Brevet FR2770441A1 — publié le 19990507

PROCEDE DE SECHAGE DES BOIS DE SCIAGE ET DISPOSITIF PERMETTANT LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE La présente invention concerne un procédé de séchage du bois de sciage ou des objets en bois. L'invention est particulièrement utile pour le traitement des "bois de sciage". Par le vocable "bois de sciage111 on entend un bois qui est issu directement de la première transformation (sciage). II est connu par la demande de brevet WO 82/01766 un procédé de séchage du bois, utilisant des micro-ondes d'une fréquence de 915 MHz appliquées aux éléments de bois à sécher pour élever leur température intérieure et leur faire rejeter l'eau. L'eau ainsi rejetée est évaporée à la surface du bois par une circulation d'air à basse vitesse obtenue par des ventilateurs. L'air chargé en humidité de l'ordre de 80% passe sur des condenseurs pour extraire cette humidité. Dans le document WO 82/01411, le même principe est utilisé mais dans ce demier, on précise en plus que la température de l'air doit être toujours inférieure à la température intérieure du bois. Ce document signale comme inconvénient le fait de chauffer avec les micro-ondes la superficie du matériau avant de chauffer la partie interne du matériau. Dans ce document, on propose donc de commander le processus de conversion de l'énergie électromagnétique en énergie calorifique pour concentrer les ondes sur l'eau dans le matériau. De plus, on suggère d'agir sur le climat à l'intérieur de la chambre en maintenant un pourcentage d'humidité de l'air suffisamment élevé pour que la surface du produit ne soit pas desséchée avant l'extraction de l'humidité au coeur du bois. Dans ce but, pendant la phase initiale du processus de séchage de l'eau, sous forme atomisée est introduite dans la chambre pour maintenir un taux d'humidité élevé. De même, I'article paru dans la revue "Holz als roh und werkstoff" en 1995, pages 333 à 338, Edition Springer-Verlag et intitulé "Microwave drying of pine and spruce" par A. L ANTTI enseigne de sécher du bois avec des micro-ondes fonctionnant dans des fréquences de 915 ou 2450 MHz et une densité de puissance située dans la plage de 25 à 78 kW/m3 pour élever la température intérieure du bois au environ de 140 C et réaliser une pression de vapeur interne au bois de 25 KPa. La pression interne ainsi réalisée est très élevée pour permettre une évacuation très rapide de l'eau. L'inconvénient du procédé est de développer des ruptures de fibres. Le processus de séchage commence par un séchage rapide par micro-ondes aux environs de 70" C puis une exposition intermittente aux micro-ondes pendant le séchage et enfin, une opération de séchage par contrôle de la température du bois en-dessous de la saturation des fibres en se limitant à une température maximale de 110 C. Dans tous les cas de figure, il est clair que l'air est utilisé comme véhicule pour éliminer l'humidité évacuée par le bois. Pour ces raisons, le taux d'humidité de l'air doit rester inférieur au taux de saturation de l'air en vapeur d'eau. II est donc nécessaire dans les dispositifs connus de déshumidifier l'air pour pouvoir effectuer le séchage du bois. De plus, il est nécessaire d'avoir une température de l'air inférieure à celle du bois pour permettre une évaporation. Tous ces dispositifs ont pour inconvénient de générer de grandes pertes d'énergie et de ne pas optimiser la consommation d'énergie. En effet, plus les températures de bois doivent être élevées, plus la puissance des générateurs de micro-ondes doit être proportionnelle et leur coût élevé compte tenu des durées de plusieurs heures des opérations de séchage, L'énergie consommée est élevée. En effet, on peut voir dans l'article cité ci-dessus que les durées de séchage sont comprises entre 3 et 5 heures selon l'épaisseur du bois et la puissance du matériel. De plus, aucun des procédés connus arrive à descendre en-dessous de 30% d'humidité dans le bois après séchage. La présente invention a pour but de proposer un procédé qui permette d'optimiser l'énergie et de réduire les puissances des dispositifs de micro-ondes tout en obtenant très rapidement un séchage complet du bois, depuis l'état vert jusqu'à un taux d'humidité final de l'ordre de 10%, voire inférieur. Ce but est atteint par le fait que le procédé de séchage du bois comporte: - une étape de mise en pression à une pression déterminée d'une enceinte (1) étanche au moins par injection de vapeur d'eau saturante et de maintien de cette pression pendant un temps déterminé, tout en assurant dans l'enceinte une circulation forcée d'air et de vapeur d'eau saturante; - une étape de chauffage au coeur du bois et dans la zone centrale des pièces de bois à sécher par émission de micro-ondes dans des fréquences comprises entre 400 et 2450 MHz; - une étape d'évacuation des eaux recueillies par ruissellement dans le fond de l'enceinte (1) suivie d'une étape de diminution progressive de la pression jusqu'à la pression atmosphérique après arrêt des micro-ondes. Selon une autre particularité, L'étape de diminution de la pression est complétée d'une étape de déshumidification de l'air ambiant de l'enceinte par passage du flux d'air provenant de l'enceinte sur un dispositif d'absorption d'humidité et de refroidissement de l'air de l'enceinte. Selon une autre particularité, les puissances d'émission de microondes appliquées sont décroissantes du centre des pièces de bois vers l'extérieur. Selon une autre particularité, la pression de vapeur d'eau saturante est comprise dans une plage entre 2 bars et 10 bars. Selon une autre particularité, la puissance du générateur de microondes est calculée pour que la chaleur interne du bois soit supérieure à la température de vapeur d'eau saturante. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé. Ce but est atteint par le fait que le dispositif est constitué d'une enceinte étanche résistante à la pression communiquant par des fenêtres en quartz ou toute autre matière convenant aux micro-ondes avec un guide d'onde relié par des adaptateurs d'impédance à un générateur de microondes, lesdites fenêtres étant disposées transversalement à la pile de bois, L'enceinte communiquant avec un chemin de recirculation d'air sous pression aspirant d'un côté de la pile de bois l'air par des grilles et le refoulant de l'autre côté de la pile de bois par des grilles de diffusion, un dispositif générateur de vapeur sous pression relié à l'enceinte et un circuit condenseur de vapeur branché, en parallèle sur le circuit de recirculation d'air et de façon sélective par des vannes. Selon une autre particularité, le dispositif comporte dans sa partie la plus basse un orifice d'évacuation par gravité des eaux de ruissellement contrôlé par une vanne. Selon une autre particularité, le dispositif comporte - une extrémité obturable par une porte automatique assurant les conditions d'étanchéité à la pression et aux micro-ondes; - des moyens de transport des charges de bois vert à dessécher désolidarisés électriquement des moyens de transport situés de l'autre côté du sas automatique par rapport à l'enceinte. Selon une autre particularité, I'ensemble de l'enceinte et de la zone de préchargement sont enveloppées dans une seconde enceinte de protection contre les fuites de rayonnement, cette enceinte étant accessible de l'extérieur par des portes souples. Selon une autre particularité, le générateur de micro-onde est enfoui dans le sol et communique avec l'enceinte de séchage à travers un guide d'onde. Selon une autre particularité, L'enceinte comporte une soupape de sécurité. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1A représente une vue en coupe transversale du dispositif selon l'invention; la figure 1 B représente une vue de dessus en coupe longitudinale du dispositif selon l'invention; la figure 2 représente une vue de côté du dispositif implanté. Comme représenté à la figure 1A, le dispositif est constitué d'une enceinte (1), de préférence, cylindrique en matériau métallique assurant d'une part, à la fois une bonne isolation thermique et l'étanchéité à la pression de l'air et d'autre part, I'étanchéité aux ondes. Cette enceinte est ouverte à une extrémité par une porte (16, figure 18) ou deux. Des ouvertures (14) sont pratiquées dans l'enceinte pour constituer des fenêtres en matériau étanche à l'air mais laissant passer les rayonnements de microondes. Ces fenêtres (14) sous pression sont en matériau permettant d'émettre les ondes vers l'intérieur de l'enceinte et dites fenêtres émettrices. Les ondes sont amenées par un guide d'onde (40) à une pluralité de fenêtres disposées longitudinalement et de chaque côté à intervalles réguliers ou non le long de la pile de bois (3) pour obtenir une répartition la plus homogène possible des ondes. Le guide d'onde (40) communique à travers un adaptateur d'impédance (41) et un diviseur à 3 décibels (42) avec un isolateur (43) et le générateur de micro-ondes (44). Entre chaque fenêtre (14) émettrices ou entre les fenêtres émettrices des extrémités et chaque fond d'enceinte, sont disposés de préférence une pluralité de canalisations (12) de circulation d'air forcée par un ventilateur V. Ces canalisations(12) communiquent sur une hauteur correspondant approximativement à celle de la pile de bois à travers des grilles (13) avec la zone interne de l'enceinte contenant la pile de bois (3) transportée sur un moyen transporteur tel que, par exemple, un chariot constitué de roues (32) montées sur un plateau support (31). La pile de bois est de préférence constituée de sciages (30) disposées jointives sur leur largeur selon une direction longitudinale pour former une couche. Chaque couche de bois est espacée de la couche inférieure par des liteaux ou baguettes (33) disposées perpendiculairement de façon non jointives pour ménager entre les couches de bois jointives des passages de circulation d'air, ondes1 et eau. Le circuit de circulation d'air est également réalisé en matériau favorisant la réflexion des ondes vers l'intérieur de l'enceinte et du bois. L'enceinte est mise en communication par une canalisation (15) avec un système générateur de vapeur (2) et éventuellement, un compresseur d'air (20). L'humidité arrive du générateur de vapeur par des grilles (13) de diffusion, ce qui permet de la diffuser de façon homogène dans l'enceinte sans risque de créer des attaques frontales sur le bois. Le compresseur d'air (20) est utilisé pour produire de l'air comprimé destiné à accélérer la circulation de l'eau dans le bois et , lorsque le système générateur de vapeur (2) ne peut pas générer de vapeur sous une pression suffisante pour monter à la température souhaitée ou pour accompagner la montée en température et accélérer la circulation d'eau du bois. En revanche, lorsqu'on utilise un système générateur de vapeur sous pression suffisant pour atteindre les températures et les pressions souhaitées, le compresseur d'air peut être supprimé. Les roues du chariot reposent sur des rails (10A, 10B) solidaires du fond de la cuve (1) celles-ci sont pourvues d'un dispositif d'élimination des arcs électriques. Une grille (19) permet d'éviter la propagation des ondes vers les eaux de ruissellement recueillies dans le fond de la cuve. Ces eaux de ruissellement sont évacuées par une canalisation (18) contrôlée par une vanne (17). Enfin, la partie supérieure de la cuve comporte une soupape de sécurité (11) qui permet de maintenir la cuve à la pression désirée, d'évacuer de la pression si celle-ci est trop élevée et enfin de mettre la cuve à l'atmosphère une fois le processus de séchage achevé. Dans le schéma d'implantation de la figure 2, la cuve (1) est enfermée dans une enceinte (5), laquelle communique par le sas de la porte (16) commandée automatiquement en fin et en début par un système électronique de contrôle. Une zone de préchargement (50) permet d'amener les chariots sur une paire de rails (10C, 10D) qui ne sont pas en relation électrique avec les rails (îOA, lOB) de l'enceinte (1). Un dispositif de vaporisation (52) permet de projeter de l'eau pendant la phase d'utilisation des micro-ondes pour éviter toute fuite de rayonnement vers l'extérieur. Une cuve de réserve (6) reliée à l'enceinte (1) par une canalisation (18) permet de recueillir les exsudats. Afin d'assurer une réduction des fuites le générateur de micro-ondes (44) est enterré comme la cuve de réserve (6) et communique avec l'enceinte de séchage (1) par le guide d'onde (40). Le procédé de séchage comporte les opérations suivantes introduction par des moyens de transfert d'une charge de bois vert dans l'enceinte ; fermeture automatique de la porte de l'enceinte, ceci de préférence pour éviter toutes les erreurs et chocs dus à la manipulation; mise sous pression de l'enceinte et diffusion de vapeur saturante dans l'enceinte jusqu'à atteindre la pression correspondant à la température de fonctionnement souhaitée en vapeur saturante. On pourra utiliser une pression de 2 bars pour une température de 1200 Celsius de la vapeur saturante et de 2,7 bars pour une température de 1300 Celsius de la vapeur saturante. On peut, si le besoin se fait sentir, monter à des températures de vapeur saturante supérieures par exemple de 1800 Celsius ou 200 Celsius en augmentant la pression à 10 bars ou respectivement 15 bars. Cette phase de préséchage sous une pression et une température de vapeur saturante déterminée est maintenue pendant le temps nécessaire pour passer d'un taux d'humidité de bois vert au minimum de 65% selon les essences à un taux dit "de saturation" de 30%. Pendant cette phase de préséchage, il est possible de déclencher les micro-ondes pour accélérer le passage du taux de bois vert au taux de saturation. Lorsque le taux de saturation souhaité est atteint, L'humidité résiduelle contenue dans le bois est empêchée de sortir du bois. A ce moment, la phase de chauffage par microondes du bois prend toute son importance. Lors de la mise en oeuvre de la phase de chauffage par micro-onde, la puissance des micro-ondes émise par la fenêtre centrale (14c) peut être supérieure à la puissance émise par les fenêtres (141) situées de part et d'autre de la fenêtre centrale, est utilisée de façon à obtenir un différentiel de température dans le bois qui correspond à un différentiel de pression de vapeur dans le bois. Ce différentiel de pression sera orienté de façon à favoriser l'évacuation de l'eau vers I'extérieur du bois et dans le sens des fibres lorsque la température déterminée de fonctionnement aura été atteinte. La puissance des générateurs à micro-ondes est calculée de façon à atteindre une température de bois supérieure à celle de vapeur saturante qui peut être proche de 1200 Celsius ou supérieure et produire l'effet recherché dans le cadre du séchage de l'intérieur vers l'extérieur du bois. Etant donné la présence d'une pression et d'un air saturé en eau, I'eau évacuée par le bois ne peut en aucun cas être évaporée et ruisselle par gravité pour être récupérée en-dessous de la grille (19) par le siphon (18). Le siphon (18) est déclenché à intervalles réguliers par le système de contrôle dès que le niveau se rapproche de la grille. L'enceinte comporte un dispositif détecteur de niveau permettant l'ouverture automatique de la vanne (17). Chaque cycle d'évacuation d'eau est suivi d'un cycle de remise à la pression de vapeur d'eau saturante de l'enceinte. Cette dernière phase permet de ramener le taux d'humidité du bois de 30% au taux final voulu qui peut être 20%, 10%, 6% ou 0%. Au bout du temps nécessaire à l'obtention de ce taux d'humidité final, lorsque le bois est séché, la circulation de la vapeur d'eau saturante est arrêtée, le circuit du générateur de vapeur (2) est fermé si le besoin se fait sentir. Les vannes (191, 192) de communication avec le condenseur (19) sont ouvertes pour permettre de condenser la vapeur de l'enceinte et d'abaisser la température de l'enceinte. Au bout d'un certain temps, le générateur de micro-ondes est également arrêté et la pression diminuée pour arriver progressivement à la pression atmosphérique. Par la mise en saturation du milieu ambiant autour du bois et l'utilisation judicieuse de puissance de micro-ondes avec des consommations d'énergie bien inférieures à celles généralement utilisées dans l'art antérieur, on arrive à accélérer le processus d'évacuation de l'humidité interne du bois et obtenir des séchages plus rapides avec une consommation d'énergie inférieure. L'eau de ville peut être utilisée dans le dispositif asperseur. D'autres modifications à la portée de l'homme de métier font également partie de l'esprit de l'invention. Ainsi, tout dispositif de transfert peut être utilisé à la place du chariot monté sur rail. De même, des dispositifs de contrôle et de régulation permettront d'enclencher les phases successives du procédé en association avec une automatisation plus ou moins poussée. De même, L'enceinte comporte une soupape de sécurité (11) permettant la mise à l'air libre de l'enceinte, soit en fin de processus, soit en cas de détection d'une surpression par le système de contrôle. REVENDICATIONS 1. Procédé de séchage du bois caractérisé en ce que le procédé de séchage du bois comporte: - une étape de mise en pression à une pression déterminée d'une enceinte (1) étanche au moins par injection de vapeur d'eau saturante et de maintien de cette pression pendant un temps déterminé, tout en assurant dans l'enceinte une circulation forcée d'air et de vapeur d'eau saturante; - une étape de chauffage au coeur du bois et dans la zone centrale des pièces de bois à sécher par émission de micro-ondes dans des fréquences comprises entre 400 et 2450 MHz; - une étape d'évacuation des eaux recueillies par ruissellement dans le fond de l'enceinte (1) suivie d'une étape de diminution progressive de la pression jusqu'à la pression atmosphérique après arrêt des micro-ondes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de diminution de la pression est complétée d'une étape de déshumidification de l'air ambiant de l'enceinte par passage du flux d'air provenant de l'enceinte sur un dispositif d'absorption d'humidité et de refroidissement de l'air de l'enceinte. 3. Procédé de séchage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les puissances d'émission de micro-ondes appliquées sont décroissantes du centre des pièces de bois vers l'extérieur. 4. Procédé de séchage selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pression de vapeur d'eau saturante est comprise dans une plage entre 2 bars et 10 bars. 5. Procédé de séchage selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la puissance du générateur de micro-ondes est calculée pour que la chaleur interne du bois soit supérieure à la température de vapeur d'eau saturante. 6. Dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé caractérisé en ce qu'il est constitué d'une enceinte étanche (1) résistante à la pression communiquant par des fenêtres (14) en quartz ou toute autre matière convenant aux micro-ondes avec un guide d'onde (40) relié par des adaptateurs d'impédance (41) à un générateur de micro-ondes (44), lesdites fenêtres (14) étant disposées transversalement à la pile de bois (3), L'enceinte communiquant avec un chemin (12) de recirculation d'air sous pression aspirant d'un côté de la pile de bois l'air par des grilles (13a) et le refoulant de l'autre côté de la pile de bois (3) par des grilles (13r) de diffusion, un dispositif générateur de vapeur sous pression relié à l'enceinte et un circuit condenseur (19) de vapeur branché, en parallèle sur le circuit (12) de recirculation d'air et de façon sélective par des vannes (191,192). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte dans sa partie la plus basse un orifice (18) d'évacuation par gravité des eaux de ruissellement contrôlé par une vanne (17). 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte: - une extrémité obturable par une porte automatique (16) assurant les conditions d'étanchéité à la pression et aux micro-ondes; - des moyens de transfert des charges de bois vert à dessécher désolidarisés électriquement des moyens de transport situés de l'autre côté du sas automatique par rapport à l'enceinte. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en que l'ensemble de l'enceinte et de la zone de préchargement sont enveloppées dans une seconde enceinte de protection contre les fuites de rayonnements, cette enceinte étant accessible de l'extérieur par des portes souples. 10. Dispositif selon une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que le générateur de micro-ondes est enfoui dans le sol et communique avec l'enceinte de séchage à travers un guide d'onde. 11. Dispositif selon les revendications 8 à 10, caractérisé en que l'enceinte comporte une soupape (11) de sécurité.