L' invention concerne un dispositif de traitement thermique d'un produit tel qu'une biomasse, une matière polymérique ou tout autre solide divisé. On rappelle qu'une biomasse désigne les fractions biodégradables des produits, déchets et résidus provenant de l'industrie en général et de l'agriculture, de la sylviculture et des industries connexes en particulier.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L' INVENTION

De nombreux domaines industriels ont recours à des matériaux polymériques pour la création de leurs pro ^¬ duits comme par exemple des matières plastiques. Dans le contexte actuel de valorisation des déchets, il y a donc un besoin pour le recyclage de déchets industriels et en particulier de déchets polymériques.

Il est ainsi connu de recycler de tels déchets en leur faisant subir divers traitements chimiques et/ou thermiques .

Par exemple, il est connu un dispositif de traitement thermique comportant une enceinte et des moyens de convoyage du produit entre l'entrée de l'enceinte et la sortie de l'enceinte qui comprennent une vis montée pour tourner dans l'enceinte selon un axe géométrique de rota ^¬ tion et des moyens d'entraînement en rotation de la vis. Le dispositif comporte en outre des moyens de chauffage de la vis par effet Joule.

Les déchets sont usuellement introduits à l'entrée de l'enceinte sous forme de solides divisés bruts ou de solides divisés pré-conditionnés par exemple par une étape de densification .

La vis pousse de façon continue les granulés vers la sortie de l'enceinte. Du fait de la température de la vis, les granulés se ramollissent progressivement dans l'enceinte jusqu'à fondre. Les granulés ainsi fondus peu- vent alors être mis en forme pour être réutilisés ce qui permet de recycler les déchets traités.

Toutefois, de tels dispositifs ne sont pas adaptés aux traitements de certains matériaux. En particu- lier, certains déchets de matière plastique atteignent très lentement leur température de fusion et ne fondent donc que tardivement après leur entrée dans l'enceinte.

OBJET DE L' INVENTION

Un but de l'invention est de proposer un disposi- tif de traitement thermique qui puisse être adapté au traitement d'un plus grand nombre de produits.

BREVE DESCRIPTION DE L' INVENTION

En vue de la réalisation de ce but, on propose un dispositif de traitement thermique d'un produit compor- tant une enceinte, des moyens de convoyage du produit entre une entrée de l'enceinte et une sortie de l'enceinte qui comprennent une vis montée pour tourner dans l'enceinte selon un axe géométrique de rotation et qui comprennent des moyens d'entraînement en rotation de la vis, et des moyens de chauffage par effet Joule de la vis .

Selon l'invention, la vis a une résistance électrique qui varie le long de l'axe géométrique de rota ^¬ tion .

En faisant varier la résistance de la vis grâce à l' invention, la résistance de la vis peut être adaptée en fonction d'un profil de température à engendrer dans l'enceinte. En particulier, la vis peut être conformée pour générer dans l'enceinte un profil de température ajusté au traitement du produit convoyé.

Dans les dispositifs de traitement de l'art antérieur, la vis est identique sur toute sa longueur. En l'absence de produit à convoyer dans l'enceinte et en négligeant les pertes thermiques par convection à l'entrée et à la sortie de l'enceinte, la température atteinte par chaque unité de longueur de la vis est identique. En présence d'un produit à convoyer dans l'enceinte et en négligeant lesdites pertes thermiques par convection, l'écart de température entre la vis et le produit est plus important en entrée de l'enceinte qu'en sortie de l'enceinte puisque des transferts d'énergie par conduc ^¬ tion s'effectuent entre chaque unité de longueur de vis et le produit à convoyer conduisant à augmenter progres ^¬ sivement la température du produit. D'un point de vue thermodynamique, de moins en moins d'énergie est transfé ^¬ rée au produit lors de sa traversée dans l'enceinte.

Ainsi, et selon un premier mode de réalisation, la résistance peut être adaptée de sorte que la température de la vis en sortie de l'enceinte soit plus importante qu'en entrée de l'enceinte lorsqu' aucun produit n'est convoyé afin que l'écart de température entre le produit et la vis reste sensiblement constant tout le long du séjour du produit dans l'enceinte lorsque le produit est convoyé par la vis. Cela augmente l'efficacité du transfert de chaleur et favorise donc le traitement thermique de certains produits comme les biomasses.

Selon un deuxième mode de réalisation, la résis ^¬ tance de la vis peut être adaptée de sorte que la température de la vis en entrée d'enceinte soit plus importante qu'en sortie d'enceinte lorsqu' aucun produit n'est convoyé afin que la température de la vis demeure sensiblement au-dessus de la température du fusion du produit lorsque le produit est convoyé par la vis. En effet, il a été constaté dans les dispositifs de l'art antérieur que l'introduction des solides divisés d'un matériau plastique refroidissait la vis. En entrée d'enceinte, la vis peut donc présenter une température inférieure à celle de fusion des solides divisés de sorte que ceux-ci ne fondent pas immédiatement. Il faut ainsi attendre que les solides divisés soient convoyés sur une certaine longueur avant de commencer à fondre. Grâce à ce deuxième mode de réalisation, il est possible de faire en sorte que la température de la vis en entrée d'enceinte soit supé ^¬ rieure à la température de fusion du matériau plastique lorsque celui-ci est introduit dans l'enceinte. Les soli ^¬ des divisés fondent ainsi bien plus rapidement, ce qui favorise leur traitement thermique.

Le dispositif de traitement selon l'invention peut donc être adapté au traitement d'un plus grand nombre de produits que les dispositifs de l'art antérieur.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d'un mode de réalisation non li ^¬ mitatif de l'invention en référence aux figures ci- jointes, parmi lesquelles :

- la figure 1 illustre en perspective un dispositif de traitement selon un premier mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 2 est une vue en coupe de la figure

1,

- la figure 3 est une vue en perspective schématique d'une vis du dispositif de traitement illustré à la figure 1 ;

- la figure 4 est une vue agrandie d'une partie de la figure 3 ;

- la figure 5 est un graphe illustrant un profil de température de la vis illustrée à la figure 3 ainsi qu'un profil de résistance associée à ladite vis et un profil de température d'une vis de l'art antérieur ;

- la figure 6 est un graphe illustrant un profil de température d'une vis d'un dispositif de traitement selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ainsi qu'un profil de résistance associée à ladite vis et un profil de température d'une vis de l'art antérieur ;

- la figure 7 est un graphe illustrant un profil de température d'une vis d'un dispositif de traitement selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, un profil de température de ladite vis lorsqu'elle convoie un produit ainsi qu'un profil de température d'une vis de l'art antérieur et un profil de température de la vis de l'art antérieur lorsqu'elle convoie un produit.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

En référence aux figures 1 et 2, le dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention permet de traiter thermiquement un produit. A cet effet, le dispositif selon l'invention comporte une enceinte 1, de direction générale essentiellement horizontale, qui est maintenue à distance du sol par des piètements 2. L'enceinte 1 comporte une enveloppe externe, ici unitaire, qui sera par exemple métallique, en particulier réalisée en acier inox amagnétique. Selon un mode de réalisation particulier, l'enceinte 1 comporte en outre ici une enveloppe interne unitaire en matériau réfractaire. Un caisson technique 3 est fixé à chacune des extrémités de l'enceinte 1.

L'enceinte 1 comporte ici une entrée 4 aménagée dans le couvercle de l'enceinte 1 sensiblement au niveau d'une première extrémité de l'enceinte 1. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comporte une cheminée d' entrée 5 qui est connectée de façon étanche à l'entrée 4 de l'enceinte. La cheminée d'entrée 5 est par exemple connectée à un dispositif de broyage, de compactage ou de granulation du produit considéré en solides divisés ou encore à un dispositif de pré-conditionnement du produit considéré sous forme de solides divisés. Un dispositif de pré-conditionnement permet de chauffer et de sécher ledit produit à des valeurs prescrites de température et d'humidité relative ou encore de densifier le produit. Les solides divisés sont des granulés en deux dimensions se présentant sous forme de feuillets ou en- core des granulés en trois dimensions.

L'enceinte 1 comporte en outre une sortie 6 amé ^¬ nagée ici dans le fond de l'enceinte 1 sensiblement au niveau de la deuxième des deux extrémités de l'enceinte 1. Selon un mode de réalisation particulier, le disposi ^¬ tif comporte une cheminée de sortie 7 qui est connectée de façon étanche à la sortie 6 de l'enceinte 1. La cheminée de sortie 7 est par exemple connectée à un dispositif de refroidissement du produit.

Bien entendu, le fond et le couvercle de l'enceinte 1 sont définis par rapport au sol sur lequel repose l'enceinte 1.

Comme cela est mieux visible à la figure 2, le dispositif comprend des moyens de convoyage du produit entre une entrée de l'enceinte et une sortie de l'enceinte. Lesdits moyens comportent ainsi une vis 10 qui s'étend ici dans l'enceinte 1 selon un axe géométri ^¬ que X entre les deux caissons techniques 3 et qui est montée pour tourner autour dudit axe géométrique X dans l'enceinte 1. La vis 10 est par exemple en acier inoxydable. La vis 10 a ici une forme de serpentin hélicoïdal qui est fixé, par exemple par soudure, à ses deux extrémités en bout d'un tronçon d'arbre 11. Chacun desdits tronçon d'arbre 11 est relié à son autre extrémité, par le biais d'une bride 12, à un arbre coaxial 13 qui traverse le caisson technique d'extrémité associé.

Les moyens de convoyage comportent en outre des moyens d'entraînement en rotation de la vis 10 autour de l'axe géométrique X qui sont ici agencés dans l'un des caissons techniques 3. Selon un aspect particulier de l'invention, les moyens d'entraînement en rotation com ^¬ portent un moteur électrique 14 et des moyens de liaison mécanique entre l'arbre de sortie du moteur et une extré ^¬ mité de l'arbre coaxial 13 associé, l'arbre coaxial 13 entraînant lui-même la vis 10. Les moyens d'entraînement en rotation comportent ici des moyens de contrôle de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie du moteur qui comprennent par exemple un variateur de vitesses. Les moyens de contrôle permettent ainsi d' adapter la vitesse de rotation de la vis 10 au produit convoyé c'est-à-dire d'adapter le temps de séjour du produit dans l'enceinte 1.

Le dispositif comporte en outre des moyens de chauffage par effet Joule de la vis 10 qui sont ici agen- cés dans les caissons techniques 3. Selon un mode de réalisation particulier, les moyens de chauffage comportent des moyens de génération d'un courant électrique et des moyens de raccordement des deux extrémités de la vis aux deux polarités desdits moyens de génération. A cet effet, chaque arbre coaxial 13 est rigidement solidaire d'un tambour coaxial 20 en matériau électriquement conducteur, sur lequel frottent des charbons 21 d'amenée du courant électrique, reliés par des fils conducteurs (non représentés ici) aux moyens de génération d'un courant élec- trique. La vis 10 est ainsi traversée par la même intensité tout le long de l'axe géométrique X. Selon un aspect particulier de l'invention, les moyens de chauffage com ^¬ portent des moyens de régulation de l'intensité du courant électrique traversant la vis 10. Les moyens de régu- lation comportent ici un gradateur interposé entre les moyens de génération du courant électrique et les moyens de raccordement. Les moyens de régulation permettent ainsi d'adapter l'intensité électrique traversant la vis 10 au produit convoyé.

En service, le produit à traiter est introduit dans la cheminée d'entrée 5 sous forme de solides divisés bruts ou de solides divisés pré-conditionnés et la vis 10 pousse de façon continue les solides divisés vers la sortie 6 de l'enceinte 1. Du fait de la température de la vis 10, les solides divisés se ramollissent progressive- ment jusqu'à fondre. La vis 10 assure ainsi à la fois un traitement thermique du produit et le convoyage du pro ^¬ duit .

Pour plus de détails, on pourra se référer au do ^¬ cument FR 2 924 300 de la demanderesse, dans lequel l'enceinte 1, les moyens de convoyage et les moyens de chauffage sont décrits en détail.

En référence aux figures 2 et 3, la vis 10 comporte ici des spires dites plates, chaque spire présentant une section rectangulaire d'aire S (illustrée à la figure 4) . La section S est définie par le produit de l'épaisseur e de la spire (épaisseur définie suivant l'axe géométrique X) par la hauteur h de la spire (hau ^¬ teur définie suivant une direction perpendiculaire à l'axe géométrique X) .

Selon un mode de réalisation avantageux, la vis 10 est divisée le long de l'axe géométrique X en cinq portions successives 28a, 28b, 28c, 28d et 28d qui pré ^¬ sentent des résistances électriques distinctes. La première portion 28a s'étend selon l'axe géométrique X entre la première extrémité de la vis 10a, qui est située sen ^¬ siblement au niveau de la cheminée d'entrée 5, jusqu'au début de la deuxième portion 28b. La deuxième portion 28b s'étend selon l'axe géométrique X entre la fin de la pre ^¬ mière portion 28a et le début de la troisième portion 28c. La cinquième portion et dernière 28e s'étend selon l'axe géométrique X entre la fin de la quatrième portion 28d et la deuxième extrémité de la vis 10b qui est située sensiblement au niveau de la cheminée de sortie 7. Les cinq portions sont bien entendu solidaires entre elles.

Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, chaque portion de la vis a une hauteur de spires différente de celles des autres portions, les spires étant toutes identiques entre elles au sein d'une même portion. Ainsi chaque portion de la vis a une résis- tance électrique différente de celle des autres portions. En effet, la résistance d'une spire est définie par :

avec P la résistivité électrique du matériau de la spire en ohm.mm ² /m (avec mm ² pour millimètres carrés et m pour mètre) ,

1 la longueur de la spire en mètres,

S la section de la spire en mètre carrés.

En modifiant la hauteur de la spire on modifie la section de la spire de sorte que la résistance de la spire soit changée. Comme la résistance de la portion est proportionnelle à celle de ses spires, on modifie ainsi la résistance de la portion.

Plus précisément et selon un premier mode de réalisation de l'invention, la première portion 28a a une première hauteur de spire hi, la deuxième portion 28b a une deuxième hauteur de spire h ₂ inférieure à la première hauteur de spire hi, la troisième portion 28c a une troisième hauteur de spire h ₃ inférieure à la deuxième hau ^¬ teur de spire h ₂ , la quatrième portion 28d a une quatrième hauteur de spire h ₄ inférieure à la troisième hau ^¬ teur de spire h ₃ et la cinquième portion 28e a une cin ^¬ quième hauteur de spire h ₅ inférieure à la quatrième hauteur de spire h ₄ . La résistance de la vis 10 augmente ainsi le long de l'axe géométrique X entre l'entrée 4 de l'enceinte et la sortie 6 de l'enceinte. De la sorte, lorsqu' aucun produit n'est convoyé et que la vis 10 est parcourue par le courant électrique, la température de la vis 10 au niveau de la première portion 28a est moins importante que celle au niveau de la deuxième portion 28b qui est elle-même moins importante que celle au niveau de la troisième portion 28c, elle-même moins importante que celle au niveau de la quatrième portion 28d qui est elle- même moins importante que celle au niveau de la cinquième portion 28e.

La figure 5 illustre ainsi le profil de température de la vis 10 après que la vis 10 ait été chauffée jusqu'à atteindre un régime établi et sans qu'aucun produit ne soit convoyé par la vis 10 (profil représenté par la courbe en pointillés) . Le profil de résistance de la vis 10 est représenté par la courbe en trait plein. La figure 5 illustre également un profil de température d'une vis de l'art antérieur à résistance constante le long de l'axe de rotation de la vis après que la vis ait été chauffée jusqu'à atteindre un régime établi et sans qu'aucun produit ne soit convoyé par la vis (profil représenté par la courbe en trait plein et carrés).

Le profil de température de la vis 10 illustre clairement que la température est plus importante au ni ^¬ veau de la sortie 6 de l'enceinte 1 que la température au niveau de l'entrée de l'enceinte 1. Un tel profil de température est particulièrement adapté au traitement thermique d'une biomasse.

Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le dispositif est identique au dispositif selon le premier mode de réalisation de l'invention à la différence que la résistance de la vis diminue le long de l'axe géométrique X entre l'entrée de l'enceinte et la sortie de l'enceinte.

La figure 6 illustre ainsi le profil de température de la vis selon le deuxième mode de réalisation de l'invention après que la vis ait été chauffée jusqu'à atteindre un régime établi et sans qu' aucun produit ne soit convoyé par la vis (profil représenté par la courbe en pointillés) . Le profil de résistance de la vis est représenté par la courbe en trait plein. La figure 6 illustre également un profil de température d'une vis de l'art antérieur à résistance constante le long de l'axe de rotation de la vis après que la vis ait été chauffée jusqu'à atteindre un régime établi et sans qu' aucun produit ne soit convoyé par la vis (profil représenté par la courbe en trait plein et carrés) .

Le profil de température de la vis selon l'invention illustre clairement que la température au niveau de la sortie d'enceinte est bien moins importante que celle au niveau de l'entrée de l'enceinte. Un tel profil de température est particulièrement adapté au traitement thermique d'une matière plastique.

De façon privilégiée, la résistance de la vis selon le deuxième mode de réalisation est adaptée de sorte que lorsque la vis convoie un produit la température de la vis demeure sensiblement constante et au-dessus de la température de fusion du produit et ce sur toute la lon ^¬ gueur de la vis. Le produit est ici une matière plasti ^¬ que .

La figure 7 illustre ainsi le profil de température de la vis ainsi adaptée après régime établi et sans que la matière plastique ne soit convoyée par la vis (profil représenté par la courbe en trait plein complétée de carrés) et le profil de température de la même vis lorsqu'elle convoie la matière plastique (profil représenté par la courbe en pointillés complétée de carrés) . Il est également illustré le profil de température d'une vis de l'art antérieur après régime établi et sans que la même matière plastique ne soit convoyée par la vis de l'art antérieur (profil représenté par la courbe en trait plein complétée de triangles) et le profil de température de la même vis de l'art antérieur lorsqu'elle convoie la matière plastique (profil représenté par la courbe en pointillés complétée de triangles) .

Il est ainsi visible que pour la vis de l'invention et pour la vis de l'art antérieur l'introduction de la matière plastique en entrée de l'enceinte provoque le refroidissement de la vis. Dans le cas de la vis de l'art antérieur, la vis présente en entrée une température inférieure à la tempé ^¬ rature de fusion de la matière plastique (illustrée par la courbe en trait plein) de sorte que la matière plasti ^¬ que ne fonde pas immédiatement. Il faut donc attendre que la matière plastique soit convoyée sur, ici, plus de la moitié de la vis de l'art antérieur avant de commencer à fondre .

En revanche pour la vis de l'invention, la vis demeure à une température supérieure à celle de la température de fusion de la matière plastique sur toute la longueur de la vis. En particulier, la température de la vis en entrée d'enceinte reste supérieure à la température de fusion de la matière plastique lorsque celle-ci est introduite dans l'enceinte. La matière plastique considérée fond donc bien plus rapidement grâce à la vis de l'invention qu'avec la vis de l'art antérieur ce qui favorise son traitement thermique.

Le dispositif selon l'invention est adaptable au traitement thermique d'une large gamme de produits principalement grâce à la définition de la vis 10. En outre, une fois la vis 10 en place dans l'enceinte 1, il est encore possible dans une moindre mesure d'adapter le traitement thermique au produit convoyé en modulant l'intensité électrique du courant traversant la vis 10 et la vitesse de rotation de la vis 10.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.

Le nombre de portions indiqué n' est pas limitatif. Qui plus est, la vis pourra ne pas être divisée en portions et présenter une résistance électrique qui varie de façon continue le long de l'axe géométrique X. Par exemple, chaque spire de la vis pourra comporter une sec- tion différente de sorte que la résistance de la vis augmente progressivement d'une extrémité de la vis à 1' autre .

Bien qu'ici, la résistance de la vis augmente ou diminue entre l'entrée de l'enceinte et la sortie de l'enceinte, la vis pourra comporter au moins une portion de résistance moins importante (ou plus importante) que les deux portions l'encadrant.

Bien qu' ici la résistance de la vis soit modifiée le long de l'axe géométrique X en jouant sur la hauteur de spires de chaque portion, on pourra jouer sur d'autres paramètres. Par exemple, la vis peut comporter des spires qui présentent des sections distinctes d'une portion à une autre, des épaisseurs distinctes, des épaisseurs et des hauteurs distinctes, des longueurs distinctes. Les portions pourront être de longueurs différentes. Les portions pourront être de matériaux différents. Les portions pourront avoir un pas de spires différent. Les masses des portions pourront être différentes. Bien entendu, on pourra jouer sur différents paramètres en même temps pour modifier la résistance électrique de la vis le long de l'axe géométrique X.

La définition de la vis pourra également être liée à d'autres paramètres supplémentaires que la résistance électrique de la vis.

Par exemple, la définition de la vis pourra prendre en considération le fait que le volume du produit à traiter ne varie pas ou peu dans l'enceinte (pour une simple pasteurisation d'un produit par exemple) ou que le volume du produit à traiter varie dans l'enceinte (pour une pyrolyse de produits comme des biomasses il peut y avoir une formation de gaz qui modifie le volume de la biomasse) .

On rappelle que le volume interstitiel est défini par la formule : yMent aei = Sm * (P - e)> _avec ^m surface mouillée ou surface de la spire en contact avec le produit, cette surface étant proportion ^¬ nelle à la hauteur effective de produit entre chaque spire,

e épaisseur de la spire, et

P le pas de la vis.

Dans le cas où le produit ne subit pas ou peu de variation de volume, le volume interstitiel entre les spires est de préférence maintenu constant tout le long de l'axe géométrique X. On jouera par exemple alors sur l'épaisseur des spires en maintenant la hauteur des spires constante pour faire varier la résistance de la vis le long de l'axe géométrique X, le pas de la vis étant légèrement ajusté pour garder le volume interstitiel constant .

Dans le cas où le produit subit une variation de volume, le taux de remplissage de la vis diminue entre l'entrée de l'enceinte et la sortie de l'enceinte. Selon un mode de réalisation privilégié, le volume interstitiel de la vis est alors diminué entre l'entrée de l'enceinte et la sortie de l'enceinte pour conserver un même taux de remplissage le long de l'axe géométrique X de la vis. Par exemple, il est possible de jouer sur l'épaisseur e de la spire et sur le pas P de la vis tout en maintenant la hauteur h de la spire constante pour à la fois faire varier la résistance de la vis et le volume interstitiel.

La définition de la vis pourra également prendre en considération la valeur de la surface d'échange entre le produit et la vis. De préférence, on cherchera à ten ^¬ ter de maximiser ladite surface d'échange en ayant le pas P de la vis le plus faible possible, la hauteur h de la spire la plus importante possible et le taux de remplis ^¬ sage de la vis le plus important possible.

Dans tous les cas, lors de la définition de la vis pour faire varier la résistance électrique de la vis le long de l'axe géométrique X, on s'assurera que les pa ^¬ ramètres géométriques des spires (section, hauteur, épaisseur ...) et de la vis (pas, longueur, diamètre ...) re ^¬ tenus définissent une résistance mécanique de la vis suf ^¬ fisante pour le convoyage du produit considéré.