ '` ' ' .
- ' -
~1~J ~ )O
WO 92~16613 PCl /FR92/00219
16
les tourillons et paliers 14 et 15 à une valeur infiniment plus faible que oellequ'il aurait fallu prévoir si le réæteur I n' etait pas immer~é ,ni son niveau d'
immersion regulé. En cas de panne sur la pompe 37 ou sur la c~mmande de la
vannne 41 ,ou si les informations provenant cles organes de pesée 32 sortent des5 limites prévues, l'installation complète se met en position cie sécurité c~mmesuit: la pompe 37,1'introduction et l'extrætion s'arrêtent et la vanne 41 se
ferme. Cela empêche la situation de s'aggraver et permet d'intervenir pour
rsparer sans compromettre la tenue des tourillons et paliers 14 et 15.
-Dans la figure 10 on trouve: Les mêmes éléments que
10 sur la figure 9, plus les éléments suivants: Un indexeur 46,un module
comparateur 47,une sonde de température 48,un régulateur 49,une vanne
50,une arrivée de nuide thermique sous pression 51 ,et un échangeur de chaleur
52.
Cette figure montre comment est réglée la tempbrature
lS de la matière dans le réæteur 1. La sonde de température 48 ,installée à
l'intérieur du corps du reacteur l,delivre un signal sur une liaison souple
conforme au prlnclpe représente sur la figure 2 ( premler mode de realisation del'invention),ou directement au travers du couvercle 25(voir la figure 5; cas du
deuxieme mode de réalisstion de l'lnvention),ce signal abouti sur 1e module
20 wmparateur 47 Cui recolt également un slgnal de l'indexeur de consigne 46. Lemodule comparateur 47 snvoie un stgnal d'bcart au régulateur 49 qui agit sur la
vanne 50 dans le sens convenable pour ramener la température de la matiere a la
valeur prescrite par l'indexeur de wnsigne 46. C' est donc en réglant la
temperature du liquide 34 , dans lequel se trouve immergé le reacteur,que la
25 température de la matlère se trouve règlée,par ~change thermlque entre le corps
du réacteur et le llqulde 34.
-Pans la flcure I 1 on trouve: Le corps du réacteur 1 ,la
couronne dentée 1 8,1e moto-réducteur 19 avec un pignon 1 9A.
C~ mode de mlse en rotation du réæteur est trés
30 classique en matière de réacteur tournant,et est montré a tltre d'exemple
uniquement pour s' y réferer plus loin. Il est supposé que le moto-réducteur 19
est fixe sur un chassis solidaire des mêmes fondations que le chassis 33
supportant les paliers 15 vlsibles notamment sur la figure 1.
FEUILLE DE REMPLACE~E:Nt
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17
-Dans la fiaure 12 on trouve: Le corps du réacteur l ,la
couronne dentée 18, une chaîne 18A,un pignon 19A et le moto-réducteur 19.
Cette figure est, comme la précé~dente ,donnée à titre
d'exemple pour les mêmes raisons
-Dans les fi~ures 13 et 14 on trouv~: Le corps du
reacteur 1 ( interrompu),l'un des touriilons 14,1'un cies paliers 15, le liquide34,1a piscine 35,une roue à aubes 53 composée d' aubes 54 et de deux joues
5~,une tubulure 56,des ajutsges 56A à 56D et dos volumes de gæ 57.
La flgure 13 représente une coupe selon le plan de
10 symétrie longitudinal du réacteur l ,st la figure 14 représente une coupe dans un
plan perpendiculaire au précédent situé à peu prés au oentre de la roue à aubes
53 ,le réacteur 1 ètant immergé dans la piscine 35.
La roue à aubes 53 est directement fixée sur 1' un des
fonds 1 B ou l C du réacteur 1 et sur 1' un des tourillons 14. Elle est composée de
15 plusieurs aubes en forme d' arc de oercle qui, prises entre les oeux joues 55d~terminent des volumes fermes sauf sur la face radialement opposée au tourillon14 qul demeure ouverte vers l'extérieur.
On volt sur la figure 14 que les ajutages 56A à 56D
sont situés au fond de la piæine 35, sensiblement sous la verticale des aubes qui
20 tournent leurs faces ouvertes vers le bas et sur la moltlé drolte de la roue 53 .
Ouand la tubulure 56 est mise sous pression de gaz(de l'air comprimé par
exemple) les a~Dutages 56A i 56D,libèrent des bulles de gaz qui montent
vertlcalement dans les volumes 57 pour en refouler le liqulde contenu vers le
bas. Le gaz comprlm~,~ cette profondsur d~lmmerslon~a une d~nslt~ nettement
25 lnférleure à oelle du llqulde 34 contenu danns 12 plsclno 35. Il s'en sult que
chaque volume de gaz ,retenu par les aubes, prodult une poussée vers le haut surla roue ~ aubes 53,poussée qul est égale à 19 différenoe de denslté entre les deux
fluldes,multlpllée par le volume concerné. La poussée totale est égale à la somme
de toutes les poussees, et elle ..enère un couple de rotatlon égal ~ la poussee totale
30 multlpliee par la distanre mesurée,horlzontalement, entre le centre de rotation
du réacteur 1 et le centre de gravité de tous les volumes de gaz concernés. Ce
couple de rotation peut être trés grand sur de grands réacteurs et constituer ,en
association avec l'un des moyens de mlse en rotation expoæs sur les figures 11
r p~PL~
.
. ~
7 ~ 1 U
wo 92/16613 - Pcr/FRs2/oo2l9 -
- "-
18
et 12 ci-avant ,un moyen d'entraînement interessant et économique par
réduction des dimensions des couronnes dentées 18 et des moto-réducteurs 19.
-Dans la fiaure 15 on trouve:le corps du réacteur l ,la
virole lA,l' un des pallers 15,1e moto-réducteur 19,un maneton excentrique
S l 9C,un châssis 90,une butée 91,un point fixe 921un pivot d'articulation 92A,un
contrepoids 93,un levier coudé 94,un point d'articulation 95,une bielle 96,un
levier 97,un point d' articulation 97A ,un point d' articulation 97B,un point d'articulation 98,une bislle 99,une bands de serrage 100 et une garniture d3
frlctlon lOOA.
-Dans la figure ? 6 on trouve:le corps du réacteur l ,la
virole lA,une butée l O l ,un levier 102,un point fixe 1031un levier coudé
104,un contrepoids l O5,un point d' articulation 106,une bielle 107,un point d'
articulation 108,un point d' articulation l Og,uns bancie de serrage 110 et une
garniture de friction 111.
Ces flgures 15 et 16 représentent chæune une coupe
perpendiculalre à l'axe ds rotation d' un réacteur conçu selon 1' un ou 1' autre des
deux modes de réallsatlon de 1' lnventlon. Ces deux coupes pouvant etre chacune à
un endrolt quelconque de la virole du réacteur,cote à cote ou éloignee 1' une de 1'
autre,sans que oela nuise au fonctlonnement de oe mo~en de mise en rotation du
20 reacteur. A noter,pour une mellleure compréhenslon de oes deux flgures, que
tous les blbments qu'elles representsnt sont à peu près dans le même plan de
coupe ,c'est la raison pour laquelle il n'est pas présenté d'autres vues
orthogonales présentant oes éléments.
Le moto-réducteur 19 est bqulpb, en sortle, d'un
25 maneton excentrlque l9C. Le moto-réducteur 19 est de pr~ference d'un type dltréverslble,en ce que un e~fort appllqué sur le maneton l9C,quand le moto-
réducteur n'est p~s alimenté,provoque le retour en arriere du maneton l 9C pour
le mettre dans ia posltlon représentée sur la floure 15. La blelle 99 est réallsbe
en mbtal rigids et elle est dotée,à chacune de ses extrbmltés, d'un albsage à
30 cousslnet. L' un de ces alesages est monté sur le maneton 19C,l'autre sur le polnt
d' 'articulation 98. Celul-ci est solidaire du levier 97 qul est rectiligne et
solidaire des trois polnts d' articulations 98, 97A et 978. La bande de serrage
100 est réallsée en fort feulllard de métal réslstant et lnoxydable,elle est rou~lée
FEUILI E DE REMPLP.CP'~EI~
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19
en forme pour épouser le contour de la virole IA ,et est dotée, à chæune de ses
extrémités, d' un embout ,formant palier, adapté à se monter sur les points
d'articulations 97A et 97B La bande cie serrage 100 est garnie intérieurement
d'une garniture de friction l OOA,résistante et à coefficient de frottement
5 élevé,destinée à augmenter l'adhérence de la bande de serrage 100 sur la paroiextérieure de la virole lA Le moto-réducteur 19 est boulonne sur un châssis
90 La butée 91 est solidaire du châssls 90 et, en positlon de repos,le levier 97est contre cetts butée 91,comme représenté sur cette figure I S La bielle 96 estd' une conoeption ldentique à oelle de la bielle 99,1'un de ses deux alésages est
10 monté sur le polnt d' articulation 97A sur lequel est déjà monté l'embout
d'extrémité de la bande ds serr~e l OO,son autre alésac~e est monté sur le pointd'articulation 95,qul est solldalre du levier coudé 94 Celul-ci s' artlcule sur le
pivot d' articulation 92A solidement fixé sur le point fixe 92 Le point fixe 92
est solidaire du mêmf lâssis 90 qui supporte le moto-réductcur 19 Le
15 contrepoids 93 est solioement fixé en bout du levier coudé 94
La flgure 16 prbsente certains blbments qui sont tout à fait
ldentlques à oeux représentés sur la figure 15, dbcrlte cl avant Ainsl le
contrepoids 105 ,le levier coudé 104,1e pivot d'articulation 105A ,le point fixe103,le point d' articulation 106,la bielle 107,les points d' articulation 108 et20 109,1a bande de serrage 110 et la garnlture de frlctlon 111 sont réallsés et
agenrJbs entre eux de la m~me façon que les blémants, de même dbsignation, et demême dlsposltlon, visiblss sur la figure 15 Seuls, le levier 102 et la butée
101 dlfferent de leurs homologues de la figure 15 Le levler 102 est une barre
métalllque riglde rectllignè,comme le levler 97 de la flgure 15,mals 11 ne
25 comporte que deux polnts d' artlculatlon au lleu de trols La butée 101 est depréférence ronde ou arrondle et elle sert de polnt d'appul au levler 102, a un
point situé sensiblsment i son extrémlté opposee, par rapport au point
d'artlculatlon 109 La butée 101 est solldalre du même châssls que la butée 91
sur la flgure 15
Le fonctlonnement de ce moysn de m ise en rotation du
reacteur est le sulvant Quand le moto réducteur est mis en marche,la blelle
99,poussée par le maneton l 9C,pousse vers la gauche le point d' articulation 98solldalre du levier 97 Ce dernler tend à pivoter autour du point d' articulation
FEUILLE DE REMPLACEMENT
-- ~ v ~
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97A qul oppose une certaine résistance du fait que la ~ielle 96 est retenue par le
point d'articulation 95 ,lui même poussé vers la droite par le levier coudé 94 qui
tend à pivoter autour du pivot d' articulation 92A sous l'effet de la force de
pesanteur appllquée sur la masse dù contrepolds 93. Le plvotement du lev~er 97
S s' amorce ,ce qui met en tension la bande de serra~e 100 par le recul vers la
droite du point d' articulation 97B ,ainsi que la poussée inverse vers la gauche du
point d' articulation 97A. Ceci a pour effet de serrer la bande de serrage 100 sur
la virole lA du reacteur,et le début du serrage déplace le point de pivotement du
levler 97 vers 1' axe de rotation du réacteur,pour flnalement mettre oe dernler
10 en rotation anti horaire,sur un angle limité par la course possible du point d'
articulation 98 tributaire du diamètre de rotation du maneton 1 9C. Le début de la
rotstion repousse la blelle 96 vers la gauche,oe qul falt pivoter le levler coudé
94 en donnant un mouvement ascendant au contrepolds. Le réacteur 1 commence
donc sa rotation en entrafnant, à l'intérieur de lui même, la matière qul,sous
15 l'effet des eléments de retournement ,va former un talus d'éboulement plus oumolns important selon sa viscosité et la vltesse donnée au réacteur. Cela a poureffet de créer un couple de rappel qul aurait tendanoe a provoquer la mlse en
robtlon lnverse du réacteur, dés que le maneton 1 9C entame sa course retour.
C'est le mbcanisme visible sur la figure 16 qul va se charger d'empêcher oette
20 rotatlon inverse.
On voit sur la figure 16 que, quand le corps du réacteur
commenoe d tourner, les différents éléments sont solllcltés comme sult: La bandede serrage 1 1 O.qul étalt précédemment serrée sur la vlrole lA,tend à entrafnerdans sa rotation anti horalre, le levler 102 en ~cartant celul-cl de la butée 101.
2SCecl a pour effet de d~sserrer la band~ dS s0rraoe 1 lO,qul se desserre, lusteassez, pour que la vlrole lA se llbère. Il y a ,en quelque sorte, un équlllbre
entre la force de frlction qui tend à desserrer la bande de serrage 1 1 1, et 1' effet
du contrepolds l OS qul tend à resserrer la bande de serraqe sur la vlrole l A en
augmentant ainsi la force de frlctlon. L' ensemble des ~léments vislble sur cette
30 figure 16 constitue donc une sorte de cliquet anti retour,mals sans aucun jeu possible.
Donc,à chaque course avant du maneton l9C,le corps du
réactsur 1 entre en rotation et ne peut revenir en arrlère sous l'effet de couple
FEUILLE DE REMPL~CE~IENT
WO 92/16613 ~ PCI/FR92/00219 -
2 l
de rappel, dû au talus formé par la matière.
Il faut noter que ,la mise en rotation de très gros réacteurs
,peut exiger des couples de rotation très élevés, difficilement conoevables dansdes limites de prix acceptables, avec des moyens courants, tels les moto
5 réducteurs attaquant des couronnss dentées. Ce dernier moyen exposé sur les
figures 15 et 16 ,peut s' avérer molns onéreux car il ne met pas en oeuvre de lamécanique complexe et lourde, telles des rouronnes dentées de très grand
diamètre. Avantaaeusement ,sur ce dernier mayen de mise en rotation ,on peut
remplscer le moto réducteur 19 par un vérin hydraulique dont la culasæ aurait
l O un point d'appui articulé sur la châssis 90 et dont la tige de piston comporterait
un embout en forme de tête de bielle pour être fixé sur le point d'~rticulation 98.
Cette vsrisnte est é~vldente et ne æra pas davantage décrite.
-Dans la fiaure 17 on trouve: Le corps du réacteur l(vu
axialement en bout),l'un des tubes souples 20,1a bride 21,un chassis 33,une
enoelnte r,alorlfuaée 60,un orifice 61,un orifioe 62,un moto ventilateur 63,un
échangeur thermique 64,une tubulure 65,un fluids sæeux 66, et un plan de pose
général 67.
Cette figure expose une varlante du m~en de maintien en
température de la matière contenue dans le réæteur.
Le réecteur l ,peut être conçu selon l'un ou l'autre des deux
modes de réallsatlon de l'lnventlon( blsn que celui représenté sur cette figura soit
le premler mode de réallsation) il est censé être monté sur des paliers non
representés qul reposeraient sur deux massifs 66. Le réacteur est enfermé dans
une enceinte étanche calorifugee 60 qui est représentée en coupe sur cette figure.
25 Cette enoeinte comporte un orlfloe 62 rellé ~ un asplrateur 63 qul refoule leflulde asplré, dans un échan~ur thermlque 64 qul chaufre ou blen refroldlt le
flulde pour le romener ~ la tempéreture prescrlto par une regulotlon non
flguree. Le flulds retourne dans l'encelnte 60 par une tubulure 65.
Ce moyen de malntlen en température de la matlère,est crltlquable à
30 cause de lo médlocre quallté des échanges thermiques au maysn de fluldes gazeux,
qul exlge des échangeurs à grande surface d' échange et qul sont donc onéreux .
Néanmoins,cette variante peut ,dans certain cas, s'avérer globalement molns
onéreuse,notamment pour de petlts réæteurs de fermentatlon anaéroble
Ç-EO~i LE
.
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~ 1 U ~ U
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22
fonctionnant en réqime dit " mésophile" à une température pas trop éloignée cie la
température ambiante( 37 à 40 C).
AVANTAGES RESULTANT DE LA PRESENTE
INVENTION
-~e!on le Dremier mode de réalisation~lr~vention~on obtient un
réacteur mélangeur tournant immergé, qui permet un brassage efficoce de 1a
matlère contenue,par un retournement complet de oelle-cl,et qui permet 1~
lntroduction de la matisrs,l'extraction ds la matisrs et du gæ ainsi qu~ toutes les
liaisons de commande et de contrôle de la fermentation,sans utilisation de joints
10 tournants. De plus il n' y a pas d'élements mobiles à 1' intérieur du reacteur.
-La rotation du réacteur étant alternée, sur très pcu de tours dans
un sens puis sur un même nombre de tours dans 1' autre sens,on évlte les
enroulements parasites d' éléments filiformes lonrs sur les éléments fixes
lnternes de r.etournement ou sur les tubulures internes.
-L' utlllsatlon de vannes spéclales( 8 ou 2F),permet de pouvolr
manosuvrer csllss-ci sans risque ds coinc~r dss ~lsments durs de la matlère,
dans le jeu existant entre 1' obturateur et le corps de vanne.
-Selon le deuxibme mode de ré~llsation de 1' inventlon.l'ensemble
dss tubulurss et autrss lialsons utilss au fonctlonnement du r~acteur,sont fixes20 et pénètrent (ou sortent) du réacteur,par l'lntermédlalre d' un seul ~olnt
tournant dont, 1' étanchélté à 1' arrêt est assurée statlquement par un jolnt
circulaire à lèvre 26,et dynamiquement, par injection de liqulde sous presslon
autour du ~olnt a levre 26,dans une chambre annulalre 28 qul entoure celul-
cl,de facon ~ supprlmer le frottement du ~olnt durant la rotatlon ,en bvltant son
25 usure et en empêchant la matière contenue dans le r~acteur de pén~trer dans le
)eu entourant le )olnt.
-Sclon l'un ou l'autre des deux modes de réalisatlon de 1' inYention.
-La quantlté exacte de matlère contenue dans le réacteur est connue
à tout lnstant par pesée de l'ensemble du réacteur,ou par la hauteur du liquide
30 contenu dans la piæine 35.
-La matlère peut être lntrodulte ou recyclbe en dlfférents points
particuliers du réacteur sans nécessiter de déplacement de tubulures il suffit de
manoeuvrer des vannes.
FeUlLLE C)E REMPLACEMEN
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23 .
-L' immerslon du réacteur ,dans un bain de liquide,dont le niveau
varie en même temps que la charge contenue dans le réæteur,annule à tout
moment la charge sur les paliers du réacteur,et les contraintes très réduites qui
en résultent egalement sur le corps même du réacteur ,permettent une réalisation5 très économique de la chaudronnerie correspondante. Il en est de même pour lesouvrages de génie civil qui doivent supporter la masse totale du réacteur. IL est
blen connu en effet ,que la pression sur le fond horizontal d' un récipisnt
contenant un liquids sst la msme en tous æs points ,oe qui réparti uniformément
la charge sur le sol d'appul, oe qui peut éviter d'avoir reoours a des fondations
l O spéciales très onéreuses quand les charges restent ponctuelles. Cette immersion
permet égclement de rbgler élégamment le problème de l~ régul~tion, ou du
;~ malnt~ent en température ,de la matlère contenue dans le réacteur,en réqlant la
tempbrature du bain dans lequel le réacteur se trouve immergb. Cette
particularité constltue un avantage intéressant ,notamment dans le cas cie la
l S fermentation anasroble des ordures ménagsres,car dans la pratique courante, on
rbchauffe prbalablement le liquide d'humidification de la charge,avant de le
mélangsr à la mat1sre sollds,et avant d'lntrodulre la pâte alnsl obtenue dans leréacteur. La proportion de llquide dans la charge étant relativement faible,il
convient de réchauffer ~CCP7 fortement le liquide pour que la pâte soit introdulte
20 dans le réacteur à une température convenant à la fermentation. Ce
rbchauffement du llquide crbb une pasteurlsation qui retarde la fermentatlon. Leréchauffement du bain de liqulde prévu dans oette invention,peut se traduire parune dlminutlon du temps de séjours des matlères dans le réacteur. A capsclté de
production egale le réacteur sera donc moins volumineux, donc molns cher.
-La mlse en rotatlon par les moyens prbvus sur les figures l l à
l 6 ,seuls ou comblnés entre eux ,permet d' envls~er la constructlon de réacteurs
tournants de grande tallle qu'll auralt bté difficile de mettre en rotation
autrement.
FEUI~LE DE ~EMPLAI::EMENT
