Brevet FR2563230A1 — publié le 19851025

La présente invention se rapporte à un four de carbonisation pour la fabrication de charbon de bois. L'invention vise également une installation utilisant les fours de carbonisation. Les fours connus sont constitués d'une enveloppe métallique contenant le bois avec des ouvertures réglables d'admission d'air comburant, et des cheminées d'évacuation des fumées. Au cours de la fabrication du charbon de bois, durant une première phase qui apres l'allumage correspond a une déshydratation du bois, on doit pouvoir évacuer les fumées qui contiennent une grande quantité de vapeur d'eau. Après cette première phase, on doit réduire manuellement ou automatiquement la section de l'évacuation des fumées pour contrôler la carbonisation. La quantité de bois a considérablement diminuée au cours de la déshydratation, le volume d'air comburant par rapport au bois est alors trop important de sorte qu'il se crée un déséquilibre thermique qui engendre une combustion d'une trop grande quantite de bois. Le rendement est ainsi médiocre en raison de la quantite de cendres inutilisables. De plus, dans la phase de carbonisation, il se degage des vapeurs pyroligneuses, goudrons, brais, huiles, acide acétique etc. qui ont un grand pouvoir calorifique, sont rejetées à l'atmosphère, ces vapeurs à haute température n'étant pas utilisées. La présente invention vise notamment à remédier à ces divers inconvénients. Le four, selon l'invention est du type comprenant un corps destine à contenir du bois à carboniser, en vue de l'obtention de charbon de bois, ledit corps présentant à sa base des ouvertures laterales d'admission d'air comburant de section réglable, le corps étant fermé par un toit pourvu d'une cheminée munie de moyens pour ouvrir ou fermer l'ouver- ture d'évacuation des fumées et régler la section de celle-ci et est caractérisé en ce que le corps comporte une première partie inférieure affectant la forme d'une cuve ouverte à sa partie supérieure, et une partie intermédiaire supportant le toit, cette dernière étant largement dimensionnée pour coulisser sur la première partie en ménageant entre elles un espace libre Grâce à cette disposition, le four est chargé de maniere à maintenir en position haute la partie intermé- diaire et au cours des phases de déshydratation et de carbonisation, cette partie reposant par le toit sur le bois coulisse verticalement de sorte qu'on assure le maintient constant du volume d'air comburant à l'intérieur du four, la température de carbonisation étant stabilisée. Après la phase de déshydratation, on peut fermer la cheminée ce qui provoque une inversion du courant d'évacuation des fumées qui s'échappent alors dans l'intervalle compris entre la première partie et la seconde partie inter médiaire. Cette inversion assure la combustion des vapeurs pyroligneuses et des matières volatiles ce qui permet d'eviter la pollution atmospherique, de réduire le temps de carbonisation et d'obtenir un charbon de bois de bonne qualité et homogène. On obtient également un rendement supérieur en poids par utilisation des calories récupérées. Afin de faciliter le remplissage du four, le toit est monte de manière amovible sur la seconde partie in termediaire et la première partie comporte des moyens pour maintenir ladite partie intermédiaire dans une position surélevée. Pour obtenir un bon coulissement de la partie in termediaire par rapport à la partie inférieure, la première partie comporte des rouleaux de guidage de la seconde partie intermédiaire. De préférence, le four affecte une forme générale cubique. Suivant une caractéristique de détail, les parois latérales de la première parti-e sont doublées et entretoisées. Gracie à cette disposition, on créé un pont thermique, la paroi interne recevant les chocs thermiques est refroidie par la paroi externe qui elle est en contact avec l'extérieur. On assure ainsi une grande longévité au matériel et une diminution des déformations dues aux coups de feu. Pour parfaire le filtrage des fumées, les cheminées peuvent être intérteurement munies de chicanes d-estinées à recueillir les goudrons et brais issus de la phase de pyrolise, et d'un élément de filtrage, par exemple forme d'une charge de charbon de bois pour la rétention des vapeurs pyroligneuses (acétone, acide acetique). L'invention vise également une installation pour la production de charbon de vois utilisant les fours selon l'invention. L'installation, selon l'inventOon est caractérisée en ce qu'elle comprend deux fours disposés l'un contre l'autre, une enceinte enfermant les deux fours et deux cheminées reliées chacune à un four. Grace a une telle installation, les fours sont à l'abri des intempéries et on peut beaucoup mieux régler la carbonisation dans une ambiance stable. Un des aspects essentiels d'une telle installation est le gain de temps du cycle de carbonisation qui est très important. En effet, on utili- se une telle installation en allumant un four, tandis que le four voisin rempli reste en attente et au cours de la phase de carbonisation les fumées qui résultent de la combustion des vapeurs pyroligneuses et autres substances volatiles sont automatiquement recyclées pour traverser le bois du four en attente de sorte "on procede ainsi à la phase de déshydratation dudit bois.Lorsque la carbonisation est tEP- minée dans un four on le remplace par un autre repa i et on allun)e celui dont le bois est deshydrate. On peut ainsi réaliser un ensemble qui fonctionne en continu. Pour faciliter la mise en place des fours lBen- ceinte est formée par deux cellules mobiles ouvertes sur leur face en regard l'une de l'autre et iées de manière à pouvoir être rapprochées ou écartées. Suivant une caractéristique constructive, chaque cellule est portée par un chariot guidé sur des rails. De préférence, chaque cellule comporte sur ses parois des ouvertures obturables par des volets, on peut ainsi très aisément accéder aux fours pour procéder aux dif férents réglages, admission d'air notamment. Il peut être prévu pour chaque cellule un volet mobile verticalement susceptible d'obturer en parti-e la face ouverte desdi-tes cellules, de tels volets permettant de régler la section de passage des fumées d'un four en phase de carbonisation vers l'autre four pour la déshydratation du bois que celui-ci contient. Suivant une caractéristiqu constructive, le volet mobile est guidé dans des gli-sstères verticales des bords de la face ouverte de la cellule et relié par un câble guidé sur des poulies a un contrepoids d'équilibrage. Suivant encore une autre caractérfstique importante chaque cellule comporte des moyens pour la fermeture automatique de la cheminée a partir d'une valeur déterminée du coulissement de la partie intermédiaire du four. Ainsi, le four peut automatiquement et sans intervention manuelle passer de la phase de déshydration a la phase de carbonisation, par inversion automatique du courant d'évacuation des fumées. Enfin, suivant une dernière caractéristique, chaque cellule comporte une ouverture dans sa paroi supérieure destinée a être alignée avec un conduit d'évacuation des fumées du four, ladite ouverture étant traversée par une cheminée mobile reliée au conduit d'évacuation des fumées du four et agencée de manière qu'à partir d'un coulissement vertical déterminé de la partie intermédiaire la cheminée soit fermée L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple seulement et représenté aux dessins annexés, dans lesquels Figure 1 est une vue en perspecti-ve avec des arrachements d'un four selon l'invention, Figure 2 est une vue en coupe verticale du four de la figure 1, Figures 3 et 4 sont des vues en coupe montrant les différentes phases de fonctionnement du four, selon l'invention, Figure 5 montre en coupe un détail d'une variante de la cheminée, Figure 6 montre en perspective une installation utilisant deux fours selon l'invention, Figures 7, 8 et 9 sont des vues schematiques montrant l'utilisation de l'installation de la figure 6. Le four représenté aux figures 1 à 4 comprend une partie inferieure 1 constituée d'une cuve de forme cubique présentant un fond 2 solidaire de profilés 3 permettant de le surélever légèrement par rapport au sol pour permettre de déplacer le four par exemple à l'aide d'un chariot élévateur. Le fond 2 comporte quatre parois latérales 4, 5, 6 et 7 qui sont doublees interieurement et qui sont au voisinage de leur bord inférieur pourvues d'ouvertures 8 dont la section est reglable par des volets 9. Les parois latérales 5 et 6 sont pourvues de rouleaux horizontaux de guidage 10 qui tournent fous. Le four est complété par un corps intermédiaire 11 formé d'un élément tubulaire de section carrée et largement dimensionne pour pouvoir glisser librement sur la partie in férieure 1, guidé sur les rouleaux 10. La partie intermédiaire 11 est solidaire à sa partie supérieure d'un profile en L 12 dont l'une des ailes 12a est solidaire du bord superieur, tandis que l'autre aile 12b forme un rebord extérieur, cette dernière aile recevant dans des taraudages correspondants des vis 14. Le four est complété par un toit 16 qui présente un rebord 17 destiné à reposer sur l'aile 12a à l'intérieur du périmètre déterminé par l'aile 12b. Le rebord 17 comporte des trous 18 pour permettre l'engagement des vis 14, ces trous pouvant être taraudés. Le toit 16 comporte dans sa partie centrale une cheminée 20 présentant une ouverture latérale 21 et dans laquelle s'engage un chapeau 22 formé d'un élément tubulaire destiné à s'engager dans la cheminée 20, ledit élément tubulaire étant percé d'une ouverture 24 susceptible de coïncider avec l'ouverture 21 et solidaire d'un fond 23 pourvue d'une poignée de manoeuvre 25. Le toit 16 est pourvu également de cheminées annexes 26 obturables par des volets 27. Sur les parois latérales 5 et 6 sont fixées des goupilles 30 destinées à supporter le corps intermédiaire 11 durant le chargement du four. Le fond 2 de la partie inférieure 1 peut être en forme de cuvette et présenter dans sa partie centrale une trappe 31 pour faciliter la vidange du charbon de bois. Lors du chargement le toit 16 est retirée tandis que le corps intermédiaire 11 repose sur les goupilles 30. Lorsque le four est plein, on fixe le toit avec les vis 14 et on retire les goupilles 30, le foyer est ensuite allumé et le tirage convenablement reglé avec les volets 9, tandis que les cheminées 20 et 26 sont ouvertes de maniere à permettre l'évacuation des fumées humides. Après un certain temps qui correspond à une première phase permettant d'éliminer l'humidité (figure 2), on ferme la cheminée 20 et les cheminées annexes 26, il se produit alors (figure 3) une modification du courant des fu mées, celles-ci s'échappant par l'intervalle ménagé entre la partie 1 et le corps intermédiaire 11. Dans cette phase qui correspond à la pyrolise, il est brûlé à l'intérieur du four les différents gaz chauds de goudron, brai, alcool méthylique, oxyde de carbone, methane etc. qui possèdent un pouvoir calorifique très supérieur a celui du bois et leur combustion constitue un apport de calories qui engendre une diminution de la consommation du bois combustible. Les fumées traversent la masse du bois et déposent dans celle-ci, les goudrons, brais et matières volatiles de sorte que le bois forme un filtre qui évite la pollution atmosphérique Au fur et à mesure de la carbonisation le corps intermédiaire 11 descend pour en fin de carbonisation reposer sur le sol. Cette disposi-tion permet le maintien d'un volume d'air comburant, dans le four correspondant au volume du bois à carboniser, ce qui- permet d'obtenir une carbonisation homogene grâce à l'équilibre air combustible. En fin de carbonisation, on dépose du sable autour du four et sur les cheminées de manière à arrêter a carbonisation puis, après refroidissement on vide le charbon de bois obtenu par la trappe 31. On remarquera que les parois du corps 1 sont dou blées ce qui permet de creer un pont athermique, les parois internes recevant les chocs thermiques dûs au contact avec le charbon de bois incandescent, tandis que les parois externes sont refroidies au contact de l'air exterieur. Ainsi les différents éléments constituant le four ont une bonne tenue et on assure une grande longévité du matériel. A la figure 5, on a représente en détail en coupe une variante de la chemine 20 cette cheminee referencee ici en 20a comportent des organes pour filtrer les fumées. Les organes correspondant à ceux des différentes figures déjà décrites sont désignées par les références correspondantes affectées de la lettre "a". Sur le toit 16a est fixé à baïonnette un conduit 65 preser.tant des butées 66 contre lesquelles vient reposer un manchon 67 solidaire d'un chapeau 23a. Le manchon 67 comporte des anneaux internes 68 et un fond 41. La face de la cellule 39 opposée a celle fermee par le fond 43 comporte une large ouverture 45 susceptible d'être en partie obturée par un volet 46 mobile dans des glissières verticales 47 et sur le bord supérieur duquel est fixé un câble 48, guidé sur des poulies 49 et 50 portées par une potence 51 et à l'extrémité libre duquel est fixé un contrepoids 52. Les parois latérales 40, 41 et le fond 43 sont pourvus d'ouvertures 53 obturables par des volets 54. Le chariot 38 est identique au chariot 37 et on a porté sur les dessins les références utilisées pour le chariot 37 pour désigner les mêmes organes. Chaque cellule 39 comporte à sa partie supérieure une ouverture 56 dans laquelle est montée coulissante une cheminée 57 présentant au moins une ouverture latérale 58 et fermee par un chapeau 59 pourvu d'un rebord 60 destiné à circonscrire le bord de l'ouverture 56. Entre les rails 35 et 36 à des endroits deter- minés et marqués par des repères, non visibles sur les dessins sont posés l'un à côté de l'autre deux fours A et B tels que celui décrit et représenté aux différentes figures 1 à 4. Les cellules 39 des chariots 37 et 38 sont approchees l'une de l'autre de manière à enfermer les deux fours et les volets 46 plus ou moins abaisses suivant les réglages à prévoir. Les cheminées 57 sont d'une longueur importante de manière à pouvoir coulisser librement dans les ouvertures 56 et à reposer sur les toits 16 des fours en s'emboîtant sur les cheminées 20 de ceux-ci. La longueur des cheminées 57 correspond au deplacement du corps intermédiaire 11 lors de la phase correspondant à l'allumage, la combustion et la deshydratation du bois à carboniser, de manière qu'en fin de phase de déshydratation lorsque le bois doit être carbonisé, le rebord 60 repose sur la paroi 42 et qu'ainsi la cheminée étant fermée, les fumées soient dirigées dans l'espace ménagé entre le corps 11 et la partie inférieure 1. la paroi latérale interne du manchon comporte une grille 69 supportant une colonne 70 pourvue d'ailettes latérales 71 qui forment avec les anneaux 68 des chicanes. Le manchon 67 au voisinage du chapeau 23a comporte des ouvertures 24a et entre ces dernières et la grille 69 il est ménage une capacité 76 qui peut recevoir un elément de filtrage 77 par exemple du charbon de botes. L'élément de filtrage peut etre placé dans un panier ou une cartouche pour faciliter le remplacement periodique et soit la grille 69, soit le chapeau 23a etant démontable à cet effet. Le chapeau 23a est pourvu d'une poigne 25a et Presente une jupe 78 qui est destinée à coopérer avec une gorge 80 ménagée à la surface superieure du toit 16a pour assurer la lutation lorsque la première phase d'elimination de l'humidité esttermînée et que le four passe à la phase de carbonisation. Une telle cheminée permet par les chicanes la rétention des goudrons par projection et par l'élément de filtrage 77 la rétention des vapeurs pyroligneuses (acétone, acide acétique). Aux figures 6 à 9, on a representé une installation qui permet un gain de temps appréciable en utilisant trois fours, selon l'invention. En effet, si on utilise un four seul, il faut prévoir le temps de chargement, le temps d'allumage et de combustion, le temps de déshydratation, le temps de carbonisation et le temps de refroidissement, ce dernier etant d'environ 24 heures. L'installation permet de réduire considérablement la première phase et ainsi d'avoir une production accrue. L'installation comprend deux rails 37 et 38, sur lesquels roulent deux chariots 37 et 38. Le chariot 37 supporte une cellule 39 présentant deuO parois laterales 40 et 41 une paroi supérieure 42 et Le fonctionnement de l'installation est le suivant : les deux fours chargés A et B sont placés l'un contre l'autre et les cellules 39 forment une enceinte dans laquelle les fours A et B sont enfermés. Le four A est allumé et par les volets 54, qui sont largement dimensionnes, on peut avoir accès aux volets 9 (figure 7). Durant la première phase (allumage, combustion et déshydratation), les fumées chargées de vapeur d'eau s'échappent par la cheminee 57. Lorsque le corps intermediai-re 11 a coulissé vers le bas d'une certaine hauteur, la cheminée 57 se ferme automatiquement en butant contre la paroi 42 par son rebord 60, et le four A passe dans la phase de carbonisation les fumées circulant alors en passant dans l'espace ménagé entre le corps intermédiaire 11 et la partie inférieure 1 (figure 8). Comme les fumées ne peuvent s'échapper des cellules mais que la cheminée 57 du four B est ouverte ainsi que les volets 9 de celui-ci > il se produit un tirage à travers le four B de sorte que les gaz chauds qui sont à une température de l'ordre de 360" et qui possèdent un haut pouvoir calorifique en traversant le bois du four B sechent celui-ci ce qui, par la suite, diminuera considérablement la consommation du bois combustible. Lorsque la phase de carbonisation du four A est terminée, on ecarte les cellules 39 et avec un organe de levage on la retire de son emplacement initiale pour la placer sur une aire de refroidissement, du sable étant placé tout autour et sur le toit 16 pour boucher les différents orifices (voir figure 4). Un autre four C a été préalablement charge et on vivent, avec l'appareil de levage le placer à l'endroit préalablement occupe par le four A. On ferme les cellules 39, on regle les volets 46, et on allume le four B. La phase de déshydratation du four B est très courte car celle-ci s'est effectuée lors de la phase de carbonisation du four A puisque les fumees qui traversent le bois assurent le séchage de celui-ci. Lorsque le four B passe dans la phase de carbonisation, les fumées traversent le bois du four C et assurent la déshydratation de celui-ci (Figure 9). Durant ces phases de déshydratation carbonisation des fours C et B, le four A est refroidi, vi-dé du charbon de bois qu'il contient et rempli de bois, puis, on retire le four B lorsque la carbonisation du bois de celui-ci est terminee et on place le four A à l'endroit occupé par le four B et on procède de la manière ci-dessus exposée. On conçoit qu'avec trois fours seulement et l'installation, selon l'invention, on peut fabriquer en continu du charbon de bois sans temps morts ce qui permet une utilisation rationnelle et optimale des fours. Une telle installation présente outre le gain de temps très important, pour l'obtention du-charbon de bois, de nombreux avantages. En effet, les vapeurs pyroligneuses, goudrons et acide acétique étant canalisées dans la masse de bois à déshydrater sont retenues dans celle-ci et on évite leur rejet dans l'atmosphère. Les cellules 39 forment une enceinte stabilisée ce qui évite les reglages de tirage et on obtient ainsi un meilleur rendement. Etant donne qu'aucun reglage precis n'est nécessaire, une main d'oeuvre spécialisée n'est pas nécessaire. il n'est pas nécessaire de surveiller les fours la nuit. De plus, on récupère par rayonnement des parois du four en fonctionnement, les calories qui sont normalement perdues. On peut travailler par n'importe quel temps puisque les fours sont protégés des intempéries et fonctionnent dans une ambiance stable. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit et représenté. On pourra y apporter de nombreuses modifications de détails sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1"- Four de carbonisation du type comprenant un corps destiné à contenir du bois à carboniser, en vue de l'obtention de charbon de bois, ledit corps présentant à sa base des ouvertures latérales (8) d'admission d'air comburant de section reglable et étant fermé par un toit (16) pourvu d'une cheminée (20) muni-e de moyens pour ouvrir ou fermer l'ouverture d'évacuation (21) des fumées et régler la section de celle-ci, caracterise en ce que le corps comporte une premiere partie inférieure (1) affectant la forme d'une cuve ouverte à sa partie Supérieure, et une partie intermédiaire (llJ supportant Te toit (16) cette derniere étant largement dimensionnée pour coulisser sur la première partie (1) en ménageant entre elles un espace libre. 2 - Four de carbonisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le toit (16) est monte de manière amovible sur la seconde partie intermédiaire (11) et la première partie comporte des moyens (30) pour maintenir ladite partie intermédiaire (11) dans une position surélevée. 30 Four de carbonisation, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la premiere partie (1) comporte des rouleaux (10) de guidage de la seconde partie intermediaire (11). 4"- Four de carbonisation, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il a une forme générale cubique. 5"- Four de carbonisation, selon la revendication 1, caractérise en ce que les parois latérales de la première partie (1) sont doublées et entretoisées. 6"- Four de carbonisation, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cheminée (20a) comporte des chicanes (68, 71) et un élément filtrant (77). 7"- Installation de fabrication de charbon de bois, utilisant des fours, selon la revendication 1 et/ou l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend deux fours (A, B) disposes l'un contre l'autre, une enceinte (39) enfermant les deux fours (A,B) et deux cheminées (57) reliées chacune à un four (A,B). 8 - Installation de fabrication de charbon de bois, selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'en- ceinte (39) est formée par deux cel-lules (39) mobiles ouvertes sur leur face en regard l'une de l'autre et guides de manière à pouvoir être rapprochees ou écartées. 94- Installation de fabrication de charbon de bois, selon la revendication 8 , caractérisée en ce que chaque cellule (39) est portée par un chariot (38) guidé sur des rails (35 et 36). 10'- Installation de fabrication de charbon de bois, selon les revendications 7 et 8 , caractérisée en ce que chaque cellule (39) comporte sur ses parois des ouvertures (53) obturables par des volets (54). 11"- Installation de fabrication de charbon de bois, selon les revendications 7 et 8 > caractérisée en ce que chaque cellule comporte un volet mobile (46) susceptible d'obturer en partie sa face ouverte (45). 120- Installation de fabrication de charbon de bois, selon la revendication 11, caractérisée en ce que le volet mobile (46) est guidé dans des glissieres (47) verticales des bords de la face ouverte (45) de la cellule (39) et reliée par un câble (48) guidé sur des poulies (49 et 50) à un contrepoids (52) d'équilibrage. 13 - Installation de fabrication de charbon de bois, selon la revendication 8, caractérisée en ce que chaque cellule comporte des moyens pour la fermeture automatique de la cheminée à partir d'une valeur déterminée du coulissement de la partie intermédiaire (11) du four. 14 - Installation de fabrication de charbon de bois, selon la revendication 13, caractérisée en ce que chaque cellule comporte une ouverture (56) dans sa paroi supérieure (42) destinée à être alignée avec un conduit (20) d'évacuation des fumées du four, ladite ouverture (56) étant traversée par une cheminée mobile (57) reliée au conduit (20) d'évacuation des fumées du four et agencée de manière qu'à partir d'un coulissement verticale déterminé de la partie intermédiaire (11) la cheminée soit fermée.