Brevet FR2138363A1 — publié le 19730105

La présente invention, due aux travaux du Centre National d.' études et d'Expérimentation de Machinisme Agricole et notamment de Monsieur Jean INCAS, se rapporte à la déshydratation d'une matière humide se présentant de préférence sous forme de fibres ou de grains. D'une façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé de déshydratation caractérisé en ce qu'on dispose la matière à traiter, sous la forme d'un lit, dans un réceptacle ayant une direction principale horizontale, on met ce lit en état de fluidisation au moyen d'un courant ascendant de gaz chaud, on crée dans une zone qui, en.partie au moins, est déportée verticalement et latéralement par rapport au lit fluidisé une cirçulation giratoire autour d'un axe parallèle à la direction principale, qui astreint le flux de gaz et de matière en suspension dans ce gaz - qui est entraîné vers le haut à partir de la surface supérieure du lit fluidisé - à prendre une direction horizontale perpendiculaire à la direction principale du lit fluidisé, puis à se séparer en un courant de gaz et en un courant de matière qui sont recyclés respectivement dans le courant de gaz de fluidisation et dans le lit fluidisé, et on effectue en con tinu aux extrémités respectives du réceptacle une alimentation en matière humide et une extraction de matière déshydratée qui astreignent le lit fluidisé à subir un déplacement suivant la direction principale de ce lit. Dans ce procédé, un avantage important résulte de la fluidisation de la matière, qui donne un bon taus d'occupation de l'espace de séchage et un contact optimal entre le gaz qui transporte les calories et la matière à déshydrater. L'invention a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé en ce qu'il comporte, à l'intérieur d'un caisson ayant une direction principale horizontale, un réceptacle pour le lit fluidisé et dont les extrémités respectives sont reliées à un dispositif d'admission et à un dispositif d'ex- traction, et une gaine juxtaposée et parallèle à ce réceptacle, qui est reliée à une source de gaz chaud, de préférence adjacente au dispositif d'admission, et communique avec une entrée de gaz chaud prévue à la partie inférieure du réceptacle, et en ce qu'il est prévu à la partie supérieure du caisson un séparateur à mouvement giratoire qui comprend une entrée communiquant avec la partie supérieure du réceptacle et deux sorties dont l'une débouche dans le réceptacle, pour le recyclage de la matière à traiter, et dont l'autre communique avec un couloir séparant le réceptacle et la gaine et relié à l'entrée de gaz chaud du réceptacle, pour le recyclage du gaz. Grâce à la présence d'un sélecteur giratoire au-dessus du lit de fluidisation, l'appareil peut se présenter sous une forme ramassée qui contraste avec les dimensions importantes des tours de fluidisation connues, dans lesquelles les particules sèches, beaucoup plus légères, et les particules très fines humides, ont tendance à s'envoler et où les vitesses aléatoires données aux particules à la surface de la zone de fluidisation obligent à prévoir une hauteur de garde importante. Le procédé et l'appareil qui viennent d'être définis apportent une solution satisfaisante au problème de la conservation, avec le minimum de perte, d'un fourrage récolté sur pied, tel que le mais et la luzerne. le mode de traitement traditionnel consistant à faner sur le terrain le fourrage coupé, et à le ramasser à l'état sec ou partiellement sec pour l'engranger, éventuellement après une mise en balles, conduit dans le meilleur des cas à une perte de substance qui ne peut guère être inférieure à 25 %, car le fourrage ne peut pas être intégralement ramassé s'il est rigoureusement sec, des feuilles ou brins se détachant et restant sur le sol. Si le ramassage a lieu, en raison des conditions atmosphériques, alors que le fourrage conserve une certaine humidité, il y a dégradation par fermentation ou oxydation. Pour tenter de remédier à ces inconvénients, on a proposé de procéder à un séchage accéléré du fourrage sous la forme d'une déshydratation par chauffage, par exemple en faisant circuler le fourrage au moyen d'un courant de gaz chaud, à une température de l'ordre de 11000, dans un tambour tournant dont la sortie comporte un cyclone et qui est couplé avec une presse. Cette technique, outre qu'elle risque de dégrader le fourrage par l'effet de brfllures localisées, a l'inconvénient d'exiger une installation lourde et coûteuse, prévue à poste fixe, dont la mise en oeuvre exige donc le transport du fourrage à l'état humide, qui se compose pour les 3/4 d'eau, transportée en pure perte. Grâce au procédé et à l'appareil qui font l'objet de l'invention, il est possible de donner au fourrage à déshydrater se présen 3 tant sous forme hachée, une haute densité au m et de faire un apport massif et très rapide de calories avec utilisation d'une quantité minimale -d'air, et ce dans un appareil de dimensions suffisamment réduites pour pouvoir être rendu mobile et être intégré dans un cycle de production de fourrage sec se déroulant intégralement sur le lieu de la récolte.Il est donc possible d'utiliser un groupe mobile de traitement du fourrage comprenant un tracteur par lequel est portée une récolteuse-hacheuse, et remorquant un appareil de déshydratation alimenté à partir de la sortie de la hacheuse et d'où le fourrage déshydraté est amené à une presse qui produit des croquettes de fourrage stockées dans une trémie faisant partie, comme la presse, groupe mobile. L'invention sera explicitée de façon purement indicative au cours de la description qui va suivre, en référence au dessin annexé sur lequel : la Fig. 1 est une vue schématique représentant un groupe mobile et automoteur de traitement de fourrage, comportant un appareil de déshydratation la Fig. 2 est une vue schématique transversale de l'appareil de déshydratation la Fig. 3 est une vue en perspective, schématique, représentant un élément modulaire de l'appareil de déshydratation la Fig. 4 est un schéma représentant les moyens utilisés pour régler l'horizontalité de l'appareil de déshydratation de la Fig. 1 la Fig. 5 est une vue d'une variante du séparateur prévu dans l'élément modulaire de la Fig. 3. Le groupe mobile de traitement de fourrage représenté à la Fig. 1 de façon très schématique comprend un chassies 1 reposant sur le sol par l'intermédiaire de roues avant 2 et de roues arrière 3. Les roues avant 2 sont des roues à la fois motrices et directrices entratnées par un moteur 4. A l'avant du groupe est fixée une récolteuse-hacheuse 6, comportant par exemple des becs cueilleurs 7 pour la coupe du malus. Le fourrage haché débité par ltéjecteur 8 de la récolteusehacheuse 6 est introduit par l'intermédiaire d'un raccord 9 et d'un dispositif d'alimentation, non représenté, à l'avant du caisson 10 délimitant l'appareil de déshydratation 11, supporté par le chassis 1, par l'intermédiaire d'un axe horizontal 12 permettant au caisson de garder une position horizontale sous l'action du vérin 13 dont le corps est relié au châssis 1 et dont la tige est articulée en 14 à la partie inférieure du caisson 10. A l'intérieur de ce dernier, qui a une forme générale parallélépipédique, est disposé un réceptacle 16 pour la réception et l'acheminement du fourrage à déshydrater.Ce réceptacle a une forme prismatique définie par 1' une des parois verticales 17 du caisson 10 et par une paroi 18 s'étendant obliquement vers le bas, de manière à conférer à la section du réceptacle une forme allant se rétrécissant vers le bas où la paroi 18 s'arrête à une certaine distance de la paroi horizontale inférieure 19 du caisson pour ménager une fente 21 d'entrée de gaz chaud, dont l'effet est de mettre en suspension le fourrage contenu dans le réceptacle 16 et de constituer ainsi un lit de fluidisation. Du côté opposé à la fente 21 le réceptacle est délimité par une tôle oblique 22 qui, conjointement avec la paroi 18, donne à la partie basse du réceptacle une forme en V. Les gaz chauds introduits par la fente 21 passent dans.les intervalles ménagés entre des dents de broyage 23 portées par un arbre tournant 24 et destinées à briser les agglomérats ou mottes de fourrage qui se présentent éventuellement dans la masse alimentée à partir de la récolteuse-hacheuse et qui, ayant une vitesse de chute très élevée par rapport aux fibres libres du fourrrage, traversent rapidement le lit pour être pulvérisés par le hérisson formé par les dents 23 sur l'arbre 24. les gaz chauds introduits dans la fente 21, à la base du réceptacle 16, proviennent d'une gaine 26 qui, comme le réceptacle 16, a la forme générale d'un prisme triangulaire dont la grande base est adjacente à la partie inférieure du caisson 10, et dans laquelle circulent les gaz de combustion et où se fait la combustion par l'effet d'un brûleur 27 situé à l'avant du caisson 10 à l'intérieur d'un carter 28.Ces gaz peuvent s'échapper tout le long de la gaine 26 à travers une fente 29 prévue à la partie supérieure de la gaine 26, d'où ils peuvent emprunter l'un ou l'autre de deux couloirs 31, 32, formés respectivement, d'une part entre la paroi verticale 33 de la gaine 26 et la paroi verticale adjacente 34 du caisson 10, et d'autre part par les deux parois obliques et parallèles 18 et 36 du réceptacle 16 et de la gaine 26. les deux couloirs 31 et 32 communiquent avec la fente d'entra 21 du réceptacle 16 par un prolongement horizontal 31a du couloir 31 et par un coude 32a. Comme on le voit à la Fig. 1, l'appareil de déshydratation il peut être considéré comme l'assemblage bout à bout de plusieurs é1- ments modulaires nervurés en 40, quatre dans l'exemple représenté, comprenant deux éléments terminaux A, B, entre lesquels sont disposés deux éléments intermédiaires C, C, dont l'un est représenté, à l'état séparé, à la Fig. 3.Dans chaque élément modulaire A, B ou C, est prévu à la partie supérieure du caisson 10 et au-dessus de la surface oblique 18 du réceptacle 16, un organe séparateur 37 formant cyclone, destiné à donner un mouvement giratoire d'axe horizontal 55 au flux de fibres et de gaz s'élevant au-dessus du lit fluidisé, et, après avoir séparé les fibres et le gaz en deux courants, à recycler ces courants respectivement dans le lit fluidisé et dans le circult de gaz de fluidisation comprenant la zone 39 située au-dessus de la fente 29 de sortie des gaz de combustion et les couloirs 31, 31a, 32, 32a, débouchant dans la fente 21 d'entrée de gaz chaud. A cet effet, chaque organe séparateur 38 comporte un boitier 41 comportant quatre faces planes 42, 43, 44, 20, cette dernière étant définie par la paroi supérieure horizontale du caisson, et un fond arrondi 47, et une ouverture 48 située en regard de la face 44, à travers laquelle le gaz séparé est refoulé dans la zone 39 après avoir été aspiré axialement par un ventilateur 49 disposé dans une ouverture de la face 42 et qui crée entre deux tôles de guidage concentriques 51, 52, en forme l'une de volute, l'autre de portion de cylindre, disposées en arrière du boîtier 41, un mouvement giratoire projetant les fibres de fourrage dans la concavi.té de la tôle externe 52, dont la face convexe contribue à délimiter la zone 39 de confluence des gaz.En quittant l'arête inférieure 52a de la tôle externe 52, qui délimite avec l'arête adjacente 51a de la tôle interne 51 une fente de passage 53, les fibres de fourrage retombent sur le plan incliné 18 et rejoignent ainsi le lit fluidisé. La zone giratoire 50 dans laquelle les fibres sont recyclées est évidemment délimitée vers l'arrière par la paroi 43 du boîtier 41 de l'élément modulaire adjacent. Pour permettre l'évacuation dans le milieu extérieur du gaz en excès provenant tant de la gaine 26 de circulation des gaz de combustion que de la vapeur d'eau extraite du fourrage formant le lit fluidisé, chaque élément modulaire A, B ou C comporte une partie de tunnel 54 délimité par les parois verticale 34 et horizontale 20 du caisson et par une tôle profilée 56 s'étendant à partir de la paroi verticale 34 et ménageant, par rapport à la paroi supérieure 20, une fente 57 par où les gaz peuvent pénétrer dans la partie de tunnel 54 sous l'effet d'aspiration créé par le ventilateur 58. L' ensemble des parties de tunnel 54 forme un tunnel rejetant à l'air libre, par la cheminée 59, le gaz excédentaire (Fig. 1). A l'arrière de l'élément modulaire terminal B est prévue une vis d1Archimède 61 pour l'extraction du fourrage déshydraté, à partir de laquelle le fourrage est transféré par l'intermédiaire d'une écluse 62 dans un bac 63 dispose à l'avant d'une presse 64 montée sur le châssis 1, pour être repris par cette presse et être finalement transformé en croquettes stockées dans une trémie. L(extrac- tion du fourrage donne aux isobares du lit fluidisé une pente d'écoulement 60 (Fig. 1). Les roues motrices 2 sont avantageusement entraînées au moyen de moteurs hydrauliques, qui permettent de faire varier de façon continue la vitesse d'avancement du groupe mobile et de prévoir un dispositif de régulation automatique du cycle de déshydratation comportant des thermo-couples influençant les moyens de variation continue de la vitesse, ainsi que le débit de la vis d'extraction 61. De façon indicative, on peut admettre que dans les éléments modulaires C, les températures s'établissent comme suit - dans la fente de sortie 29 de la gaine 26 1000 à 15000C - dans la fente 21 d'accès au réceptacle 16 300 à 1800C - au sein du lit fluidisé 150 à 1200C Bien entendu, les gaz circulant dans les couloirs 31, 32, et qui proviennent en partie du courant de recyclage sortant de l'ouverture 48 du séparateur, sont réchauffés au contact des parois chaudes de la gaine 26. Dans la variante d'organe séparateur représentée à la Fig. 5, le ventilateur hélicoïdal 49 est couplé avec une cage à aubes tournante 71, disposée à l'intérieur de la tôle de guidage 52, coaxialement au ventilateur 49. La vitesse de rotation de cette cage peut être différente de celle du ventilateur. La Fig. 4 représente un schéma de dispositif de régulation d' horizontalité du caisson 10 combiné avec le vérin 13 de la Fig. 1. Les deux chambres 81, 82, de ce vérin sont-reliées à une pompe 83 et à une bâche 84 par l'intermédiaire d'une électro-vanne 86 dont les électro-aimants peuvent être actionnés par une bille métallique 87, mobile à l'intérieur d'un tube conducteur 88 présentant une concavité vers le haut, de telle sorte que tout écart angulaire notable par rapport à l'horizontale met en contact la bille 87 avec 1' extrémité 89 ou 91 de deux conducteurs isolés du tube 88 et reliés aux électro-aimants respectifs, pour exciter l'un de ces derniers de manière à agir sur le vérin 13 dans le sens qui tend à rétablir l'horizontalité. On notera que pour faciliter la sortie du fourrage par la fente 53, il péut être prévu, à la partie inférieure de la tôle 52, un ou plusieurs jets d'air. En variante, à ce qui a été décrit en référence à la Fig. 1, le moteur 4 et les roues avant 2 du cassis 1 pourraient être cons tituds par un tracteur dont les roues avant seraient supprimées. Les roues-arrière 3 seraient alors directrices. REVENDICATIONS. 1 - Procédé pour déshydrater une matière, se présentant de préférence sous la forme de fibres ou de grains, caractérisé en ce qu' on dispose la matière à traiter, sous la forme d'un lit, dans ral réceptacle (16) ayant une direction principale horizontale, on met ce lit en état de fluidisation au moyen d'un courant ascendant de gaz chaud, on crée dans une zone qui , en partie au moins, est déportée verticalement et latéralement par rapport au lit fluidisé une circulation giratoire autour d'un axe (55) parallèle à la direction principale, qui astreint le flux de gaz et de matière en suspension dans ce gaz - qui est entraîné vers le haut à partir de la surface supérieure (60) du lit fluidisé - à prendre une direction horizon- tale perpendiculaire à la direction principale du lit fluidisé, puis à se séparer en un courant de gaz et en un courant de matière qui sont recyclés respectivement dans le courant de gaz de fluidisation et dans le lit fluidisé, et on effectue en continu aux extrémités respectives du réceptacle une alimentation (9) en matière humide et une extraction (61) de matière déshydratée qui astreignent le lit flui- disé à subir un déplacement suivant la direction principale de ce lit. 2 - Appareil de déshydratation pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, à l'intérieur d'un caisson (10) ayant une direction principale horizontale, un réceptacle (16) pour le lit fluidisé (60) et dont les extrémités respectives sont reliées à un dispositif d'admission (9) et à un dispositif d'extraction (6i), et une gaine (26) juxtaposée et parallèle à ce réceptacle (16), qui est reliée à une source de gaz chaud (28), de préférence adjacente au dispositif d'admission, et communique avec une entrée de gaz chaud (21) prévue à la partie inférieure du réceptacle (16), et en ce qu'il est prévu à la partie supérieure du caisson au moins un séparateur (38) à mouvement giratoire qui comprend une entrée communiquant avec la partie supérieure du réceptacle (i6) et deux sorties (53) dont l'une débouche dans le réceptacle (1o), pour le recyclage de la matière à traiter, et dont l'autre (48) communique avec l'entrée de gaz chaud (21) du récerta cle, pour le recyclage du gaz. 3 - Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la paroi (18) du réceptacle (16) adjacente à la gaine (26) forme une surface inclinée vers entrée de gaz chaud (21) située à la partie basse du réceptacle. 4 - Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'un couloir (32) de circulation de gaz chaud est formé entre la surface inclinée (18) du réceptacle et une surface parallèle (36) de la gaine (26). 5 - Appareil suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la gaine (26) est séparée de la paroi verticale (34) et de la paroi horizontale inférieure (19) du caisson (10) par un couloir (31, 31a) relié à l'entrée (21) de gaz chaud du réceptacle, pour la circulation de gaz chaud en provenance de la gaine, et, le cas échéant, pour la circulation de gaz de recyclage en parallèle avec la circulation prévue dans le couloir (32) adjacent au réceptacle (16). 6 - Appareil suivant l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que pour la sortie du gaz chaud circulant dans la gaine (26) cette dernière comporte à sa partie supérieure une ou plusieurs fentes (29). 7 - Appareil suivant l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la gaine (26) constitue une chambre de combustion alimentée par un ou plusieurs brûleurs (27). 8 - Appareil suivant l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'à la partie supérieure du caisson et au-dessus de la gaine est prévu un tunnel (59) communiquant avec la zone (39) de circulation de gaz chaud pour l'évacuation, dans le milieu extérieur, du gaz en excès, ce tunnel comportant de préférence un ou plusieurs ventilateurs (58) ou autres dispositifs accélérateurs. 9 - Appareil suivant l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le séparateur (38) est un cyclone. 10 - Appareil suivant l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que le séparateur comprend au moins un rotor (49) pour la mise en rotation du flux émis par le lit fluidisé et/ou pour le refoulement axial du gaz séparé. 11 - Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le séparateur comprend un ventilateur (49). 12 - Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le séparateur comprend une ou plusieurs surfaces déflectrices (51, 52) concentriques au rotor. 13 - Appareil suivant l'une des revendications 10 à 12, caractérisé par une cage à aubes tournante (71). 14 - Appareil suivant l'une des revendications 2 à 13, caractérisé par un dispositif de fragmentation disposé à la partie inférieure du réceptacle, réalisé par exemple sous la forme d'un arbre tournant (24) muni de dents ou doigts de broyage (23). 15 - Appareil suivant l'une des revendications 2 à 14, caractérisé en ce que les dispositifs d'alimentation et d'extraction prévus aux extrémités de l'appareil pour introduire la matière humide dans le réceptacle et pour extraire la matière déshydratée, sont constitués par des distributeurs éventuellement à écluse. 16 - Appareil suivant la revendications 15, caractérisé en ce que l'un au moins des distributeurs comprend une vis d'Archimède (62). 17 - Appareil suivant la revendication 16, caractérisé en ce qutà la suite de la vis d'Archi.mède (61) est prévue une écluse (62). 18 - Appareil suivant l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par un dispositif de régulation automatique pour assurer le maintien à une valeur constante de la température dans des zones déterminées du lit fluidisé, comportant des thermo-couples reliés à des moyens de commande des dispositifs d'admission de matière humide et/ou d'extraction de matière déshydratée. 19 - Appareil suivant l'une des revendications 2 à 14, caractérisé en ce qu'il peut être considéré comme un assemblage d'éléments modulaires (A, B, C) disposés longitudinalement les uns à la suite des autres et comprenant entre deux éléments terminaux (A, B) des éléments intermédiaires (C) en nombre variable. 20 - Appareil suivant la revendication 19, caractérisé en ce que le séparateur à mouvement giratoire comprend plusieurs organes séparateurs (38) disposés chacun dans un élément modulaire. 21 - Unité mobile de déshydratation de fourrage comportant un appareil suivant l'une des revendications 2 à 20, monté sur un chås- sis muni de roues, caractérisé en ce que l'appareil est porté par le châssis par l'intermédiaire de moyens lui permettant de subir un mouvement relatif par rapport au châssis, de telle sorte que 1' horizontalité du support du lit fluidisé puisse être maintenue quelles que soient les irrégularités du sol. 22 - Unité mobile suivant la revendication 21, caractérisée en ce que l'appareil est articulé sur le châssis autour d'un are horizontal et est relié au châssis au moyen d'un ou plusieurs vérins adaptés pour modifier sa position angulaire. 23 - Groupe mobile de traitement de fourrage comportant une unité suivant l'une des revandications 21 et 22, caractérisé en ce que le chtssis est automoteur ou est attelé à un tracteur (4), et il est prévu à l'avant une récolteuse-hacheuse (6), dont l'organe de sortie de fourrage haché est relié au dispositif d'alimentation de l'appareil, et à l'arrière une presse (64) alimentée en fourrage déshydraté par le dispositif d'extraction, pour la production de croquettes. 24 - Groupe mobile suivant la revendication 23, dont les roues motrices sont entraînées par des moteurs hydrauliques, caractérisé par un,dispositif de régulation du cycle de déshydratation dans lequel des moyens sont prévus pour agir sur les moyens de variation continue de la vitesse du tracteur et pour modifier ainsi le débit de fourrage haché admis dans l'appareil de déshydratation. 25 - Unité mobile suivant la revendication 22, caractérisée en ce que le vérin (13) est un vérin à double effet dont les chambres (81, 82) peuvent être mises en pression sélectivement par une électro-vanne (86) dont les électro-aimants sont montés dans des éléments de circuit qu'une bille conductrice (87), mobile dans un tube (88) présentant une concavité vers le haut, peut fermer sélectivement en cas d'écart angulaire notable du chassies (1) par rapport à la position horizontale, pour rétablir cette position.