Brevet FR2918163A1 — publié le 20090102

-1- La présente invention concerne une machine de cuisson, stérilisation, séchage ou déshydratation constituée d'un tambour fortement incliné chauffé et tournant dans une enceinte fixe calorifugée. On connaît différents types de sécheurs, comme ceux constitués d'un tambour tournant de grande longueur par rapport au diamètre, dont l'axe de rotation est faiblement incliné, chauffé par un fluide caloporteur, tel que du gaz chaud ou de la vapeur d'eau circulant dans des tubes disposés longitudinalement en périphérie. Ces appareils dont le chargement s'opère par une extrémité et le déchargement par l'extrémité opposée sont conçus pour une utilisation en continu et sont de construction lourde et coûteuse. D'autres, à fonctionnement cyclique, sont constitués d'une cuve fixe cylindrique à axe horizontal à double paroi dans laquelle circule le fluide caloporteur et comportent un arbre rotatif axial muni de bras, parfois chauffés par le fluide, qui brassent les produits et permettent leur déchargement en fin de cycle. Ces machines nécessitent un calibrage fin ou un broyage préalable des produits à traiter afin de limiter les risques de blocage de l'arbre rotatif par des produits coincés entre les bras et la cuve, auquel cas la remise en service est difficile et longue. Une autre machine décrite dans les brevets 2 399 395 et 2 409 246 est bien constituée d'un tambour tournant sans arbre central mais le mode de chauffage par flamme directe et la petite surface d'échange thermique pratiquement limitée à son tambour présentent des risques de surchauffe locale et limitent fortement son utilisation et son efficacité. La présente invention concerne une machine de cuisson, séchage ou déshydratation de conception et d'utilisation simple, de coût réduit, adaptée au traitement de petits et moyens tonnages de produits, même non broyés ou calibrés, efficace et économe en énergie grâce à une surface d'échange thermique importante et optimisée, conjuguée à une régulation de la température d'admission du gaz chaud ajustée au niveau souhaité par dilution en amont de la machine tandis que la puissance thermique de séchage est régulée par la température du fluide mesurée à la sortie. On sait qu'à températures constantes, l'échange thermique entre un fluide chaud et le produit à traiter dépend directement de la surface effective de contact. C'est pourquoi la machine selon l'invention présente les caractéristiques innovantes suivantes : Pour obtenir une surface maximale d'échange thermique dans un volume donné de machine, celle-ci intègre un échangeur hélicoïdal de type serpentin ailetté fixé sur la paroi interne du 30 tambour, donc immergé dans le produit à traiter, qui assure d'une part le brassage et la -2- progression du produit et d'autre part ajoute sa surface d'échange à celle de la paroi du tambour. D'autre part, pour bien comprendre l'intérêt du système de régulation de l'invention il faut savoir que la température de chauffage de certains produits traités ne doit pas être trop élevée afin d'éviter tout risque de croûtage ou de cokéfaction, voire d'incendie et que pour une température d'entrée du fluide correcte, si sa température de sortie devient insuffisante cela signifie que le séchage du produit nécessite davantage d'énergie thermique que ce qui est fourni et inversement, or cet apport thermique est directement proportionnel au débit de fluide chaud parcourant le systèrne. C'est pourquoi, pour éviter d'atteindre des températures de chauffage des produits trop élevées le fluide caloporteur qui entre dans la machine est refroidi, par exemple avec une introduction régulée d'un fluide de dilution et que pour transmettre malgré tout la bonne quantité de chaleur nécessaire à la déshydratation du produit le débit du fluide caloporteur est lui-même régulé en continu en fonction des besoins effectifs de calories mesuré par la température de sortie du fluide chaud. L'invention sera bien comprise à la lecture du descriptif qui suit et du dessin annexé illustrant à titre d'exemple non limitatif l'une des formes d'exécution de l'invention. La machine selon l'invention est constituée d'un tambour tournant (1) de forme cylindrique, conique ou cylindro-conique dont l'axe de rotation (2) est sensiblement incliné par rapport à l'horizontale et qui est contenu dans une enceinte calorifugée (3) délimitant un espace (4) avec la paroi externe du tambour (1). L'extrémité ou fond du tambour (5) situé en contrebas est fermé et comporte le dispositif d'entraînement en rotation avec un arbre axial creux (6) tandis que l'autre extrémité (7) débouchant vers le haut est ouverte et constitue l'orifice de chargement et déchargement des produits dans le tambour. L'enceinte fixe calorifugée (3) forme une chambre délimitant deux zones (8) et (9) séparées de manière étanche. La plus grande (8) contient le tambour tournant (1) et reçoit les orifices d'arrivée (10) et de départ (11) des gaz chauds, la seconde (9) enveloppe l'orifice (7) de chargement et de déchargement et comporte une porte étanche (12) communiquant avec l'extérieur ainsi que l'orifice d'évacuation des buées (13). Un joint (14) entre le tambour tournant et la paroi fixe sépare les deux zones (8) et (9) et assure l'étanchéité entre les deux parties. -3- Sur la paroi interne du tambour tournant (1) est fixé un échangeur (15) en grande partie immergé dans le produit à traiter. Cet échangeur est généralement un serpentin hélicoïdal constitué d'un corps creux de section circulaire, ovale, carré, rectangulaire ou de forme quelconque pouvant comporter des ailettes ou des pales (16) l'ensemble étant orienté de telle façon que lors de la rotation du tambour dans un sens les produits sont entraînés vers le fond (5) et malaxés, tandis que lors de la rotation en sens inverse les produits sont entraînés vers l'orifice de déchargement (7) en haut du tambour. Le chauffage du tambour (1) et de l'échangeur (15) est assuré par un fluide chaud tel que des gaz provenant d'une chambre d'oxydation des buées, d'un générateur, d'une chambre de post-combustion d'incinérateur, de la sortie d'une chaudière ou de toute autre source de chaleur. Ce fluide pénètre en (10) dans le serpentin (15) en passant par l'arbre axial creux (6) et ressort à l'extrémité opposée (17) dans une section annulaire (18) faisant partie de la zone (8). Une cloison (19) et un double chicanage radial (20) et longitudinal (21) permettent de canaliser et d'optimiser la distribution du fluide en intéressant en priorité les endroits ou se trouve le produit à déshydrater tout en évitant les points chauds. Il faut noter que sans sortir du cadre de l'invention il est possible de prévoir des admissions de fluide chaud directement dans l'espace (8) sans transiter par l'échangeur (15) et que le fluide sortant de l'échangeur (15) peut déboucher directement hors de la section annulaire (18) sans emprunter le reste de la zone (8). Toujours sans sortie du cadre de l'invention le chauffage du tambour peut également être assuré ou complété par des résistances électriques, des générateurs de micro-ondes ou tout autre dispositif fixé sur la face interne de l'enceinte calorifugée (3). Les produits à traiter sont déversés dans le tambour (1) par la porte de façade (12), éventuellement au moyen d'un dispositif de chargement de type sas ou vis avec écluse rotative, les produits déshydratés sont extraits via une trémie inférieure (22) pouvant également être équipée d'un dispositif d'isolement tandis que les buées issues de la cuisson qui sortent du tambour par sa face ouverte (7) sont évacuées de la chambre fixe par l'orifice (13) et rejetées à l'extérieur ou envoyées vers une chambre d'oxydation destinée à les désodoriser. -4- La présente invention dont la description qui précède est donnée à titre d'exemple non limitatif trouve principalement ses applications dans le domaine du séchage et de la stérilisation des boues de toutes natures, de la déshydratation et de la cuisson des déchets et co-produits d'abattage, du sang, des déchets d'élevages, d'industries agro-alimentaires, chimiques, pharmaceutique, etc. REVENDICATIONS 1) Machine de cuisson, séchage ou déshydratation caractérisée par le fait que le traitement des produits se fait dans un tambour (1) de forme cylindrique, conique ou cylindro-conique, tournant selon un axe (2) sensiblement incliné par rapport à l'horizontale à l'intérieur d'une enveloppe fixe calorifugée (3), que l'espace (4) formé entre le tambour (1) et l'enveloppe fixe (3) est parcouru par un fluide chaud et qu'en plus le tambour (1) comporte sur sa face interne un échangeur thermique (15) également parcouru par le fluide chaud et que le débit de ce fluide chaud envoyé à l'intérieur de l'échangeur (15) et autour du tambour (1) est régulé en fonction du besoin effectif de chaleur. 2 ) Machine de cuisson, séchage ou déshydratation selon la revendication l caractérisée par le fait que l'échangeur (15) est en forme d'hélice ou serpentin, constitué d'un corps creux si besoin muni d'ailettes ou de pales (16), fixé sur l'intérieur du tambour (1) afin d'assurer à la fois le brassage, la progression des produits et la transmission de chaleur nécessaire au séchage. Le fluide chaud pénétrant dans l'échangeur (15) via un orifice (10) qui traverse l'arbre axial (6), parcourant l'échangeur et ressortant dans une section annulaire (18) faisant partie de la zone (8) comprise entre le tambour (1) et la paroi fixe (3) puis sortant finalement de la machine par un orifice (11) après avoir transité dans l'espace (4) en chauffant le tambour (1). 3 ) Machine de cuisson, séchage ou déshydratation selon les revendications précédentes caractérisée par le fait qu'une cloison (19) et des chicanes radiales (20) et longitudinales (21) fixées sur l'intérieur de la paroi fixe (3) canalisent les gaz pour assurer un chauffage optimal du tambour tournant (1) en privilégiant les zones où se trouve le produit à sécher. 4 ) Machine de cuisson, séchage ou déshydratation selon les revendications précédentes caractérisée par le fait que le chauffage du tambour (1) peut également être assuré ou complété par des résistances électriques, des générateurs de micro-ondes ou tout autre dispositif fixé sur la face interne de l'enceinte calorifugée (3).-6- ) Machine de cuisson, séchage ou déshydratation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par le fait que la température d'entrée du fluide dans l'échangeur (15) est ajustée à la valeur voulue par dilution en fonction de la mesure de sa température en amont de l'entrée (10) de l'échangeur (15) et que le débit du fluide envoyé dans 5 la machine est régulé en fonction de sa température mesurée à sa sortie (11).