Brevet FR2344798A1 — publié le 19771014

La présente invention a trait à un procédé et un dispositif destinés à améliorer les procédés et dispositifs existant sur les séchoirs à tambour tournant utilisés notamment pour le séchage total ou partiel de produits humides. Ces appareils servent entre autres, à la déshydratation de produits agricoles, et de fourrages pour l'alimentation du bétail. Des appareils de cette sorte sont bien connus de l'art antérieur, ils consistent généralement en un tambour à axe essentiellement horizontal dont les dimensions varient bien entendu avec le débit souhaité, mais qui peuvent atteindre en valeur absolue des longueurs de l'ordre de 20 mètres et parfois plus. Chaque tambour est muni de dispositifs permettant l'entrainement d'une extrémité à l'autre du fourrage entrant à l'état humide côté amont pour ressortir partiellement ou totalement déshydraté en aval. Le mouvement peut être accentué par une légère inclinaison de l'axe du tambour sur l'horizontale.Le mouvement de rotation du tambour fait remonter le fourrage le long des parois cylindriques pour le faire retomber vers le bas en lui faisant traverser un courant de gaz chauds créé à l'aide de tous dispositifs adéquats permettant un chauffage d'un courant d'air à l'aide de brûleurs. I1 est connu dans l'art antérieur d'adapter l'un à l'autre le débit de combustible et le débit de produit humide pour régler la teneur en eau du produit à la sortie. Quand il s'agit de fourrage, il est généralement compacté sous forme de boudins cylindriques, "les bouchons", dont la résistance mécanique doit être convenable ; cette resistance mécanique n'est obtenue que dans des conditions bien précises de teneur en eau du produit à la sortie. Cette teneur en eau doit donc être très constante, par exemple 128 ± 1. L'expérience a montré que la teneur en eau des produits fabriqués dépend de façon étroite de la température du gaz sortant du tambour. Selon l'art antérieur, la régulation consiste à équili brer le débit de chaleur et le débit de produit humide en comparant la temperature de sortie en permanence à une température de référence ou de consigne. Dès qu'apparaît un écart entre la tempéra- ture à la sortie et la température de consigne, il entraîne un rééquilibrage entre débit-calorique et débit de produit. On peut donc obtenir cette régulation soit en ajustant le débit du produit avec le débit de chaleur, soit inversement, soit encore en réglant les deux simultanément. L'expérience a également montré que les dispositifs existants donnaient des produits présentant des teneurs en eau assez variables en dépit de systèmes de régulation parfois complexes. Dans la demande de brevet 74/20645 du 14 juin 1974 intitulée "Procédé et Dispositif de Régulation d'un Séchoir à Tambour Tournant" au nom du déposant, on a proposé d'améliorer la régulation automatique connue selon l'art antérieur en agissant automatiquement sur les organes qui règlent la durée de séjour dans le séchoir liée à la charge évaporatoire, grandeur définie à la fois par le débit d'eau évaporée et par le débit calorique. On peut agir soit sur le débit d'extraction des gaz, soit sur le variateur de vitesse du ventilateur, soit sur les admissions d'air de dilution, soit sur le variateur de vitesse du tambour ou le réglage de sa pente, soit sur le recyclage de l'air, soit sur plusieurs de ces paramètres.On peut ainsi maintenir constante la teneur en eau des produits à la sortie indépendamment de la charge (on se reportera au tableau comparatif ci-joint qui illustre les principales caractéristiques de ladite demande de brevet, de la présente demande de brevet et de l'art antérieur). En même temps, selon l'art antérieur ou cette demande antérieure, on équilibre le bilan thermique en réglant la température de sortie par action sur le débit de combustible ou sur le débit de fourrage à traiter. La présente invention résulte des expérimentations effectuées sur les appareils mettant en oeuvre le procédé ci-dessus résumé et faisant l'objet de la demande nu 74 20645. Pour fixer les idées et redéfinir le vocabulaire employé dans ce qui suit, on se référera à la figure -1 de cette demande. Le dispositif comprend essentiellement un foyer 1 muni d'un bru leur alimenté en 3 en combustible, et en 4 en air comburant. Une ou plusieurs entres d'air 6 sont prévues pour former avec les gaz de combustion les gaz chauds traversant de bout en bout le tambour 7 monté sur des couronnes de roulement et a'entrainement 8. A la sortie les produits sont amenés par une canalisation 9 dans un cyclone 10 d'ou ils sont extraits en 11. Les gaz sont extraits en 12, par un ventilateur d'aspiration en 13, un registre 14 étant généralement prévu sur la sortie des gaz. Un recyclage 21 est quelquefois installé et alimente partiellement les entrées 6 du foyer, avec réglage par reqistre 22. La disposition oui ient c" être écrite dans le présent exemple est classique et l'on étudiera le fonctionnement avant de passer à la description des nouveaux élements. La température de sortie est mesurée en 16. Le ventilateur 13, placé en aval, permet d'extraire le gaz et crée ainsi la dépression aux joints 20 à l'entrée et.à la sortie du tambour, ce qui permet notamment d'éviter la pollution des locaux abritant l'ensemble. Ce ventilateur travaille généralement à débit volumétrique constant, tout au moins en première approximation ; il est par exemple entraîné par un moteur asynchrone avec un rapport de transmission invariable.Si l'air entre dans le foyer 1 par les orifices 4 avec un débit masse proportionnel au débit de fuel, et par les différents orifices 6 et 20, et si les sections de ces derniers orifices sont fixes, l'expérience montre que si lton double le débit de combustible (considéré ici comme du fuel à titre d'exemple) la poussée (pression dynamique) exercée par les gaz, à l'entrée du tambour augmente par exemple de 8%, alors qu'elle diminue par exemple de 5% à la sortie; la dépression entre le foyer 1 et le tambour 7 diminue, passant par exemple de -30 mm d'eau à -10 mm d'eau; tout dépend du mode de réalisation du foyer. De ce qui précède on conclut donc que la poussée moyenne exercée sur le produit à sécher varie pour plusieurs raisons on admettra à titre d'exemple qu'elle augmente de 3% pour un accroissement de débit de combustible de 100%. La diminution de hauteur manométrique créée par le ventilateur, se traduit par des augmentations de débit-volume qui dif fèrent suivant la pente de la courbe débit-pression du ventilateur; la puissance moins élevée nécessitée pour l'entraînement du ventilateur se traduit aussi par une augmentation de la vitesse de rotation et, de ce fait, par une augmentation de débit-volume. Ces deux causes se traduisent donc en pratique par une augmentation de la poussée, l'augmentation correspondante du débit-volume est par exepmple de l'ordre de I à 2%, soit en poussée de 2 à 4% environ, pour un accroissement de débit combustible de 100%. L'augmentation totale de la poussée est donc de l'ordre de 6% pour une augmentation de débit-combustible de 100%, dans le cas de cet exemple. Par ailleurs, en géneral, comme le montre l'expérience, une augmentation de poussee de l'ordre de 6% équivaut, au plan de la siccité du produit à la sortie, à I'effet qu'aurait une dlminu tion de température de consigne à la sortie de 3"C environ : le produit sort plus humide quand la charge augmente.L'expérience montre aussi que la régulation elle-meme peut avoir un effet dans le meme sens : on rappellera que suivant les produits et les séchoirs, le procéssus de séchage dure de moins de 5 minutes à plus d'une heure, les valeurs les plus courantes étant du quart à la demi-heure : la stabilité du processus n'est souvent obtenue qu'en employant une régulation de type proportionnel, dont le caractère, at point de vue qui nous occupe, est de fixer la tempé- rature de sortie à une valeur s'écartant en permanence de la température de consigne, et ce, proportionnellement à la charge.Ainsi, le doublement du débit de fuel par exemple se traduira par une diminution permanente de la température de sortie, de 49C par exemple au-dessous de la température de consigne : le produit sortira plus humide; une augmentation de poussée des gaz de 8% aurait le meme eftet. Ainsi le doublement du débit du fuel se traduit selon l'art antérieur - du fait des caracteristiques d'écoulement des gaz, des caractéristiques des ventilateurs et de diverses variables ther- miques ou aérodynamiques par une variation de poussée des gaz par exemple une augmentation de 6% de cette poussee; - du fait de l'emploi eventuel d'une régulation proportionnelle par une diminution de la température de sortie : par exemple une diminution de la température de sortie de 4"C. La résultante de ces deux effets est une augmentation de la teneur en eau du produit à la sortie qui se traduit par des bouchons mal formés et de mauvaise conservation. Le palliatif selon l'art antérieur, est de modifier à la main la temperatare de consigne, et généralement de l'augmenter de telle façon que le produit reste très sec quelle que soit la charge : la qualité obtenue du fourrage s'en trouve encore altérée, de même que le rendement thermique. L'invention, selon ladite demande de brevet antérieure 74/20645 avait en particulier pour but de porter remède la variation de teneur en eau du produit avec la charge en augmentant automatiquement la durée de séjour du produit dans le tambour sécheur. Dans un dispositif décrit à titre d'exemple, on choisir sait de caractériser la charge par le débit de combustible et d'agir en fonction de ce débit de combustible sur les facteurs commandant la durée de séjour du produit dans ledit tambour. La variation de la teneur en eau à la sortie n'est en effet compatible ni avec une bonne exploitation du pressage, ni avec la constance des qualités physico-chimiques du produit. La teneur en eau des produits sortant en 9 avec les gaz extraits varie sensiblement avec la température 16. Régler cette teneur en eau revient donc à régler la température 16, selon l'art antérieur; on contrôle donc l'admission de combustible en 3 en fonction de cette température mesurée en . En pratique, l'air primaire est réglé automatiquement en fonction du débit de fuel, lui-meme réglé par comparaison de la température en 16, par rapport à la température de consigne choisie.Le procédé consiste à utiliser la valeur de débit de combustible mesurée en 3 ou ailleurs, par tout dispositif pneumatique, électrique ou mécanique adéquat pour agir automatiquement, soit sur une vanne 23 modifiant le débit d'air d'extraction, sur le variateur de vitesse du ventilateur 13, soit sur les admissions d'air de dilution 6, soit sur le variateur de vitesse du tambour, soit sur un vérin réglant la pente du tambour, soit encore sur le débit de recyclage (vanne 22). La vitesse de passage du produit humide est modifiée en conséquence et la siccité du produit sortant reste constante, quelle que soit la charge et quelle que soit l'humidité du produit entrant. I1 résulte de ce qui précède, que la dépression aux joints 20 peut donc varier. Selon cette demande antérieure, on cherchait essentiellement à rendre automatiquement constante la teneur en eau aes produits, celle-ci étant d'ailleurs déterminée par la température de consigne. Le perfectionnement que constitue l'invention selon la présente demande consiste à choisir la température de consigne indépendamment de la teneur en eau des produits à la sortie en combinant à l'action variable de la charge sur la durée de séjour du produit selon la demande antérieure, un réglage notamment manuel de la durée moyenne de séour.Si l'on dispose d'un moyen de mesure de la teneur en eau des produits a la sortie, on peut également tendre automatiquement vers un rendement thermique optimal. Ceci permet donc de maintenir constante 1' humidité de sortie du fourrage ou analogue grace à un abaissement conjoint de la température de sortie et du débit des gaz dans le four.On est cependant limité bien évidemment par la température maximale admissible pour le fourrage ou analogue des gaz entrant dans le tambour et/ou pour ltappareil lui-meme puisqu'il faut éviter une détérioration des produits et de l'appareillage. La présente invention permet donc de choisir par un réglage notamment manuel le débit évaporatoire recherché, appele "charge", la nature du produit, la teneur en eau du produit a la sortie et la température maximale d'entrée. Ces quatre paramètres peuvent être choisis comme des grandeurs indépendantes. La nature du produit est évidemment celle du produit à -déshydrater puisque l'expérience a montre que cet appareillage pouvait être utilisé pour de très nombreux produits en dehors du fourrage classique, notamment des tubercules tels que des pommes de terre, que l'on morcellera éventuellement au préalable de façon à faciliter la déshydratation. Les conditions de travail dépendent bien entendu des produits à traiter : la nature du produit est à la fois le produit, sa présentation et sa teneur en eau initiale. On peut également a l'inverse, tout en tendant automatisue- ment vers le débit évaporatoire maximal à humidité de sortie constante, accroître conjointement la température de sortie et le débit-de gaz dans le four, ceci étant bien entendu limité par la température maximale admissible des gaz sortant du tambour sécheur pour les produits et pour l'appareillage et par le débit maximal de combustible admis par le bru leur. On choisit donc dans ce cas, notamment par réglage manuel la nature du produit comme ci-dessus, la teneur en eau à la sortie, la température maximale à la sortie et le débit maximal de combustible. Par conséquent, alors que dans la demande antérieure, on ne choisissait pas la température de sortie, dont la valeur était imposée par l'humidité de sortie à obtenir, on peut choisir a priori selon la présente invention la température et l'humidité de sortie de façon indépendante et tenir compte ainsi de la nature des produits à traiter et de la forme sous laquelle ils se présentent. Pour mieux faire comprendre les caractéristiques technicus et les avantages de la présente invention, on va décrire un exemple de réalisation étant bien entendu que celui-ci n'est pas limitatif quant a son mode de mise en oeuvre et aux applications qu'on peut en faire. On se reportera à la figure déjà décrite précédemment à propos de la demande antérieure déposée par le requérant. Le principe général de fonctionnement du four selon l'inven tion est sensiblement le même que dans cette demande antérieure étant bien entendu qutil peut s'appliquer à toutes sortes de produits et notamment aux produits agricoles, par exemple au fourrage. Par ailleurs, selon la présente invention, on agira sur les paramètres de fonctionnement non en fonction du seul débit de combustible, mais en fonction de la charge évaporatoire telle que définie plus bas. On remarquera également que l'on peut agir en ce qui concerne le réglage du temps de séjour des produits dans le four tant sur le débit d'extraction des gaz à la sortie en 23 que sur le débit d'admission des gaz dans le brûleur, le foyer et/ou tambour (en 4, en 6, en 15 et/ou en 20).On peut donc agir également comme il a été dit dans la demande antérieure sur le recyclage par 22 et 21. La charge évaporatoire est l'ensemble des grandeurs physiques caractérisant à chaque instant de façon unique le régime de fonctionnement de l'appareil. Elle peut être évaluée par une ou plusieurs des grandeurs suivantes : - par le débit de combustible - par le débit d'eau et sa difficulté à l'enlever, c'est à dire par la nature du produit, sa présentation et sa teneur en eau à l'entrée compte tenu du débit pondéral de produit entrant - par le débit calorique de l'air entrant dans le four ou en sortant, c'est à dire par son débit-masse, sa température et sa composition, notamment en vapeur d'eau et en gaz carbonique, à l'entrée et à la sortie. Les moyens de mesure peuvent être de tout type classique adéquat bien connus de l'homme de l'art. Par ailleurs, on peut agir non seulement sur la flamme comme le proposait ladite demande antérieure, mais également sur le débit du duspositif d'alimentation en produit à traiter. En conséquence, si par exemple on double la charge ce qui se traduit par les conséquences déjà énumérées (poussée de l'air, action du ventilateur, etc...), l'adaptation par la régulation du débit de matière au lieu de celle du débit de l'air aura un effet opposé à savoir que la régulation ne fournissant pas assez de matière (et non pas assez de combustible), l'un des effets en sera une baisse. de la teneur en eau (et non plus une hausse de cette teneur). Cette régulation par le débit de -. matière est donc moins sensible à la charge que celle par le débit de combustible. Toutefois, un ajustement reste nécessaire pour combler la différence de teneur en eau suivant la charge, problème résolu par la demande ante rieure. De toute façon, il est recommandable d'utiliser un ou plusieurs bruleurs à servo-moteur ou analogues. Comme on y a fait allusion plus haut, la resultante peut être également négative c'est à dire que l'on peut etre amené à accélérer ou à réduire le débit d'air de sorte que la fonction de-variation est a considérer autant dans un sens que dans l'autre, problème résolu aussi dans la demande antérieure. En combinaison avec les dispositifs décrits ci-dessus et dans la demande antérieure agissant sur la durée de séjour en fonction de la charge évaporatoire, on agit donc selon la présen- te invention dans les conditions suivantes. On agit tout d'abord, en dehors de ladite charge, sur la duree m^ nne de séjour ?nur obtenir à la fois la température de sortie désirée, ce qui correspond à la qualité des produits voulue, la teneur en eau voulue, ce qui correspond à la conservation ultérieure des produits. Pour ce faire, on affiche le produit à traiter (luzerne, pommes de terre, etc...) son état physique et sa teneur en eau c'est à dire la nature du produit à déshydrater qui determine les conditions de travail et en particulier la durée moyenne de séjour nécessaire pour obtenir la teneur en eau désirée à la sortie, cet affichage pouvant être manuel ou automatique , la teneur en eau des produits à la sortie est mesuree automatiquement ou manuellement par tout système adéquat connu de l'homme de l'art. L'action sur la durée moyenne de séjour peut être obtenue par réglage manuel corrigeant les positions des dispositifs agissant sur la durée en fonction de la charge, notamment sur les vannes d'admission ou d'extraction d'air, sur les ventilateurs etc... Elle peut être obtenue par réglage de ces memes dispositifs à partir des mesures de teneur en eau, ce reglage devenant automatique lorsque la mesure de la teneur en eau est elle-mGme automatique. La mesure automatique de la teneur en eau peut aussi bien agir non sur ces dispositifs mais sur la température de consigne des gaz de sortie. On agit également sur les différents dispositifs pour rechercher le rendement thermique optimal en fonction de la charge évaporatoire demandée et de la nature du produit, notamment de son humidité, La charge évaporatoire peut varier en effet con sidérablement en comparaison à la capacité maximale de l'appareillage dans la mesure oa, pour des raisons diverses, on peut être amené à travailler à capacité réduite. On détermine la plus basse température de sortie compatible avec la corrosion des métaux en contact avec les gaz de sortie et la plus haute température d'entrée compatible avec la tenue du matériel et la qualité du produit. En pratique, l'emploi de matériel résistant à la corrosion permet de ne pas avoir à tenir compte d'une température de sortie inférieure limitante. On prend donc essentiellement en considération le maintien de la température maximale à l'entrée. On agit donc sur le débit gazeux traversant le tambour sécheur et ce, bien entendu, en association avec la variation de durée de séjour dans le tambour en fonction de la charge évaporatoire; le débit pondéral de matière étant déterminé, ce débit gazeux est réglé automatiquement, compte tenu de la température maximale à l'entrée; la température de consigne de sortie baisse également suivant des indications de la mesure automatique de la teneur en eau à la sortie. L'action sur les dispositifs réglant la durée de séjour peut être manuelle ou automatique (électrique, électronique, mécanique, pneumatique, hydraulique, etc...) les techniques fort nombreuses relevant de la connaissance classique de l'homme de l'art. Ces dispositifs de réglage de la durée de séjour comprenant notamment des vannes en série ou en parallèle réglant le débit de gaz notamment d'air frais ou de recyclage et/ou de combustible, et aes ventilateurs ou pompes. On peut agir sur ces dispositifs par combinaison de données calculées manuellement ou automatiquement par voie analogique ou numérique avec les mesures effectuées notamment de teneur en eau à la sortie et conditions limitantes prédéterminées par exemple par des essais des matériaux (produits et appareillages). On recherche si besoin est, également le débit évaporatoire maximal en faisant appel aux mêmes moyens que pour la recherche du rendement thermique optimal mais au lieu de réduire le débit gazeux jusqu'à atteindre la température maximale à l'en trée, on augmente ce débit jusqu'à atteindre le débit maximal du bruleur; tandis que la température de consigne de sortie évolue jusqu'a la valeur maximale admissible sous l'effet des signaux provenant également de la mesure automatique de la teneur en eau du produit à la sortie. On ne tient donc pas compte ici des mêmes conditions limitantes prédéterminées. REVENDICATIONS 1.- Procédé de régulation automatique de la teneur en eau de produits sortant d'un séchoir rotatif caractérisé par l'action automatique de l'un au moins des mécanismes agissant sur la durée de séjour du produit dans l'appareil, en fonction d'au moins une des grandeurs caractérisant la charge évaporatoire (notamment débit de combustible, débit d'eau a enlever, débit calorifique de l'air entrant, débit calorifique de l'air sortant, températures et teneur en vapeur d'eau de l'air entrant ou sortant,teneur en gaz carbonique de l'air entrant ou sortant). 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé par au moins l'un desdits éléments de régulation, en combinaison avec les systèmes de régulation automatique de l'art antérieur qui ajustent le débit calorique et le débit de matière à traiter en maintenant la température de sortie constante. 3.- Procedé selon une des revendications 1 ou 2 caractérisé par le réglage manuel de la durée moyenne de séjour des produits, notamment par le réglage du débit moyen des gaz, en combinaison avec au moins un desdits éléments de régulation automatique. 4.- Procédé selon une des revendications précédentes caractérisé par le réglage automatique de la durée moyenne de séjour des produits, notamment par le réglage du débit moyen des gaz, en fonction de la teneur en eau du produit séché mesurée automatiquement, en combinaison avec au moins un desdits éléments de régulation automatique. 5.- Procédé selon une des revendications précédentes caractérisé par le réglage notamment automatique du débit des gaz pour atteindre la température maximale d'entrée autorisée et par le réglage notamment automatique de la température de sortie pour obtenir la teneur en eau désirée, mesurée notamment de façon automatique, en combinaison avec au moins un desdits éléments de régulation automatique. 6.- Procédé selon une des revendications précédentes caractérisé par le réglage notamment automatique du débit des gaz pour atteindre le débit calorifique maximal autorisé et par le réglage notamment automatique, jusqu'a sa valeur maximale autorisée, de la température de sortie pour obtenir la teneur en eau désirée, mesurée notamment de façon automatique en combinaison avec au moins un desdits éléments de régulation automatique. 7.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon une des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de régulation appropriés. TABLEAU (partie gauche) REGULATION BUTS VARIABLES PREDETERMINEES Principe Art Teneur Débit de matière à Equilibre Antérieur en eau traiter -charge- bilan thermique de sortie (ou débit calorique) constante Demande (et) (et) 74 20645 Teneur Inchangé Action sur en eau de la durée de sortie séjour dans lé indépendante tambour suivant de la charge la charge Présente (et) (et) (et) Demande Obtenir - Température Durée moyenne la teneur en de sortie de séjour réglable eau - Teneur en eau indépendante de sortie de la température de sortie (et) (et) Recherche Température Action sur le de rendement d'entrée débit de gaz ou thermique maximum sur la température maximum de sortie suivant l'humidité de ou ou sortie sortie Recherche Température de du débit sortie maximum évaporatoire Débit calorique maximum maximum TABLEAU (partie droite) RéGULATION Grandeurs Consigne PARAMETRES CARACTERES Réglantes Débit Température Régulation : - teneur en eau de calorique de sortie - amortissement sortie variant (ou débit - proportionnelle avec la charge matière) - intégrale - température et - dérivée teneur en eau de sortie liées (et) (et) (et) Débit gaz Asservisse- Loi de charge - teneur en eau de (ou vitesse) ment de par rapport à sortie indépen (ou pente) grandeur la teneur en eau dante de la charge du tambour I réglante à de sortie - température et la charge - teneur en eau de sortie liées (et) (et) Débit de gaz Combinaison Inchangé - température et (ou vitesse) avec débit de teneur en eau de (ou pente) gaz préréglé sortie indépen du tambour (ou vitesse, dantes ou pente du - asservissement tambour) possible à appareil automa tique de dosage en eau de sortie (et) Inchangé Valeur de Loi entre la - asservissement débit moyen durée de séjour à l'humidité de de gaz ou de la température sortie, si possible température de sortie et mesurée automa de sortie l'humidité de tiquement sortie