Brevet FR2847507A1 — publié le 20040528

Machine de recyclage de matériaux plastiques en vrac La présente invention concerne une machine de recyclage de matériaux plastiques fusibles en vrac en vue de les transformer en un matériau de forme définie et de densité accrue, notamment à des fins de transport et éventuellement de réutilisation. Cette machine peut être utilisée pour le recyclage par exemple des polystyrènes et des polyéthylènes, sans être limitée à ces matériaux. Ce recyclage, comme cela sera expliqué plus en détail dans la suite, consiste en l'occurrence notamment à faire fondre les plastiques. Dans cette optique, la température de fonctionnement jouera bien entendu un rôle dans la sélection des matériaux recyclables. Le polystyrène expansé constitue un bon exemple de matériaux qui est 15 visé par l'invention. En effet, il s'agit d'un matériau qui est fréquemment utilisé notamment pour le calage d'articles dans des cartons / caisses de conditionnement, et qui est à cet égard très présent dans nombre d'entreprises, quelle que soit leur taille. Les rebuts ne représentent souvent qu'un faible poids qui correspond cependant à un volume relativement 20 beaucoup plus important, notamment pour les petites et moyennes entreprises, et leur recyclage ne peut dès lors être mis en oeuvre, dans les conditions telles qu'elles sont actuellement proposées, qu'avec des résultats économiquement guère favorables. Ainsi, le recyclage est organisé actuellement de la manière suivante. Il 25 existe des possibilités de ramassage du polystyrène expansé, à la condition qu'il soit propre et sec, de telle manière qu'il puisse être broyé sans sectionnement afin de réutiliser les billes ainsi individualisées. Le ramassage est effectué à l'aide de camions, dans lesquels, compte tenu de la faible densité et des pertes considérables en volume, le remplissage ne va guère au-delà de 500 kg. Dans ces conditions, et compte tenu que le pourcentage d'intégration des billes individualisées est lui-même limité, on comprend qu'un tel recyclage n'est guère rentable. Il existe par ailleurs des machines qui refondent le polystyrène expansé 35 collecté, extrudent et concassent le matériau obtenu, lesdites machines étant réalisées sous forme d'unités pouvant traiter une tonne de déchets par heure, ce qui n'a pas de sens dans la plupart des cas, compte tenu des volumes à traiter notamment dans les petites et moyennes entreprises. Chez la plupart des utilisateurs potentiellement intéressés par le recyclage, ce sont en effet des petites quantités qui sont concernées, et la logique à mettre en oeuvre doit par conséquent être adaptée. Celle-ci doit plutôt couvrir des hypothèses de petits volumes à traiter régulièrement que des cas de volumes importants. La présente invention vise par conséquent à répondre à un besoin, celui de mettre à disposition d'entreprises ou de particuliers répondant aux profils précités un outil leur permettant de procéder régulièrement au recyclage de leurs rebuts en matériaux plastiques fusibles, dans 10 l'hypothèse d'une quantité raisonnablement importante ou pour des faibles volumes. A cet effet, la machine de recyclage de l'invention, qui concerne donc des matériaux plastiques fusibles en vrac, a pour objectif de les transformer en un matériau de forme définie et de densité accrue, et elle se caractérise 15 à titre principal en ce qu'elle comporte un silo de stockage de ces matériaux en vrac, relié à un étage de compression desdits matériaux, la compression s'effectuant en direction d'une chambre de fusion en aval de laquelle se trouve un étage de formage et de refroidissement. Les étapes principales du recyclage sont par conséquent au nombre de 20 quatre, concourrant à une souplesse et à une efficacité d'utilisation compatibles avec les objectifs précités. En premier lieu, le silo de stockage permet de n'activer la machine que lorsqu'un volume raisonnable de déchets plastiques est atteint. Ceux-ci sont ensuite traités par compression, indispensable pour augmenter à la 25 fois le rendement de l'opération et la densité du matériau obtenu ensortie. La fusion s'applique donc à des déchets comprimés, de manière encore une fois à éviter toute baisse de rendement et d'efficacité, qui pourrait notamment se traduire par des poches de gaz à l'intérieur du matériau obtenu. Le produit fini recyclé doit avoir une densité maximale. Enfin, de manière tout à fait essentielle, le matériau fondu se trouve en fait reconditionné, dans l'étage de formage et de refroidissement, afin de l'adapter à d'éventuelles opérations intervenant en aval de la machine, ne serait-ce que le transport. A cet effet, il peut par exemple être intéressant de conditionner le 35 produit obtenu en des planches facilement palettisables, et donc aisément transportables. Plus précisément, le silo est disposé au-dessus de l'étage de compression, pour que les matériaux en vrac y tombent par gravité, et il comporte au surplus au moins une ouverture en partie inférieure pour le passage desdits matériaux vers l'étage de compression. Selon une configuration possible, l'étage de compression est formé d'un premier volume recevant les matériaux plastiques en vrac du silo, lesquels subissent une première compression en direction d'un second volume dans lequel s'effectue une seconde compression en direction de la chambre de fusion. En fait, cette compression en deux temps permet d'augmenter l'efficacité du processus, afin que la densité obtenue en sortie soit la plus 10 élevée possible. A titre d'exemple, lorsque le polystyrène expansé est utilisé comme isolant, sa masse volumique est de l'ordre de 10 kg/m3. Lorsqu'il est utilisé pour le calage d'articles dans des caisses de conditionnement, sa masse volumique est de l'ordre de 13 à 15 kg/m3. Les densités correspondantes sont donc de 0,01 et 0,013 à 0,015. Encore faut- il 15 mentionner que la densité réelle des matériaux de calage, du fait de leurs géométrie souvent très spécifique comportant de nombreux vides et évidements, est bien inférieure à ces valeurs. La machine de l'invention a par comparaison permis d'obtenir des densités de l'ordre de 0,70 à 1 à partir de déchets en polystyrène expansé. Bien entendu, il est tout à fait possible de mélanger différents types de plastiques (polystyrène et/ou polyéthylène, PET), l'ensemble formant un matériau homogène en sortie de la chambre de fusion et de l'étage de formage / refroidissement. Les compressions successives sont réalisées, pour- chaque volume, par une paroi mobile en translation se déplaçant en piston à l'intérieur de ceuxci à la manière d'un tiroir en repoussant devant elle les matériaux en vrac, la paroi mobile dans le premier volume constituant d'ailleurs, à la fin de son déplacement, une paroi fixe du second volume. En d'autres termes, compte tenu de la configuration particulière de la machine de l'invention, la paroi mobile du premier volume ferme le second volume après l'avoir rempli. Ce premier volume, ouvert en permanence vers le haut de manière à pouvoir facilement collecter les déchets issus du silo, débouche donc sur le second volume. De préférence, lesdits volumes sont des parallélépipèdes rectangles, dont le premier est disposé ouvert sous l'ouverture du silo, les parois mobiles formant pistons se déplaçant de plus perpendiculairement l'une à l'autre. En fait, les matériaux plastiques en vrac suivent alors un trajet dans lequel ils empruntent sensiblement trois directions: une portion d'allure verticale ou proche de la verticale dans le silo, puisque c'est la gravité qui dirige les déchets plastiques qui y sont disposés en vrac, une portion selon l'orientation du parallélépipède constituant le premier volume, dont le fond est incliné, et une portion perpendiculaire à cette dernière et d'allure horizontale, dans le second volume de compression. Les parois mobiles assurant la compression dans lesdits deux volumes sont entraînées chacune par au moins un vérin hydraulique ou électrique. Dans le premier cas, ces vérins sont commandés par un unique groupe hydraulique dont le fonctionnement peut être programmé par exemple à 10 l'aide d'un automate programmable, de sorte que les compressions s'effectuent notamment séquentiellement. Des capteurs de position et/ou de pression sont de plus disposés aux endroits adéquats des volumes de compression ou par rapport aux trajets des parties mobiles des vérins. Pour améliorer encore le rendement de l'ensemble, selon l'invention, l'axe d'écoulement de la chambre de fusion est situé dans le prolongement de l'axe de la seconde compression. Cette dernière est de préférence d'allure conique. Pour d'évidentes raisons de conductibilité thermique, cette chambre de 20 fusion est réalisée dans du métal, et chauffée au moyen de résistances électriques intégrées dans la masse métallique. La température de la chambre peut être commandée, dans un intervalle déterminé, de telle sorte qu'il puisse y avoir adaptation aux matériaux à faire fondre. Ainsi, en utilisation avec du polystyrène expansé, le 25 fonctionnement de la machine est bon aux alentours de 2100C. Cette même température convient pour un certain nombre de polyéthylènes, alors que le PET, qui est le matériau dans lequel les bouteilles en plastique sont par exemple fabriquées, n'est correctement traité par la machine qu'aux alentours de 2600C. Dans la plupart des cas, la chambre de fusion 30 fonctionnera dans un intervalle de température compris entre 2000C et 2800C. En sortie de la machine, l'étage de formage et de refroidissement est constitué d'un tunnel permettant la formation d'une barre de plastique de forme déterminée par la section interne dudit tunnel, qui est réalisé en au moins un matériau apte à évacuer la chaleur du plastique en fusion. De préférence, ce tunnel est en fait fabriqué en métal doublé à l'intérieur d'un revêtement facilitant la progression de la barre en cours de refroidissement. Selon une possibilité, le métal choisi est l'aluminium dont la bonne conductibilité thermique est utilisée pour l'évacuation de la chaleur vers l'extérieur. En ce qui concerne le revêtement interne, il est constitué par du téflon, en couche fine, de manière à ne pas compromettre la fonction d'évacuation thermique de l'enveloppe métallique. De préférence, la section interne du tunnel est rectangulaire. D'une manière avantageuse, le tunnel de formage et de refroidissement et la paroi aval de la chambre de fusion sont séparés par au moins une pièce 10 d'isolation thermique dotée d'une fenêtre de passage du plastique en fusion de surface sensiblement identique à celle de la section du tunnel. Compte tenu des fonctions respectives de la chambre de fusion d'une part, et du tunnel d'autre part, cette interface d'isolation est absolument nécessaire pour ne pas compromettre lesdites fonctions. En effet, il est indispensable que 15 la chaleur générée au niveau de la chambre de fusion soit transmise vers l'intérieur, afin de faire fondre les matériaux plastiques, et ne puisse s'échapper vers l'étage de refroidissement constitué du tunnel. En outre, celuici, s'il devait évacuer la chaleur importante de la chambre de fusion, serait bien moins efficace pour refroidir le produit fini en cours de formation. Ces pièces d'isolation sont, de préférence, prévues en matériau connu sous l'appellation téflon enregistrée à titre de marque. Selon une configuration particulière à l'invention, le second volume de compression et la chambre de fusion sont séparés par une antichambre dont les parois sont schématiquement agencées en cône inversé s'évasant vers la 25 chambre de fusion, de manière à empêcher le retour des matériaux en vrac vers ledit second volume. Cette géométrie particulière permet de plus de maintenir la pression sur lesdits matériaux en amont de la chambre de fusion même lorsque le piston du second volume de compression se retire. Plus précisément, au moins deux des parois de l'antichambre sont 30 orientées de manière à constituer un évasement en direction de la chambre de fusion. Selon une possibilité, le silo de stockage peut de plus être muni d'un dispositif de broyage. Celui-ci peut être conçu pour différents types de produits, pour faciliter 35 encore les opérations de compression, et permettre d'aboutir à un résultat encore meilleur, en termes de densification. Ainsi, on s'est par exemple rendu compte que les sachets en matière plastique, s'ils n'étaient pas traités avant d'être mis dans le silo, pouvaient conduire à l'établissement de bulles à l'intérieur du produit fini recyclé, ce qui diminue d'une part sa densité, et est d'autre part susceptible d'obérer ses qualités mécaniques en vue d'une réutilisation future. L'utilisation d'un broyeur ou hacheur permet d'éviter cet inconvénient. De même, s'il est clair que le premier volume de compression, lors du déplacement de la paroi mobile en direction du second volume de compression, peut concasser en fin de déplacement du polystyrène expansé notamment pour ne garder dans le "tiroir" qu'une portion des pièces qui en dépassent, il n'a aucun effet sur d'autres pièces plastiques, par exemple du type bouteille. On peut donc prévoir un broyeur qui réduit à l'avance le volume des matériaux plastiques en vrac. Il est d'ailleurs à noter qu'un tel broyeur peut directement alimenter le second volume de compression, et que la machine peut dès lors faire l'économie du premier volume de compression. La machine selon l'invention, de dimension relativement réduite, permet de traiter au gré de l'utilisateur toutes sortes de matériaux plastiques de rebut. L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées, pour lesquelles: - la figure 1 est une vue en perspective de la machine de l'invention, montrant l'entrée du silo de stockage; - la figure 2 est une autre vue en perspective schématique de l'invention, vue par en dessous; - la figure 3 est une vue latérale, partiellement en coupe, de cette machine; et - la figure 4 est une vue de face également partiellement en coupe, de ladite machine dépourvue du silo de stockage. En référence à la figure 1, la machine de l'invention (M) comporte un silo (1) d'allure prismatique, dont une paroi inclinée (2) comporte une ouverture inférieure débouchant sur le premier volume de compression (3), qui est orienté parallèlement à cette paroi (2). L'ouverture pratiquée dans la paroi (2) correspond en fait à la plus grande surface dudit premier volume de compression (3). Ce dernier prend la forme d'un parallélépipède 3 5 rectangle incliné, qui débouche dans un conduit également parallélépipédique (4) dans lequel est délimité d'une part le second volume de compression, et qui comporte d'autre part un vérin de poussée situé dans l'axe dudit conduit. Ce vérin (non visible sur cette figure), est situé en partie gauche du dessin, alors que la partie droite du conduit parallélépipédique (4) se résout en une portion cylindrique (5) comportant d'une part l'antichambre séparant le second volume de compression de la chambre de fusion, et d'autre part ladite chambre de fusion. En sortie de cette dernière, un tunnel (6) de cadre également parallélépipédique permet la fabrication de barres de plastique de haute densité. Les mêmes éléments apparaissent en figure 2, qui montrent cependant 10 de façon plus claire le carénage inférieur de la machine, ainsi que la pente d'inclinaison du premier volume de compression (3). Sous la paroi inclinée (2), un carénage (7) constitué de tôles assemblées permet de masquer l'emplacement du groupe hydraulique. Des pieds (8) permettent de positionner la machine de telle sorte que 15 l'ouverture supérieure du silo (1) soit sensiblement horizontale. Ces pieds (8) peuvent être munis de roulettes, permettant de déplacer la machine plus facilement. La figure 3 montre, en vue latérale, l'agencement relatif des deux chambres de compression. D'une part, la chambre de compression (3) 20 comporte une paroi mobile (9) actionnée par un vérin (10) se déplaçant parallèlement à la paroi inclinée (2). Dans la représentation de la figure 3, la paroi (9) est représentée en position de repos, laissant la totalité du premier volume de compression (3) disponible. Dans cette position, le fond dudit premier volume de 25 compression (3) a la même surfaée que l'ouverture pratiquée dans la paroi du silo (1) (voir figure 1). Du fait de la pente, les matériaux qui sont comprimés par le vérin (10), au moyen de la paroi mobile (9) sont naturellement repoussés vers le second volume de compression (4) dont la section apparaissant sur cette 30 figure est un rectangle incliné dans le prolongement du premier volume (3). Lorsque la paroi mobile (9) arrive en bout de course, elle sert de paroi latérale pour le second volume (4). L'association vérin (10) I paroi mobile (9) sert secondairement à faire un concassage rudimentaire pour des matériaux de type polystyrène expansé, 35 notamment lorsque ladite paroi (9) arrive à proximité du second volume (4), et qu'il se produit un cisaillement de pièces de polystyrène expansé de grande dimension au contact de la paroi inférieure du silo (1). Un vérin (11) actionne une paroi du second volume de compression (4), paroi qui épouse la section intérieure rectangulaire dudit volume, en direction du fond de la figure. Les matériaux en vrac, déjà comprimés par la paroi (9) sont alors comprimés en direction de l'antichambre de la chambre de fusion et de cette dernière, qui se trouvent dans la portion cylindrique (5). Cette figure 3 fait également apparaître le bloc hydraulique (12) situé à l'intérieur du volume délimité par le carénage (7). Ce groupe hydraulique alimente via deux tuyaux (non représentés) chaque vérin (10, 11), un dispositif de commande programmable permettant, avec l'aide de capteurs, la commande automatisée de l'ensemble. Dans cette représentation, les pieds (8) ont été dotés de roulettes (13) donnant une plus grande mobilité à la machine (M). La représentation de la figure 4 ne comporte pas le silo (1) qui est montré dans les trois autres figures. Cette figure illustre par conséquent tout à fait clairement le fonctionnement de la première chambre de compression, dont la paroi mobile (9) est intégrée à une sorte de tiroir (T) entraîné par le vérin (10). De la même manière, une paroi mobile (14) est entraînée par le vérin (11) dans le second volume de compression (4). Cet entraînement se fait en direction d'une antichambre (15) donnant sur la chambre de fusion (16). Cette dernière est fabriquée en métal, chauffée à l'aide de résistances électriques, et comporte un évidement interne conique (17). Comme cela a été évoqué précédemment, l'antichambre (15) comporte au moins deux parois s'évasant à partir du second volume (4), c'est-à-dire que la section s'agrandit en direction de la chambre de fusion (16), aboutissant à un effet de non-retour et à un maintient en pression qui améliorent le rendement au stade de la fusion. L'antichambre (15) et la chambre de fusion (16) sont recouvertes par un capot (18) cylindrique, laissant subsister un volume rempli de laine de verre isolante. En sortie de la chambre de fusion (16), le tunnel (19) est équipé d'un revêtement interne (20) en matériau connu sous l'appellation téflon 30 enregistrée à titre de marque. Ce revêtement permet de faciliter le mouvement vers l'avant d'une barre (21) de matériau plastique en cours de refroidissement, d'une densité comprise entre 0,7 et 1. L'interface entre la chambre de fusion (16) et le tunnel (19) est réalisé par au moins une pièce (22) en matériau connu sous l'appellation 35 téflon enregistrée à titre de marque, qui a pour vocation d'isoler thermiquement le tunnel (19) de ladite chambre (16). Pour autant, la fenêtre intérieure pratiquée en cette pièce pour le passage du plastique fluidifié doit être de surface bien supérieure à celle de l'orifice de l'extrémité de la chambre de fusion, pour qu'au redémarrage de la machine, la barre (21) se trouvant dans le tunnel (19) puisse avancer, et n'être pas bloquée solidifiée contre ladite pièce (22) refroidie, ce qui se passerait si l'orifice central de celle-ci était de la taille de celui de l'extrémité aval du cône de la chambre de fusion (16). La présente invention a été décrite en référence à un exemple qui n'est nullement exhaustif de cette invention. Au contraire, elle englobe des variantes de formes et de configurations qui sont à la portée de l'homme de l'art. 1 0 REVENDICATIONS 1. Machine de recyclage de matériaux plastiques fusibles en vrac en vue de les transformer en un matériau de forme définie et de densité accrue, caractérisée en ce qu'elle comporte un silo de stockage de ces matériaux en vrac, relié à un étage de compression desdits matériaux, la compression s'effectuant en direction d'une chambre de fusion en aval de laquelle se trouve en étage de formage et de refroidissement. 2. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le silo est disposé audessus de l'étage de compression, dans lequel les matériaux en vrac tombent par gravité, et comporte au moins une ouverture en partie inférieure pour le passage desdits matériaux vers l'étage de compression. 3. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'étage de compression est formé d'un premier volume recevant les matériaux plastiques en vrac du silo, lesquels subissent une première compression en direction d'un second volume dans lequel s'effectue une seconde compression en direction de la chambre de fusion. 4. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les compressions successives sont réalisées pour chaque volume de compression par une paroi mobile en translation se déplaçant à l'intérieur de ceux-ci à la 25 manière d'un piston en repoussant devant eux les matériaux en vrac, la paroi mobile dans le premier: volume constituant à la fin de sondéplacement une paroi fixe du second volume. 5. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les volumes sont des parallélépipèdes rectangles, dont le premier est disposé ouvert sous l'ouverture du silo, les parois mobiles se déplaçant perpendiculairement l'une à l'autre. 6. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que les parois mobiles sont entraînées chacune par au moins un vérin hydraulique ou électrique. 7. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que l'axe d'écoulement de la chambre de fusion est situé dans le prolongement de l'axe de la seconde compression. 8. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la chambre de fusion est d'allure conique, dont la grande base s'ouvre du côté du second volume de compression, un orifice axial de plus petite dimension permettant l'écoulement du fluide dans l'étage de formage et de refroidissement. 9. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la chambre de fusion, réalisée dans du métal, est chauffée au moyen de résistances électriques intégrées dans la masse métallique. 10. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la chambre de fusion est chauffée dans un intervalle de température compris entre 2000C et 2800C. 11. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'étage 15 de formage et de refroidissement est constitué d'un tunnel permettant la formation d'une barre de plastique de forme déterminée par la section interne dudit tunnel, qui est fabriqué en au moins un matériau apte à évacuer la chaleur du plastique en fusion. 12. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon la revendication 20 précédente, caractérisée en ce que le tunnel est réalisé en métal doublé à l'intérieur d'un revêtement facilitant la progression de la barre en cours de refroidissement. 13. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit revêtement est constitué par du matériau connu sous l'appellation téflon enregistrée à titre de marque. 14. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisée en ce que le tunnel est fabriqué en aluminium. 15. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon l'une des 30 revendications 11 à 14, caractérisée en ce que le tunnel de formage et de refroidissement et la paroi aval de la chambre de fusion sont séparés par au moins une pièce d'isolation thermique doté d'une fenêtre de passage du plastique en fusion de surface sensiblement identique à celle de la section du tunnel. 16. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la ou les pièces d'isolation sont en'téflon" 17. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon l'une quelconque des revendications 3 à 16, caractérisée en ce que le second 1 2 volume de compression et la chambre de fusion sont séparés par une antichambre dont les parois sont schématiquement agencées en cône inversé en direction de la chambre de fusion. 18. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon la revendication précédente, caractérisée en ce que au moins deux des parois de l'antichambre sont orientées de manière à constituer un évasement en direction de la chambre de fusion. 19. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le silo de stockage est muni d'un dispositif de hachage/broyage. 20. Machine de recyclage de matériaux plastiques selon l'une quelconque des revendications 11 à 19, caractérisée en ce que le tunnel de formage et de refroidissement comporte une section rectangulaire.