Brevet FR3158779A1 — publié le 20250801

Four à pyrolyse comprenant une enceinte (E) définissant une paroi interne (E1) sensiblement cylindrique et comprenant un sas d’entrée (I) et un sas de sortie (O), ainsi qu’une vis sans fin (V) entrainée en rotation sur elle-même à l’intérieur de l’enceinte (E) entre le sas d’entrée (I) et le sas de sortie (O), caractérisé en ce que la vis sans fin (V) comprend un axe central (1) et des tiges (3) qui s’étendent radialement vers la paroi interne (E1) de l’enceinte (E), les tiges (3) étant décalées angulairement de manière à former au moins un filet hélicoïdal (3F) qui s’étend en spirale autour de l’axe central (E). « Figure pour l’abrégé : figure 2 » Four à pyrolyse La présente invention concerne un four à pyrolyse comprenant une enceinte définissant une paroi interne sensiblement cylindrique et comprenant un sas d’entrée et un sas de sortie. Le four comprend également une vis sans fin entrainée en rotation sur elle-même à l’intérieur de l’enceinte entre le sas d’entrée et le sas de sortie. Un tel four est notamment connu du document FR2858570A1, qui décrit un four à pyrolyse ayant une enceinte, dans laquelle chemine les matériaux ou déchets à traiter mélangés avec des billes en acier chauffées. Le cheminement du mélange déchets/billes est opéré au moyen d’une vis sans fin, qui est à peine évoquée. Les billes ont ici une fonction de trituration à chaud des déchets, alors que la vis sans fin n’a qu’une fonction de transport du mélange déchets/billes. L’inconvénient avec ce four de l’art antérieur est qu’il faut chauffer les billes en acier à l’extérieur du four, les introduire à travers un sas d’entrée et les récupérer à travers un sas de sortie pour les chauffer à nouveau. Il s’ensuit un équipement lourd et une perte de chaleur considérable. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient en supprimant les billes en acier chauffées et en définissant une vis sans fin à la fois mélangeuse et chauffante. Pour ce faire, la présente invention propose que la vis sans fin comprenne un axe central et des tiges qui s’étendent radialement vers la paroi interne de l’enceinte, les tiges étant décalées angulairement de manière à former au moins un filet de vis hélicoïdal qui s’étend en spirale autour de l’axe central. Avantageusement, le four comprend au moins un moyen de chauffage, par exemple à résistance et/ou par induction, pour chauffer les tiges. Les tiges, en plus de leur fonction de filet de vis pour faire avancer les déchets dans l’enceinte, remplacent les billes en acier, en assurant une fonction de trituration des déchets. Les tiges peuvent être chauffées de l’intérieur de l’axe central de rotation. Les déchets avancent dans l’enceinte en passant en partie à travers les tiges chauffées, de manière à apporter la chaleur au plus près des déchets, comme le font les billes en acier du document FR2858570A1. Avec les tiges de l’invention, la chaleur reste à l’intérieur de l’enceinte, d’où une déperdition minimale. Le terme de « tige » doit être compris dans son sens le plus étendu et peut être remplacé par barreau, tube, lame, ailette, pale, et plus généralement par tout élément allongé dans le sens radial. Par opposition à une vis sans fin classique avec un ou plusieurs filets de vis continus sous la forme d’un voile hélicoïdal continu, les tiges de l’invention forment un ou plusieurs filets de vis discrets, en ce sens que les tiges sont séparées et distantes les unes des autres, de sorte que les déchets peuvent circuler pour partie entre les tiges. Selon une caractéristique très intéressante de l’invention, les tiges peuvent être montées sur des anneaux engagés autour de l’axe central avec un décalage angulaire, chaque anneau supportant au moins une tige, et avantageusement trois tiges, pour former trois filets de vis imbriqués. Avantageusement, tous les anneaux sont identiques et supportent chacun le même nombre de tiges disposées de manière identique. Ainsi, la vis sans fin de l’invention est constituée à partir d’un seul type d’élément, à savoir un anneau pourvu d’un ou de plusieurs tiges radiales. Le moyen de chauffage monté dans l’axe central chauffe les anneaux et les tiges. Ces anneaux identiques sont engagés les uns derrière les autres sur l’axe central. Les anneaux sont décalés angulairement les uns par rapport aux autres d’environ 10 à 20 °, avantageusement d’environ 15 °, de sorte qu’il y a environ vingt-quatre tiges par tour de filet de vis hélicoïdal. Selon un autre aspect de l’invention, le four à pyrolyse peut comprendre au moins une semelle hélicoïdale montée sur les extrémités libres des tiges d’un filet hélicoïdal, la semelle hélicoïdale étant disposée à proximité de la paroi interne de l’enceinte. La semelle a pour fonction de râcler les déchets dans l’enceinte pour les faire avancer vers le sas de sortie. La semelle ne vient pas directement en contact de la paroi interne de l’enceinte : un interstice de quelques millimètres, voir centimètres, peut être défini entre elles. Selon un mode de réalisation pratique, le filet de vis hélicoïdal comprend une première section de filet séparée d’une seconde section de filet par au moins un anneau thermiquement isolant, seule la première section de filet, s’étendant à partir du sas d’entrée, étant chauffée par le moyen de chauffage, qui peut notamment être à résistance et/ou par induction. Ainsi, les matières ou déchets sont triturés, avancés et chauffés dans la première section de filet et seulement triturés et avancés dans la seconde section de filet, avant d’être extraits par le sas de sortie. Avantageusement, la première section de filet est pourvue d’une semelle hélicoïdale thermiquement conductrice, alors que la seconde section de filet est pourvue d’une semelle hélicoïdale thermiquement isolante. Avantageusement, le four à pyrolyse peut comprendre une sortie de gaz de pyrolyse à proximité de l’anneau thermiquement isolant. Ainsi, les gaz de pyrolyse sont extraits de l’enceinte après la première section de filet, alors que le déchets (ou leurs cendres) sont acheminés sans chauffage jusqu’au sas de sortie. L’esprit de l’invention réside dans le fait de conférer à la vis sans fin une fonction supplémentaire de trituration, malaxation, mélangeage, brassage, pétrissage, etc. Cette fonction est remplie par les éléments allongés qui s’édentent radialement à partir de l’axe central en formant un filet de vis discontinu, interrompu, discret, etc. Les anneaux identiques sont particulièrement avantageux. L’invention sera maintenant plus amplement décrite, en référence aux dessins joints, donnant à titre d’exemple non limitatif, un mode de réalisation de l’invention. Sur les figures : FIG. 1 La FIG. 1 est une vue très schématique d’une installation de pyrolyse qui met en œuvre un four de pyrolyse selon l’invention, FIG. 2 La FIG. 2 est une en perspective agrandie d’une partie de la vis sans fin de la FIG. 1 , et FIG. 3 La FIG. 3 est une vue du four de pyrolyse intégrant une vis sans fin selon un mode de réalisation particulier de l’invention. Sur la FIG. 1 , on peut voir un four à pyrolyse F, qui est intégré dans une installation complète de pyrolyse. Le four à pyrolyse F constitue l’élément central de l’installation, qui comprend plusieurs accessoires nécessaires pour le fonctionnement du four à pyrolyse F. Sans rentrer dans le détail, le four à pyrolyse F comprend une enceinte E qui définit une paroi interne E1 de forme sensiblement cylindrique. L’enceinte E est de préférence pourvue d’une couche d’isolant thermique E2 pour conserver la chaleur à l’intérieur du four F. Le four à pyrolyse F comprend un sas d’entrée I pour l’introduction des matières ou déchets à traiter et un sas de sortie O pour extraire les résidus de la pyrolyse. L’enceinte E contient une vis sans fin S entrainée en rotation sur elle-même à l’intérieur de l’enceinte E entre le sas d’entrée I et le sas de sortie O. Le four à pyrolyse F comprend également une sortie de gaz de pyrolyse G montée sur l’enceinte E. La vis sans fin S comprend un axe central 1 qui traverse l’enceinte E et fait même saillie hors de l’enceinte E au niveau d’une extrémité d’entrainement 1e, qui peut être pourvue d’une roue W, entrainée en rotation par un moteur M au moyen d’une courroie d’entrainement B. Ainsi, la vis sans fin S tourne sur elle-même dans l’enceinte E pour transporter les matières ou déchets à traiter entre le sas d’entre I et le sas de sortie O. La sortie de gaz de pyrolyse G est positionnée entre le sas d’entre I et le sas de sortie O et permet de récupérer les gaz de pyrolyse. Sur la FIG. 1 , on peut voir que l’axe central 1 est pourvu intérieurement d’un moyen de chauffage R, qui peut se présenter sous la forme d’une résistance, qui est représentée de manière très schématique. En effet, n’importe quel moyen de chauffage approprié est utilisable dans le cadre de la présente invention. En amont du sas d’entrée I, l’installation de pyrolyse comprend une cuve C, dans laquelle les matières ou déchets à traiter sont stockés. La cuve C est équipée d’une bouche d’entrée C1 et une première vis de transport C2 qui alimente une seconde vis de transport C3 qui déverse les matières ou déchets à traiter dans le sas d’entrée I du four F. Il ne s’agit là que d’un mode de réalisation non limitatif : l’alimentation du sas d’entrée I pouvant se faire par tout moyen approprié. L’avantage avec ce système de vis de transport C2, C3 est que très peu d’air pénètre dans l’enceinte E. En aval du sas de sortie O, l’installation de pyrolyse comprend un réservoir T, dans lequel tombe les résidus ou cendres des matières ou déchets pyrolysés. Les résidus ou cendres sont ensuite évacués du réservoir au moyen d’une autre vis de transport T1 qui se décharge dans une trémie de sortie T2. Les résidus ou cendres stockés dans le réservoir forment un bouchon, qui empêche l’air extérieur de pénétrer dans l’enceinte E à travers le sas de sortie O. De manière générale, la vis sans fin S est logée de manière rotative dans l’enceinte E. Cette vis sans fin S comprend trois filets de vis hélicoïdaux 3F, qui s’enroulent en spirale de manière imbriquée autour de l’axe central 1. Selon l’invention, chaque filet de vis hélicoïdal 3F comprend des tiges 3, qui s’étendent radialement vers la paroi interne E1 de l’enceinte E. Les tiges 3 sont décalées angulairement de manière à former le filet de vis hélicoïdal 3F. En d’autres termes, le filet de vis hélicoïdal 3F n’est pas continu, comme c’est le cas habituellement, mais au contraire discontinu, puisque formé par les tiges 3, qui sont séparées les unes des autres par une distance axiale et un angle. Les filets de vis hélicoïdaux 3F comprennent également des anneaux 2 engagés autour de l’axe central 1 et supportant les tiges 3, ainsi que des semelles 4, qui sont fixées aux extrémités libres des tiges 3, de manière à être positionnées à proximité de la paroi interne E1 de l’enceinte E. On peut maintenant se référer à la FIG. 2 pour décrire la vis sans fin S avec plus de détail. On voit que l’axe central 1 définit un intérieur creux 11, dans lequel est logé le moyen de chauffage R (représenté schématiquement sur la FIG. 1 ) : seuls les câbles de connexion 1R du moyen de chauffage R sont représentés sur la FIG. 2 . L’axe central 1 comprend une surface externe 12 qui définit des méplats longitudinaux 12a. on peut par exemple prévoir vingt-quatre méplats 12a, correspondant au nombre de tiges 3 par tour de filet. Les anneaux 2 sont engagés les uns derrière les autres autour de l’axe central 1. Chaque anneau 2 comprend une ouverture centrale 21 qui définit des méplats longitudinaux 21a, dont le nombre correspond au nombre de méplats longitudinaux 12a de l’axe central 1. Ainsi, les anneaux peuvent être engagés autour de l’axe central 1 avec des décalages angulaires de 15°, ce qui permet de créer le ou les filets de vis hélicoïdaux 3F. Chaque anneau définit aussi une paroi externe 22, sur laquelle sont montées les tiges 3. Plus précisément, les tiges 3 comprennent des extrémités d’ancrage 31 fixées sur la paroi externe 22 de l’anneau 2, par exemple par soudage ou vissage. Les anneaux 2 définissant aussi des faces planes opposées 23, qui sont en contact mutuel. Les tiges 3 comprennent aussi des extrémités libres 32, sur lesquelles sont montées les semelles 4, par exemple par soudage. Les tiges 3 et les semelles 4 définissant ensemble des filets de vis hélicoïdaux 3F, qui s’étendent en spirale autour de l’axe central 1. Le décalage angulaire et axial des tiges 3 provient du décalage angulaire de anneaux 2 autour de l’axe central 1, qui est rendu possible grâce aux méplats longitudinaux 12a et 21a. A titre d’exemple non limitatif, les tiges 3 peuvent être décalées angulairement d’environ 10 à 20 °, avantageusement d’environ 15 °, de sorte qu’il y a environ vingt-quatre tiges 3 par tour complet de filet de vis hélicoïdal 3F. Sur les figures, il y a trois filets de vis hélicoïdaux 3F imbriqués : chaque anneau 2 supporte donc trois tiges 3, qui s’étendent radialement et sont décalées de 120°. Sans sortir du cadre de l’invention, il est également possible d’en prévoir seulement un ou deux, ou au contraire plus de trois. Les anneaux 2, les tiges 3 et les semelles 4 sont réalisés en matériau thermiquement conducteurs, comme un métal, et de préférence en acier inoxydable. La vis sans fin S de l’invention remplit plusieurs fonctions. La première fonction de base est de transporter ou pousser les matières ou déchets dans l’enceinte E entre les sas d’entrée I et de sortie O. La seconde fonction est de chauffer les matières ou déchets, qui viennent au contact des anneaux 2, des tiges 3 et des semelles 4. En effet, le moyen de chauffage logé dans l’axe central 1 chauffe bien entendu l’axe central 1, mais aussi et surtout les anneaux 2, les tiges 3 et les semelles 4. La troisième fonction est de triturer ou malaxer les matières ou déchets : une partie des matières ou déchets est poussée par les tiges 3 et les semelles 4 et une autre partie passe à travers les tiges 3. Au final, les matières ou déchets sont chauffées uniformément grâce au malaxage, de sorte qu’un maximum de gaz de pyrolyse en est extrait. En se référant à la FIG. 2 , on voit un mode de réalisation particulier pour la vis sans fin. Toutefois, la conception globale reste la même que pour la vis sans fin des figures 1 et 2, avec un axe central 1, des anneaux 2, des tiges 3 et des semelles 4. La différence majeure réside dans le fait que la vis sans fin S’ de la FIG. 3 est divisée en deux parties, à savoir une première partie chauffante et une seconde partie non chauffante. Plus en détail, la première partie chauffante comprend une première série d’anneaux 2a et la seconde partie non chauffante comprend une seconde série d’anneaux 2b. La première série d’anneaux 2a s’étend sensiblement du sas d’entrée I à la sortie de gaz de pyrolyse G et la seconde série d’anneaux 2b s’étend sensiblement de la sortie de gaz de pyrolyse G au sas de sortie O. Le moyen de chauffage comprend une bobine inductive R’, intégrée à l’enceinte E, autour de sa paroi interne E1 et en-dessous de l’isolant E2. La bobine inductive R’ ne s’étend que sur la première série d’anneaux 2a. Les anneaux 2 des première et seconde séries d’anneaux 2a et 2b sont de préférence identiques. Les première et seconde séries d’anneaux 2a et 2b sont séparées par au moins un anneau thermiquement isolant 2i, de sorte que la chaleur, communiquée à la première série d’anneaux 2a par la bobine inductive R’, ne se propage pas à la seconde série d’anneaux 2b. De préférence, l’anneau thermiquement isolant 2i est dépourvu de tige. Les tiges 3, montées sur les anneaux 2 des première et seconde séries d’anneaux 2a et 2b, sont de préférence identiques et en même nombre par anneau 2, par exemple trois tiges 3 par anneau. Un unique modèle d’anneau 2 à tiges 3 est donc utilisé pour les deux séries d’anneaux 2a et 2b. En variante, il est aussi envisageable de réaliser la seconde série d’anneaux 2b avec un matériau thermiquement isolant et de prévoir des tiges thermiquement isolantes. Avantageusement, la première série d’anneaux 2a est pourvue d’une semelle hélicoïdale thermiquement conductrice 4c, alors que la seconde série d’anneaux 2b est pourvue d’une semelle hélicoïdale thermiquement isolante 4i. De préférence, les deux semelles 4c et 4i ne sont pas jointives, mais séparées l’une de l’autre au niveau de l’anneau thermiquement isolant 2i. Ainsi, cette vis sans fin S’ comprend deux sections de filets de vis hélicoïdaux, à savoir une première section de filet chauffé 3Fc avec une ou des semelle(s) thermiquement conductrice(s) 4c et une seconde section de filet non chauffé 3Fi avec une ou des semelle(s) thermiquement isolante(s) 4i, les deux sections de filets 3Fc et 3Fi étant séparés par au moins un anneau thermiquement isolant 2i. Avec cette vis sans fin S’, les matériaux ou déchets à traiter sont chauffés uniquement dans la première section de filet 3Fc, au bout duquel les gaz de pyrolyse sont extraits par la sortie G. Ensuite, les matériaux ou déchets, déjà au moins sous forme de cendres, sont acheminés vers le sas de sortie O par la seconde section de filet non chauffé isolant 3Fi. On réalise de cette manière une sérieuse économie d’énergie pour chauffer la vis sans fin S’. Sans sortir du cadre de l’invention, le moyen de chauffage peut être quelconque. On a vu qu’il peut être à résistance intégré dans l’axe central ou par induction intégré dans l’épaisseur de paroi de l’enceinte E. Les deux moyens de chauffage par résistance et par induction peuvent même être mis en œuvre cumulativement. Grâce à l’invention, on dispose d’un four à pyrolyse, dont la vis sans fin à tiges opère à la fois le transport, le chauffage et la trituration des matériaux à traiter. Le montage des tiges sur des anneaux décalés angulairement simplifie significativement la fabrication et le montage de la vis sans fin. Four à pyrolyse comprenant une enceinte (E) définissant une paroi interne (E1) sensiblement cylindrique et comprenant un sas d’entrée (I) et un sas de sortie (O), ainsi qu’une vis sans fin (S ; S’) entrainée en rotation sur elle-même à l’intérieur de l’enceinte (E) entre le sas d’entrée (I) et le sas de sortie (O), caractérisé en ce que la vis sans fin (S ; S’) comprend un axe central (1) et des tiges (3) qui s’étendent radialement vers la paroi interne (E1) de l’enceinte (E), les tiges (3) étant décalées angulairement de manière à former au moins un filet de vis hélicoïdal (3F ; 3Fc, 3Fi) qui s’étend en spirale autour de l’axe central (E). Four à pyrolyse selon la revendication 1, comprenant au moins un moyen de chauffage (R ; R’) pour chauffer les tiges (3). Four à pyrolyse selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les tiges (3) sont montées sur des anneaux (2) engagés autour de l’axe central (1) avec un décalage angulaire, chaque anneau (2) supportant au moins une tige (3), avantageusement trois tiges (3). Four à pyrolyse selon la revendication 3, dans lequel tous les anneaux (2) sont identiques et supportent chacun le même nombre de tiges (3) disposées de manière identique. Four à pyrolyse selon les revendications 2 et 3 ou 4, dans lequel le moyen de chauffage (R) monté dans l’axe central (1) chauffe les anneaux (2) et les tiges (3). Four à pyrolyse selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel les anneaux (2) sont décalés angulairement les uns par rapport aux autres d’environ 10 à 20 °, avantageusement d’environ 15 °, de sorte qu’il y a environ vingt-quatre tiges (3) par tour de filet de vis hélicoïdal (3F ; 3Fc, 3Fi). Four à pyrolyse selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins une semelle hélicoïdale (4 ; 4c, 4i) montée sur les extrémités libres (32) des tiges (3) d’un filet hélicoïdal (3F ; 3Fc, 3Fi), la semelle hélicoïdale (4 ; 4c, 4i) étant disposée à proximité de la paroi interne (E1) de l’enceinte (E). Four à pyrolyse selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le filet de vis hélicoïdal comprend une première section de filet (3Fc) séparée d’une seconde section de filet (3Fi) par au moins un anneau thermiquement isolant (2i), seule la première section de filet (3Fc), s’étendant à partir du sas d’entrée (I), étant chauffée par le moyen de chauffage (R’). Four à pyrolyse selon la revendication 8, dans laquelle la première section de filet (3Fc) est pourvue d’une semelle hélicoïdale thermiquement conductrice (4c), alors que la seconde section de filet (3Fi) est pourvue d’une semelle hélicoïdale thermiquement isolante (4i). Four à pyrolyse selon la revendication 8 ou 9, comprenant une sortie de gaz de pyrolyse (G) à proximité de l’anneau thermiquement isolant (2i). * * *