Brevet FR2706792A1 — publié le 19941230

La présente demande de brevet concerne un dispositif pour densifier des déchets principalement plastiques en vue de les préparer pour leur recyclage. Les activités industrielles, agricoles, domestiques, génèrent des volumes importants de déchets plastiques (films d'emballage, récipients de conditionnement etc) mélangés souvent à d'autres matériaux solides et/ou salis par contact avec des substances diverses. Le réemploi de ces déchets plastiques passe d'abord par un pré-traitement comportant un broyage ou sectionnement et une séparation totale des matériaux ou substances étrangères par lavage et séchage. Par le brevet FR 2 658 751 des demandeurs, on connait un dispositif de pré-traitement de déchets plastiques avant recyclage qui délivre des déchets lavés, essorés et séchés prêts à être recyclés. Les déchets préalablement morcelés sont déversés dans une cuve remplie d'eau. Une pompe immergée d'axe vertical, les lave et les conduit jusqu'à un tambour d'égouttage. A la sortie du tambour, un conduit les amène jusqu'à l'entrée d'un moyen d'assèchement par compression comportant une vis presseuse entraînée en rotation. La vis est disposée dans un canal d'accumulation de section sensiblement constante pourvue d'au moins une ouverture radiale pour une pièce de freinage montée pivotante qui est poussée vers l'intérieur du canal par des ressorts. Par un réglage de ces ressorts, on peut doser la compression exercée sur les déchets et donc leur degré de séchage. Un couteau tournant avec la vis est disposé à la sortie du canal d'accumulation pour diviser les blocs de déchets comprimés qui sont ensuite éparpillés par une soufflerie. On obtient une accumulation à faible densité de morceaux de plastique secs souvent de calibres différents les uns des autres. Ces déchets sont bien détachés les uns des autres et ils occupent un volume important ce qui n'est pas toujours favorable pour certaines opérations ultérieures de recyclage. Quand les déchets doivent être extrudés par exemple, il est préférable d'alimenter l'extrudeuse avec une régularité suffisante. C'est souvent plus difficile à obtenir avec des déchets présentés sous cette forme non calibrée. Si en outre on doit transporter ces déchets de faible densité et très volumineux vers une installation d'extrusion éloignée du lieu de pré-traitement, il faut employer un véhicule de grande capacité, ce qui renchérit considérablement les coûts. Le dispositif selon l'invention permet de densifier des déchets principalement plastiques de façon à obtenir un meilleur calibrage mieux compatible avec des opérations ultérieures de recyclage. L'idée mise en oeuvre est d'élever la température des déchets suffisamment pour obtenir une fusion au moins partielle et les rendre assez visqueux pour qu'ils s'agglomèrent, et ceci en utilisant essentiellement des moyens mécaniques d'échauffement. Le dispositif selon l'invention comporte un canal d'accumulation pourvu d'une entrée pour l'introduction des déchets et des moyens pour tasser les déchets à l'intérieur du canal d'accumulation. I1 est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de densification disposés au voisinage d'une extrémité du canal d'accumulation, pour obtenir une fusion partielle des déchets par transfert à ceux-ci d'énergie mécanique, ces moyens comportant une grille fermant le canal d'accumulation et des moyens pour forcer les déchets à passer au travers de la grille. L'élévation de température est obtenue ici à la fois par la compression des déchets, ainsi que par frottement et cisaillement quand ils sont forcés au travers de la grille. L'échauffement obtenu est suffisant pour que les déchets plastiques soient densifiés par agglomération. Comme les déchets introduits sont souvent constitués d'un mélange hétérogène de matériaux plastiques souvent mêlés avec d'autres déchets non plastiques, ces constituants divers ayant souvent des températures de viscosité différentes, il peut se produire une accumulation devant les trous de la grille, de matériaux restés à l'état solide. Les moyens de densification peuvent comporter en outre dans ce cas, au moins un élément coupant disposé à l'intérieur du canal d'accumulation pour nettoyer la grille et diviser les déchets, cette division contribuant aussi à l'élévation de température des déchets. Le dispositif peut aussi comporter des moyens de morcellement des déchets issus desdits moyens de densification pour les réduire en granules. Suivant un mode préféré de réalisation, le dispositif comporte un axe disposé le long du canal d'accumulation, une hélice fixée rigidement à l'axe et comprenant au moins une pale inclinée par rapport à la surface de la grille, et les moyens de morcellement comportent au moins un couteau sectionneur fixé au même axe, associé par exemple à un ressort pour appuyer le couteau sectionneur contre la grille. L'hélice comporte avantageusement plusieurs pales et plusieurs éléments coupants disposés dans un même plan perpendiculaire à l'axe, chaque élément coupant étant intercalé par exemple entre deux pales successives de l'hélice. L'énergie nécessaire pour élever la température des déchets est essentieIlement d'origine mécanique. Cependant, dans certains cas, notamment en début ou en fin d'opérations, ou pour certains types de plastiques, on peut inclure dans le dispositif des moyens de chauffage additionnels des déchets pour obtenir leur fusion partielle. Suivant un mode de réalisation, les moyens pour tasser les déchets comportent une vis sans fin solidaire de l'axe sur une partie de sa longueur et le canal d'accumulation est par exemple prolongé par une gaine communiquant avec une trémie de chargement des déchets à densifier. Suivant un mode de réalisation, le dispositif comporte avantageusement en outre un organe de contrôle permettant d'obtenir au voisinage de la grille une température suffisante pour amollir au moins une partie des déchets plastiques par commande par exemple des moyens de tassement des déchets ou des moyens de chauffage ou en réglant le débit des déchets issus de la trémie. Le dispositif selon l'invention peut être également associé à des moyens de lavage et d'essorage des déchets à densifier. Dans le cas où les granules ne sont pas recyclés sur place (pour alimenter par exemple une extrudeuse) le dispositif peut comporter en outre des moyens de refroidissement des déchets densifiés issus des moyens de densification et des moyens d'entrainement, tels que par exemple un ventilateur (ou autre moyen analogue) disposé au-dessous de la grille, associé par exemple à des moyens de régulation de son débit d'air, de façon à moduler la vitesse de refroidissement des granules et la température de la grille. Le transport aéraulique des granules au moyen du ventilateur a pour effet d'améliorer leur morcellement. Dans ce cas, ledit organe de contrôle peut aussi être adapté à commander le ventilateur pour obtenir un débit d'air contrôlé. On choisit une grille dont les trous sont conformés et orientés par rapport à l'axe du canal d'accumulation de façon à obtenir une énergie mécanique suffisante pour obtenir une fusion partielle des déchets. Le dispositif selon l'invention présente, de par sa structure, a l'avantage de produire par agglutination de déchets plastiques ramollis principalement par compression et friction, et ensuite sectionnés, des granules ayant un calibre compatible avec les machines de recyclage de déchets généralement utilisées. D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation décrits à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés où: - la Fig.l montre schématiquement en coupe un mode de réalisation préféré du dispositif; - la Fig.2 montre vue de face, la grille et les moyens associés de division et de forçage des déchets; et - la Fig.3 montre une vue partielle d'un élément rigide de forçage incliné par rapport au plan de rotation. Les déchets à densifier comportent principalement des matières plastiques qui ont été au préalable sectionnées plus ou moins grossièrement en morceaux, lavés et essorés, comme décrit dans le brevet précité. Dans le cas de films plastiques, les déchets se présentent sous la forme de pétales plus ou moins grands et encore plus ou moins humides. Les déchets à densifier sont chargés dans une trémie 1 (Fig.l) au-dessus d'une gaine tubulaire 2 où tourne une vis sans fin 3 comprenant une tige 3A associée sur une partie de sa longueur à un filet. Cette vis 3 est entraînée en rotation par un moto-réducteur 4. Les efforts axiaux supportés par la vis quand elle entraîne les déchets le long de la gaine, sont repris par une butée 5. On utilise de préférence une vis à pas variable. Le pas du filet 3B est plus grand vers sa première extrémité au-dessous de la trémie 1 que vers son extrémité opposée. Celle-ci est engagée dans un canal d'accumulation 6 terminé par une grille 7. Cette grille est par exemple plane et perpendiculaire à l'axe de la tige 3A. La partie terminale de la tige 3A est lisse (dépourvue de filet). Elle est supportée à son extrémité par la grille 7. Le canal 6 et la partie terminale lisse de la vis 3 délimitent une zone d'accumulation. Des résistances électriques (non représentées) peuvent être incorporées dans la grille ou la gaine 2 de la vis 3. Celle-ci et le canal d'accumulation sont pourvus d'ouvertures 8 pour l'évacuation du liquide extrait des déchets par la compression. Ce liquide tombe dans un récipient collecteur 9. Sur la tige 3A au voisinage immédiat de la grille, sont fixés des moyens pour diviser les déchets et des moyens pour forcer leur passage au travers de la grille. Les moyens de division comportent (Fig 2) au moins un et de préférence plusieurs couteaux 10 fixés radialement à l'axe 3A Les moyens de forçage comportent une hélice 11 pourvue d'au moins une pale fixée radialement à l'axe et inclinée par rapport à son plan transversal de rotation (Fig.3), et de préférence plusieurs pales. La grille comporte des trous pouvant être parallèles à l'axe 3A de rotation de l'hélice 11 ou inclinés par rapport à lui. L'inclinaison peut être choisie dans le sens de rotation ou bien à contresens pour augmenter l'énergie de fragmentation de la masse. Les trous de la grille 7 peuvent être cylindriques ou avoir toute autre forme évolutive dans le sens de la traversée de la grille pour intervenir sur l'énergie de frottement ou de compression transmise aux déchets. Du côté opposé de la grille 7, sont disposés des moyens de sectionnement 12 qui comportent une bague 13 pouvant coulisser sur l'axe de la vis sur laquelle est fixé au moins un couteau sectionneur 14 et un ressort 15 disposé entre une butée terminale 16 fixée à l'axe 3A et la bague 13, pour appliquer chaque couteau 14 contre la grille 7. Le couteau 14 divise la matière densifiée en granules. Suivant un mode de réalisation convenant notamment si les granules ne sont pas destinés à être recyclés sur place, le dispositif comporte des moyens de refroidissement des déchets à leur sortie de la grille du type à ventilation forcée par exemple, avec des possibilités de réglage pour agir sur la vitesse de refroidissement des granules sortant au travers de la grille 1 1 et la température de celle-ci. Ces moyens comportent par exemple un conduit 17 à la base duquel est disposé un ventilateur 18 communiquant avec une canalisation 19. L'action mécanique des pales du ventilateur 18 et aussi Ie transport aéraulique des granules améliorent le morcellement de celles-ci. On contrôle et on régule le débit à air et la vitesse du ventilateur. Un organe de commande 20 est utilisé pour réguler la vitesse de rotation de la vis 3, pour faire varier à volonté le débit de déchets tombant de la trémie 1 dans la gaine 2 de la vis et pour alimenter les résistances chauffantes auxiliaires éventuellement ajoutées au dispositif. Cet organe de commande peut servir également à régler le débit d'air de refroidissement des granules et de la grille 7. Le dispositif fonctionne comme décrit ci-après. Le dispositif est alimenté avec des déchets déjà secs ou bien encore des déchets encore humides d'eau, d'eau additivée ou de tout autre substance nécessaire à leur nettoyage, issus par exemple d'un dispositif de lavage et d'essorage. Les déchets tombent de la trémie 1. Ils sont transportés par le filet à grand pas de la vis 3 vers le canal 6 jusque dans sa partie terminale où ils s'accumulent, formant un bouchon. L'extrémité du filet de la vis est conformé de façon à exercer une pression permanente sur le bouchon. Cette pression est supérieure à la tension superficielle de l'eau restée sur les déchets, ce qui a pour effet de les assécher complètement. Le liquide exprimé est évacué dans le récipient 9. L'hélice 11 force les déchets comprimés à passer au travers des perforations de la grille 7. Le (ou les) couteaux 10 nettoie(nt) la grille et divisent les déchets plastiques pour faciliter leur passage au travers de la grille. L'élévation de la température des déchets résultant de leur compression et leur cisaillage entre les éléments fixes et tournants, favorisent le ramollissement des matières plastiques, au moins de celles dont le point de fusion est le plus bas dans le cas où on alimente le dispositif avec un mélange hétérogène de déchets plastiques. Cette fusion partielle a pour effet d'agglomérer les déchets qui sont ainsi densifiés avant d'être forcés par les pales de l'hélice 1 1 au travers de la grille 7. Les couteaux 10 agissent de telle façon que tous les déchets densifiés constitués principalement de matières plastiques mais aussi d'impuretés ou de débris divers en plus ou moins grande proportion, soient réduits en morceaux assez petits pour passer par les perforations de la grille 7 et éviter de les obstruer. La forme et la position des trous de la grille sont telles que la matière qui passe au travers est suffisamment densifiée et ceci sans consommation d'énergie excessive. L'organe de contrôle 20 peut ajuster la vitesse de rotation de la vis, la quantité de chaleur apportée par les résistances, la vitesse et le débit d'air de refroidissement des granules et de la grille, et le débit de matière entrant dans le canal d'accumulation, ceci en particulier durant les phases transitoires (démarrage et arrêt) mais aussi en cours de fonctionnement, compte tenu de la composition des déchets plastiques à densifier. Les boudins de plastique sortant des perforations 7 de la grille, sont réduits par les couteaux sectionneurs 14 en granules et refroidis par le courant d'air aspiré par le ventilateur 18. Les pales de celui-ci assurent un morcellement supplémentaire des granules. L'organe de contrôle 20 ajuste la vitesse de rotation de la vis et, au moins dans la période initiale, la température de la grille, pour atteindre la température susceptible, compte-tenu des matières plastiques à densifier, de conduire à cette fusion seulement partielle des déchets. On a décrit un mode de réalisation où la grille 7, les couteaux 10 et l'hélice 1 1 sont perpendiculaires à l'axe de la tige 3A. I1 est possible cependant d'utiliser une grille non plane (de forme tronconique par exemple) et de positionner les éléments 10, 1 1 en conséquence de façon à permettre la densification des déchets plastiques. L'ensemble des éléments précédemment décrit peut être utilisé seul ou bien encore remplacer les moyens d'assèchement à vis presseuse utilisés dans le dispositif de pré-traitement tel que décrit dans le brevet précitée des demandeurs, en combinaison avec des moyens de chargement, de lavage, d'égouttage et éventuellement d'essorage, destinés à fournir des déchets morcelés et nettoyés. On peut ainsi constituer un dispositif intégré capable de laver, sécher et réduire en granules des déchets principalement plastiques. On a décrit un dispositif où les moyens de tassement sont constitués par une vis presseuse. On ne sortirait cependant pas du cadre de l'invention en remplaçant une telle vis par tout autre moyen de compression tel qu'un piston par exemple. Les moyens de refroidissement 17-19 précédemment décrits sont facuItatifs. Ils sont utiles si l'on doit transporter les granules ailleurs jusqu'à une unité de recyclage. Dans le cas contraire où les granules sont recyclés sur place, on fait communiquer directement la sortie du canal d'accumulation avec une unité de recyclage telle qu'une extrudeuse par exemple, de façon à profiter de la température relativement élevée des déchets. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour densifier et réduire en granules des déchets principalement plastiques en vue de faciliter des opérations ultérieures de recyclage, comportant un canal d'accumulation (6) pourvu d'une entrée pour l'introduction des déchets et des moyens pour tasser les déchets à l'intérieur du canal d'accumulation, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de densification disposés au voisinage d'une extrémité du canal d'accumulation, pour obtenir une fusion partielle des déchets par transfert à ceux-ci d'énergie mécanique, ces moyens comportant une grille (7) fermant le canal d'accumulation, et des moyens (11) pour forcer les déchets à passer au travers de la grille (7). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de densification comportent en outre au moins un élément coupant (10) disposé à l'intérieur du canal d'accumulation (6), pour nettoyer la grille (7) et diviser les déchets. 3) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de morcellement (12, 18) des déchets issus desdits moyens de densification. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que Iesdits moyens de densification comportent un axe (3A) disposé le long du canal d'accumulation (6), une hélice (11) fixée rigidement à l'axe et comprenant au moins une pale inclinée par rapport à la surface de la grille, au moins un élément coupant (10) fixé rigidement à l'axe et des moyens d'entrainement (4, 5) de I'axe (3A) en rotation à une vitesse suffisante pour obtenir une fusion partielle d'une partie des déchets au voisinage de la grille, et en ce que les moyens de morcellement (12) comportent au moins un couteau sectionneur (14) fixé au même axe. 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de densification comportent une hélice (11) à plusieurs pales et plusieurs éléments coupants (10) disposés au voisinage de la grille (7), chaque élément coupant étant intercalé entre deux pales successives de l'hélice. 6) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de chauffage additionnels des déchets pour obtenir leur fusion partielle. 7) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de morcellement (12) comportent un ressort (15) pour appuyer chaque couteau sectionneur (14) contre la grille (7). 8) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour tasser les déchets comportent une vis sans fin (3) solidaire de l'axe (3A) sur une partie de sa longueur. 9) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le canal d'accumulation (6) est prolongé par une gaine (2) communiquant avec une trémie (1) de chargement des déchets à densifier. 10) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un organe de contrôle (20) permettant d'obtenir au voisinage de la grille (7) une température suffisante pour amollir au moins une partie des déchets plastiques. 11) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit organe de contrôle (20) est adapté à contrôler les moyens de tassement des déchets. 12) Dispositif selon les revendications 6 et 10, caractérisé en ce que ledit organe de contrôle (20) est adapté à contrôler les moyens de chauffage. 13) Dispositif selon les revendications 9 et 10, caractérisé en ce que ledit organe de contrôle (20) est adapté à contrôler le débit des déchets issus de la trémie (1). 14) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de lavage et d'essorage des déchets à densifier. 15) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de refroidissement des déchets densifiés issus des moyens de densification et des moyens d'entraînement. 16) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement et les moyens d'entraînement comportent un ventilateur (18) disposé au-dessous de la grille (7). 17) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de régulation du débit d'air du ventilateur. 18) Dispositif selon les revendications 10 et 16, caractérisé en ce que ledit organe de contrôle (20) est adapté à commander le ventilateur (18) pour obtenir un débit d'air contrôlé. 19) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les trous de la grille sont conformés et orientés par rapport à l'axe du canal d'accumulation de façon à obtenir une énergie mécanique suffisante pour obtenir une fusion partielle des déchets. 20) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14 ou 19, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une unité de recyclage communiquant avec la sortie du canal d'accumulation.