Brevet FR3027378A1 — publié le 20160422

DISPOSITIF DE SECHAGE DE MATERIAUX ET PROCEDE ASSOCIE Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de séchage de matériaux. L'invention se rapporte également au procédé associé. L'invention trouve des applications dans de nombreux domaines et peut, par exemple, être utilisée pour sécher des bûches de bois ou des plaquettes forestières résultantes du broyage de bois. Etat de la technique Depuis des décennies, le bois de chauffage est traditionnellement séché à l'air libre sous forme de billons, généralement de 2,5m de long. Ces billons sont exposés au vent et au soleil afin d'en évacuer l'humidité. De plus, ils sont arrosés régulièrement pour éliminer les attaques des champignons et des insectes. Cette période de séchage s'étend entre quatorze et dix-huit mois et le séchage sous abri ne peut se faire que dans de bonnes conditions de ventilation. Ce n'est qu'à l'issue de cette période de séchage que le bois peut être coupé à une longueur désirée et refendu. Ce stockage a bien sur un coût, et produit un bois relativement humide (autour de 35% d'humidité) qui s'enflamme mal mais qui présente l'avantage de brûler lentement. Le bois ainsi coupé et refendu doit alors être mis sous abri afin de limiter les reprises d'humidité. Les inconvénients majeurs de ce séchage traditionnel reposent sur les manipulations multiples que doit subir le bois entre la coupe des arbres et la livraison du bois sec, coupé à la longueur désiré et fendu. Le temps de séchage du bois dépend de la position de la lune au moment de la coupe induisant une monté ou une descente de sève. Ainsi, le temps de séchage est compris entre quinze et vingt-quatre mois. Afin de réduire les temps de séchage, des dispositifs de séchage couverts, ventilés et chauffés ont été développés. Ces dispositifs de séchage comportent une structure munie d'une ventilation. Le bois est disposé dans la structure et la ventilation est assurée par des aéroréfrigérants qui poussent de l'air chauffé à travers des alvéoles de la structure. L'air est chauffé soit au gaz, soit au fuel ou par de l'énergie solaire combinée à des pompes à chaleur. La longueur des alvéoles de la structure est limitée en dimension car les premiers produits à sécher captent beaucoup de calories, et rejettent toute leur humidité vers les suivants. Les derniers produits reçoivent donc un air beaucoup moins chaud et très humide. Pour tenter de palier à ce problème, une solution connue consiste à utiliser une température élevée, minimum de 90°C, permettant de limer les pertes calorifiques. Avec ces dispositifs de séchage connus, le temps de séchage est de l'ordre du mois, pour obtenir une hygrométrie moyenne de 35%. Ces dispositifs de séchage présentent plusieurs inconvénients. Dans un premier temps, ces dispositifs imposent une forte consommation énergétique pour obtenir une température minimum de 90°C. Ensuite, suivant la position des produits à sécher leur hydrométrie est différente à la fin du cycle de séchage. En effet, la proximité ou l'éloignement de la source de chauffage ainsi que la position dans la structure en bas ou en haut de la pile de bois constituent des sources importantes de différentiation de l'hydrométrie obtenue. De plus, ces dispositifs de séchage limitent les possibilités de positionnement des produits à sécher dans la structure car les produits à sécher brulent facilement s'ils sont placés trop près de la source de chaleur ou sèchent très mal s'ils sont situés trop loin de la source de chaleur. Ces dispositifs de séchage génèrent également une condensation importante dans la structure en raison des différences de température. Exposé de l'invention La présente invention entend répondre aux problématiques des dispositifs de séchage de l'art antérieur en proposant, selon un premier aspect, un dispositif de séchage de matériaux. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif de séchage de matériaux comprenant une structure comportant un sol recevant les matériaux à sécher, un premier circuit de circulation d'eau chaude placé sous au moins une partie de la surface externe dudit sol pour chauffer celui-ci, et un deuxième circuit de circulation d'eau chaude et un ensemble de refroidissement dudit deuxième circuit de circulation d'eau chaude, ledit ensemble de refroidissement générant des flux d'air dirigés vers le volume intérieur de ladite structure de manière à chauffer lesdits matériaux après que lesdits flux d'air aient réalisé un échange thermique avec ledit deuxième circuit de circulation d'eau chaude. L'invention permet ainsi d'améliorer l'homogénéité et le contrôle du taux d'humidité des matériaux lors du séchage. En effet, le chauffage au sol permet d'obtenir un flux vertical de calories assurant une meilleure homogénéité de température que les dispositifs classiques. En outre, la combinaison du chauffage au sol et du chauffage ventilé réduit considérablement l'hétérogénéité des matériaux à sécher. Selon un mode de réalisation, ledit ensemble de refroidissement génère des flux d'air parallèlement ou sensiblement parallèlement à la surface dudit sol. Selon un mode de réalisation, ledit ensemble de refroidissement comprend des dispositifs aéroréfrigérants. Selon un mode de réalisation, ledit ensemble de refroidissement étant placé à une première extrémité de ladite structure, ledit dispositif comprend à son extrémité opposée à ladite première extrémité au moins un extracteur d'air pour extraire de l'air du volume intérieur de ladite structure. Ce mode de réalisation permet de propulser les calories des aéroréfrigérants et d'évacuer l'humidité. Les extracteurs assurent ainsi une ventilation au travers des matériaux à sécher. Selon un mode de réalisation, lesdits premier et deuxième circuits d'eau chaude sont reliés à un unique circuit d'alimentation en eau chaude. Selon un mode de réalisation, la température de l'eau chaude de l'unique circuit d'alimentation en eau chaude est comprise entre 40°C et 50°C. Ce mode de réalisation permet de limiter la consommation d'énergie en utilisant une température plus basse que les dispositifs de l'art antérieur. En outre, l'eau peut ainsi être récupérée d'un circuit de refroidissement classique, par exemple d'une usine proche. Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte une couverture transparente ou translucide. Avantageusement, ladite couverture est en verre. Ce mode de réalisation permet d'obtenir une bonne captation des rayons du soleil. Selon un mode de réalisation, la structure est divisée en plusieurs cellules et en ce que le dispositif comporte un organe de contrôle apte à faire varier la chaleur des cellules. Ce mode de réalisation permet de contrôler la température et l'humidité des produits à traiter par cellule. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un procédé de séchage au moyen d'un dispositif de séchage selon l'invention, le procédé comportant les étapes suivantes : stockage des matériaux à sécher dans la structure, commande du premier circuit de circulation d'eau chaude et de l'au moins un ensemble de refroidissement pour chauffer la structure, récupération des matériaux à sécher lorsqu'un temps de séchage prédéterminé à été atteint. Selon un mode de réalisation, le temps de séchage prédéterminé est compris entre deux et quatre semaines. Selon un mode de réalisation, les matériaux à sécher étant du bois vert, le temps de séchage prédéterminé est déterminé en fonction de la position de la lune lorsque le bois est coupé. Selon un mode de réalisation, le procédé comporte une étape de brassage ou de retournement des matériaux à sécher. 3 0 2 73 7 8 5 Brève description des dessins On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, des modes de réalisation de l'invention, en référence aux Figures dans lesquelles : 5 - la Figure 1 illustre une représentation schématique de dessus d'un dispositif de séchage selon un mode de réalisation de l'invention; - la Figure 2 illustre une cellule du dispositif de la Figure 1 dans une vue de face; et - la Figure 3 illustre un ordinogramme des étapes de séchage des 10 matériaux selon un mode de réalisation de l'invention. Description détaillée des modes de réalisation de l'invention Les Figures 1 et 2 illustrent un dispositif de séchage 10 comportant une 15 structure 11 d'au moins cinquante mètres cubes posée sur un sol 12. Par exemple, dans le cas des Figures 1 et 2, la structure 11 comporte une base de 5632 mètres carrés réalisée en profilés d'acier galvanisé à chaud. La structure 11 est soutenue en longueur par 8 cellules 35a-35h de 3 m par 4.26 m pour une longueur totale de 102.4 m et en largeur par 11 traverses de 5 m de long pour 20 une largeur totale de 55 m. La structure 11 présente une hauteur de 7 m. En variante, les dimensions de la structure 11 peuvent être modifiées sans changer l'invention. La couverture 25 est réalisée par des profilés d'aluminium à glissière soutenant un élément de captation de la lumière du soleil transparent et 25 translucide. De préférence, l'élément de captation de la lumière du soleil est en verre. La couverture 25 en verre permet ainsi de chauffer l'intérieur de la structure 11. Le dispositif de séchage 10 comporte également deux autres sources de chauffage. Premièrement, le sol 12 est pourvu d'un plancher chauffant 20 30 comportant un circuit d'eau caloporteur 21 incorporé dans une dalle de béton formant le sol 12 du dispositif. Deuxièmement, l'eau du circuit d'eau caloporteur 3 0 2 73 7 8 6 21 est utilisée pour alimenter des aéroréfrigérants 17 d'air chaud par l'intermédiaire d'un échangeur thermique 21 eau/air. Le circuit caloporteur 21 et les aéroréfrigérants 17 utilisent de l'eau à moyenne température, par exemple de l'eau dans la température est comprise 5 entre quarante et cinquante degrés Celsius. Cette eau provient du circuit de refroidissement d'une usine 9 proche du dispositif de séchage 10. Dans le cas de la Figure 1, l'usine 9 correspond à une centrale électrique générant 12MWe d'électricité à partir de la gazéification de 50 000 tonnes de déchets et de biomasse agricole. En parallèle de la production de l'électricité, la 10 centrale génère aussi de la chaleur sous forme d'eau chaude à basse température, c'est-à-dire entre quarante-cinq et cinquante degrés Celsius, avec un débit de 1400m3/h, soit 16MWth. Cette chaleur est, en général, très difficile à valoriser. L'eau chaude issue du procédé de gazéification est livrée par un tuyau aller 22a à une température d'environ cinquante degrés Celsius. Après le 15 passage de cette eau et la valorisation de sa chaleur dans dispositif de séchage 10, via le planchant chauffant 20 et les aéroréfrigérants 17, elle revient vers l'usine 9 par un tuyau retour à une température d'environ quarante degrés Celsius. Cette eau refroidie peut ainsi être réutilisée par l'usine 9. Le dispositif de séchage est chauffé par seize aéroréfrigérants 17 de 20 puissance unitaire 1,2MWth composés de 288 ventilateurs et de radiateurs délivrant un flux d'air à 50°C. Les aéroréfrigérants 17 sont disposés verticalement sur la face avant 30 de sorte à chauffer une partie supérieure 16 de la structure 11. Les aéroréfrigérants 17 sont associés à des extracteurs 27 disposés sur la face arrière 31 de la structure 11, visible sur le devant de la 25 Figure 2. Le dispositif de séchage 10 des Figures 1 et 2 comporte six extracteurs 27 par cellule 35a-35h, soit 48 extracteurs 27 au total. Les extracteurs 27 sont empilés sur deux blocs de trois extracteurs 27 autour d'un rideau métallique amovible. Le rideau métallique de la première cellule 35a est complètement ouvert sur la Figure 2. De manière classique, les rideaux 30 métalliques des huit cellules 35a-35h sont motorisés. La partie supérieure 16 est également chauffée par la couverture 22 vitrée par beau temps en utilisant l'énergie du soleil. L'énergie solaire permet ainsi de chauffer de trente-cinq à quarante degrés Celsius. Une partie inférieure 15 de la structure 11 est chauffée par le plancher chauffant 15 de manière sensiblement uniforme par un réseau de tuyaux en serpentin ou en escargot du circuit 21 d'eau caloporteur. La Figure 3 décrit les étapes d'un procédé de séchage au moyen d'un dispositif de séchage 10 de l'invention. Dans une première étape 40, les matériaux à sécher sont disposés par couche sur le sol chauffant 20. Dans le cas de la Figure 2, les matériaux à sécher sont des plaquettes 38 de bois humides et des billons de bois 37. Dans une deuxième étape 41, le dispositif de séchage 10 est commandé pour faire circuler de l'eau chaude dans le plancher chauffant 20 et dans les aéroréfrigérants 17. Grâce au plancher chauffant 20 et par conduction, la chaleur se propage depuis les tuyaux du circuit 21 caloporteur enfouis vers la dalle puis vers le bois. L'autre partie de l'eau chaude est acheminée vers les aéroréfrigérants 17, elle circule à travers des tubes qui sont refroidis par un système de ventilation. L'air pulsé se réchauffe au contact de ses tubes et alimente la structure 11. En effet, les aéroréfrigérants 17 sont normalement posés horizontalement mais dans le dispositif de séchage 10 de l'invention, l'agencement des aéroréfrigérants 17 est une innovation du fait de son installation verticale qui permet de faire entrer de l'air pulsé vers la structure 11. Cet air chaud contribue à maintenir une certaine température de l'air ambiant de la structure 11 favorisant le séchage des matériaux. Par la suite, la ventilation située à l'arrière de la structure 11 permet de tirer l'air humide vers l'extérieur et d'extraire l'humidité des matériaux. Etant donné la basse température du fluide caloporteur, la ventilation a toute son importance. Dans le cas où les aérothermes 17 fonctionneraient au ralenti, par exemple en hiver, les extracteurs 27 évacuent l'humidité ambiante et parviennent à « pomper » des calories aux radiateurs des aérothermes 17, alors que le chauffage par le sol 12 fonctionne toujours. En outre, la couverture 22 capte aussi la chaleur du rayonnement solaire permettant d'apporter un supplément de chaleur pour le cycle de séchage par le biais de l'effet de serre. Avec la combinaison de ces trois systèmes de chauffage, le taux d'humidité des plaquettes 38 de bois humides et des billons de bois 37 passe de 48 à 18% en deux à quatre semaines. Le temps de séchage peut varier en fonction de la position de la lune lorsque le bois est coupé. En outre, lors du cycle de séchage, les matériaux à sécher peuvent être retournés ou brassés dans une étape 43. Cette étape 43 peut se reproduire plusieurs fois durant le cycle de séchage. Lorsque le cycle de séchage est terminé, les matériaux à sécher peuvent être déstockés dans une étape 42 et directement livrés. L'invention permet ainsi de sécher rapidement et efficacement des matériaux, par exemple des plaquettes 38 de bois humides et des billons de bois 37. En ce qui concerne les plaquettes 38 forestières, il est apparu que les plaquettes forestières fraîches comportant 45 à 50% d'humidité pouvaient être séchées à 20% d'humidité avec les dispositions suivantes : - 12 à 15 jours d'exposition avec 3 retournements ou brassages périodiques sur une épaisseur de 1m, ou - 8 jours d'exposition sans retournement sur une épaisseur de 30 centimètres. En ce qui concerne les billons de bois 37, lorsque la scierie est voisine du dispositif de séchage 10, les manutentions sont réduites à leur plus simple expression; la scierie coupe, refend et met les buches en cages métalliques. Ces cages sont mises en séchoir, puis chargées après séchage pour livraison. L'utilisation de bois « vert » et refendu devient alors possible. Ce bois a alors une particularité toute nouvelle; il est très sec en surface (15%) mais encore un peu humide à coeur. Il en résulte des buches qui s'enflamment très bien sans l'aide de petit bois, mais qui ensuite se consument lentement. Peu importe l'épaisseur de stockage, il faut simplement qu'il y ait de l'air entre chaque bûche. Les cages peuvent donc être gerbées les unes sur les autres et remplir la cellule 35a-35h entièrement. Les temps de cycle entre la coupe des arbres et la livraison du bois varient entre deux et quatre semaines suivant la position de la lune au moment de la coupe. L'invention permet ainsi de réduire le temps de séchage et d'augmenter la rotation des stocks de matériaux à sécher. L'invention permet d'obtenir rapidement des produits « pré-conditionné » prêt à livrer. En outre, l'invention permet d'obtenir une très grande homogénéité de séchage entre les produits et des buches d'un type nouveau, qui brulent bien et lentement. Au niveau énergétique, l'invention présente un rendement « écologique » plus favorable que les dispositifs existants avec une consommation énergétique très faible. REVENDICATIONS1. Dispositif de séchage (10) de matériaux comprenant une structure (11) comportant un sol (12) recevant les matériaux à sécher, caractérisé en ce qu'il 5 comprend également : - un premier circuit de circulation d'eau chaude placé sous au moins une partie de la surface externe dudit sol (12) pour chauffer celui-ci, et - un deuxième circuit de circulation d'eau chaude et un ensemble de refroidissement (17) dudit deuxième circuit de circulation d'eau chaude, 10 - ledit ensemble de refroidissement (17) générant des flux d'air dirigés vers le volume intérieur de ladite structure de manière à chauffer lesdits matériaux après que lesdits flux d'air aient réalisé un échange thermique avec ledit deuxième circuit de circulation d'eau chaude. 15 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble de refroidissement (17) génère des flux d'air parallèlement ou sensiblement parallèlement à la surface dudit sol (12). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit 20 ensemble de refroidissement (17) comprend des dispositifs aéroréfrigérants. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit ensemble de refroidissement (17) étant placé à une première extrémité (30) de ladite structure (11), ledit dispositif (10) comprend à son 25 extrémité (31) opposée à ladite première extrémité (30) au moins un extracteur d'air (27) pour extraire de l'air du volume intérieur de ladite structure (11). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième circuits d'eau chaude sont reliés à un 30 unique circuit (21) d'alimentation en eau chaude. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la température de l'eau chaude de l'unique circuit (21) d'alimentation en eau chaude est comprise entre 40°C et 50°C. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une couverture (25) transparente ou translucide. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite couverture (25) est en verre. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la structure (11) est divisée en plusieurs cellules (35a-35d) et en ce que le dispositif (10) comporte un organe de contrôle (37) apte à faire varier la chaleur des cellules (35a-35h). 10. Procédé de séchage au moyen d'un dispositif de séchage (10) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - stockage (40) des matériaux à sécher dans la structure (11), - commande (41) du premier circuit de circulation d'eau chaude et de l'au moins un ensemble de refroidissement (17) pour chauffer la structure (11), - récupération (42) des matériaux à sécher lorsqu'un temps de séchage prédéterminé à été atteint.