Domaine technique

[0001] La présente invention concerne un système de broyage sous vide en ligne comportant une pluralité d'éléments connectés en série, dont une chambre d'entrée, adjacente à l'entrée du système, une chambre de broyage, agencée en aval de la chambre d'entrée et une chambre de sortie, en aval de la chambre de broyage, chaque élément étant susceptible d'être connecté en liaison fluidique à une pompe à vide. L'invention concerne également le procédé de broyage correspondant.

[0002] L'invention concerne plus particulièrement un système et un procédé de broyage sous vide adapté pour des processus de transformation des poudres.

Etat de la technique

[0003] La demande de brevet WO 08/001854 propose un dispositif de broyage ayant une efficacité de broyage améliorée réalisée par la réduction du courant d'air causé par la rotation des corps roulants. Le dispositif broie des objets en les comprimant par les corps roulants, et dans le dispositif, une pompe à vide est raccordée sur un espace de broyage pour broyer les objets, les objets étant broyés dans un environnement sous vide.

[0004] Le document JP 619821 1 décrit un broyeur utilisant une pompe à vide afin de réaliser un broyage sous vide. La pompe à vide est reliée au corps principal afin de réaliser le broyage. Un sac filtre pour séparer l'air et les particules fines n'est pas nécessaire. Lorsque l'air est bien évacué, une matière première est finement broyée dans son ensemble.

[0005] Le document FR 2628007 concerne un broyeur à percussion sous vide. Le broyeur comprend une cuve délimitant une chambre à pression réduite munie d'un raccord de liaison avec des moyens d'aspiration, une roue à axe vertical de projection du matériau à grande vitesse par force centrifuge placée dans la chambre et munie d'un moteur d'entraînement en rotation, d'un dispositif d'alimentation de la chambre en fragments du matériau à broyer, débouchant au-dessus de la roue, une cible destinée à recevoir l'impact des fragments du matériau et des moyens d'évacuation du matériau broyé recueilli au fond de l'enceinte. La cible est constituée de fragments du matériau à broyer. Le broyeur est notamment utilisable pour le traitement des minerais à faible teneur. [0006] Le document EP 0218790 concerne un procédé et dispositif pour le broyage sous vide continu. Il comprend au moins un corps déplaçable pour former une chambre à l'intérieur dudit moyen de pompage qui peut être fermé à l'air ambiant, un moyen pour remplir la chambre de viande, des moyens mécaniques pour fermer la chambre remplie de viande à l'air ambiant et pour isoler ladite chambre de ladite plaque de broyage, et des moyens pour éliminer l'air piégé à l'intérieur de la chambre fermée remplie de viande.

[0007] Tous ces dispositifs permettent un broyage sous vide soit continu soit poussé, cependant, aucun ne permet de cumuler les deux. La mise sous vide est une condition requise pour garantir la qualité du broyage, le respect de l'intégrité de la matière à broyer, notamment dans le domaine alimentaire et pharmaceutique. Les conditions de vide mises en place dans les dispositifs précités, dans la mesure où il n'y a jamais cumul de vide continu et poussé, conduisent à une oxydation (limitée mais effective) de la matière à broyer et donc à une altération de ses qualités essentielles.

[0008] Pour pallier ces différents inconvénients, l'invention prévoit différents moyens techniques. Bref résumé de l'invention

[0009] Un premier objet de l'invention consiste à prévoir un système de broyage dans lequel les matières à broyer sont placées en condition de vide poussé de manière continue durant toute la durée de l'opération de broyage. [0010] Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un système de broyage sous vide continu et poussé, c'est-à-dire un vide tel que la concentration en oxygène est égale ou inférieure à 10%, par exemple entre 1 % et 10%.

[0011] Pour ce faire, l'invention prévoit un système de broyage sous vide (en ligne) comportant une pluralité d'éléments connectés en série, lesdits éléments comprenant:

une chambre d'entrée adjacente à l'entrée du système, susceptible d'être connectée en liaison fluidique à une pompe à vide;

une chambre de broyage, agencée en aval de chambre d'entrée, susceptible d'être connectée en liaison fluidique à une pompe à vide; et une chambre de sortie, en aval de la chambre de broyage et adjacente à la sortie du système, également susceptible d'être connectée en liaison fluidique à une pompe à vide.

[0012] Selon une telle architecture en série, le broyeur permet un broyage en condition de vide poussé et continu grâce à une séparation étanche des différentes chambres et une connexion à la pompe à vide possible en plusieurs endroits donc à différents degrés d'avancement de la procédure de broyage. La qualité de la matière première est ainsi préservée. Le système de broyage de l'invention permet également le respect de l'intégrité des personnes (opérateurs) et des équipements dans le cas des produits explosifs. En effet, le broyage sous vide permet de broyer des produits potentiellement explosifs avec bien moins de risque que lorsque ces produits sont broyés en présence d'oxygène. Dans ce cas, l'utilisation de gaz inertes n'est pas nécessaire. Le système de broyage de l'invention permet également de minimiser l'échauffement lors du broyage et permet également une réduction du bruit, en comparaison avec un broyage conventionnel réalisé dans des conditions atmosphériques normales.

[0013] Selon un mode de réalisation avantageux, la chambre d'entrée peut être isolée soit de l'entrée du système soit de la chambre de broyage soit des deux simultanément. La chambre de broyage peut, elle, être isolée soit de la chambre d'entrée soit de la chambre de sortie soit des deux simultanément. La chambre de sortie, quant à elle, peut être isolée soit de la chambre de broyage soit de la sortie du système, soit des deux

simultanément.

[0014] Selon un autre mode de réalisation avantageux, le système de broyage sous vide comprend une chambre de broyage qui comporte un broyeur.

[0015] Selon un autre mode de réalisation avantageux, le système de broyage comporte une pluralité de vannes de contrôle de flux de matière agencées entre chacune des chambres, entre l'entrée du système et la chambre d'entrée, entre la chambre de sortie et la sortie du système. [0016] De manière avantageuse, chacune des chambres comporte une sortie d'extraction pour connexion fluidique à une pompe à vide.

[0017] Egalement de manière avantageuse, les sorties d'extractions sont pourvues de vannes de contrôle de pompage sous vide.

[0018] Selon encore un autre mode de réalisation, la chambre d'entrée ou la chambre de broyage comporte un doseur de la quantité de matière à broyer. [0019] L'invention prévoit en outre un procédé de broyage sous vide pour le système de broyage sous vide comprenant les étapes consistant à:

ouvrir la vanne de contrôle de flux de matière d'entrée pour procéder à l'admission de la matière à broyer dans la chambre d'entrée;

après admission de la matière à broyer dans la chambre d'entrée, fermer la vanne de contrôle de flux d'entrée;

(ouverture de la vanne d'extraction de la chambre d'entrée) établir une connexion fluidique entre la chambre d'entrée et une pompe à vide et effectuer une mise sous vide de la chambre d'entrée;

ouvrir la vanne de contrôle de flux pré-broyage pour alimenter la chambre de broyage en matière à broyer;

après admission de la matière à broyer dans la chambre de broyage, fermer la vanne de contrôle de flux de broyage;

broyer la matière à l'aide du broyeur;

ouvrir la vanne de contrôle de flux post-broyage pour assurer le passage de la matière broyée dans la chambre de sortie;

fermer la vanne de contrôle de flux post-broyage;

réduire ou arrêter la mise sous vide de la chambre de sortie;

attendre que la pression au niveau de la chambre de sortie atteigne un seuil prédéterminé de sortie; et

ouvrir la vanne de contrôle de flux de sortie pour effectuer le passage de la matière broyée de la chambre de sortie vers la sortie du système de broyage.

[0020] Selon encore une autre variante de réalisation, le procédé de broyage comprend une étape préalable consistant à fermer l'ensemble des vannes de flux de matière et effectuer une mise sous vide au moins partiel de chacune des chambres du système de broyage avant d'amorcer l'étape d'ouvrir la vanne de contrôle de flux. [0021] Selon encore une autre variante de réalisation, l'étape de broyage est précédée par une étape de dosage de la quantité de matière à admettre au niveau du broyeur.

Brève description des figures

[0022] Des exemples de mise en œuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles :

la figure 1 est une vue schématique du dispositif dans son ensemble selon l'invention;

la figure 2 est un organigramme représentant les différentes étapes du procédé de broyage;

la figure 3 comprend une séquence générale de fonctionnement du système de broyage, selon un mode de réalisation;

la figure 4 montre une séquence des étapes de l'entrée de la matière jusqu'à la chambre de broyage, selon un mode de réalisation;

la figure 5 montre la séquence des étapes de broyage, selon un mode de réalisation; et

la figure 6 montre la séquence des étapes après les étapes de broyage, selon un mode de réalisation.

Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention

[0023] La figure 1 illustre un mode de réalisation dans lequel le système de broyage est présenté de façon schématique. La chambre d'entrée 2 est pourvue d'une vanne de contrôle de flux de matière 5 étanche, assurant une isolation parfaitement hermétique de ladite chambre par rapport à l'entrée du système.

[0024] Cette chambre peut également être connectée à une pompe à vide 20 via une sortie d'extraction 9, ce qui permet de placer la chambre en question sous vide. La chambre de broyage 3 comporte un broyeur 12. Elle est également pourvue d'une sortie d'extraction 10 pour connexion fluidique à une pompe à vide 20 et d'une vanne de contrôle de flux de broyage 6 étanche, permettant de placer ladite chambre de broyage sous vide, à une pression sensiblement similaire à celle de la chambre 2, garantissant ainsi le maintien de la matière à broyer en condition de vide poussé continu lors de son passage d'une chambre à l'autre. La sortie d'extraction 10 est actionnée par un actuateur de vanne 14 basé sur une actuation de type pneumatique, électrique, manuel, ou autre. Un régulateur de débit (ou doseur) 13 permet de contrôler la quantité de matière transmise à la chambre de broyage. Le régulateur de débit 13 permet en outre de fluidifier la matière à broyer et donc de fluidiser le flux de la matière à broyer entrant dans la chambre de broyage 3.

[0025] Il est ainsi possible de s'assurer que seule une quantité

raisonnable de matière est transmise au broyeur, garantissant ainsi un broyage de qualité et évitant toute obstruction du broyeur 12. La chambre de sortie 4 est pourvue de deux vannes de contrôle de flux de matière, l'une 7 en amont, l'autre 8 en aval ainsi que d'une sortie d'extraction 1 1 pour connexion fluidique à pompe à vide 20 permettant d'accueillir la matière broyée dans des conditions de vide similaires à celles de la chambre de broyage 3, assurant ainsi la continuité du vide poussé dans le système. La sortie d'extraction 1 1 peut également être actionnée par un actuateur de vanne 14.

[0026] Ce système permet également de réduire la mise sous vide de ladite chambre de sortie 4 afin d'atteindre un seuil prédéterminé adapté à la sortie de la matière broyée du système, sortie contrôlable au moyen de la vanne de contrôle de flux de sortie 8.

[0027] Dans un mode de réalisation, le vide poussé correspond à un vide résultant dans une concentration en oxygène qui est égale ou inférieure à 10%, par exemple entre 1 % et 10%. Par rapport au niveau de la mer, où l'atmosphère est constituée de 20.8% d'oxygène à une pression absolue de 1.013 bar, il faut atteindre une valeur plus petite ou égale à 7% (ce qui correspond à une pression plus petite ou égale à 0.34 bar absolue). La mesure du contenu en oxygène peut être réalisée à l'aide d'une mesure de la pression (respectivement de la dépression) dans chacune des chambres d'entrée 2, de broyage 3 et de sortie 4. La mesure de la pression est liée directement à la concentration en oxygène dans la chambre 2, 3, 4 et permet un temps de réponse de la mesure du % d'oxygène plus court, par exemple, qu'une mesure de la concentration en oxygène basée sur une réaction chimique.

[0028] Dans une variante, le système de broyage sous vide 1 comprend un second régulateur de débit 13' disposée dans, ou après, la chambre de sortie 4 et permettant de contrôler la quantité de matière broyée sortant de la chambre de sortie 4. Le second régulateur de débit 13' peut également être relié à la vanne de contrôle de flux de sortie 8 de manière à doser des quantités déterminées de matière broyée. Encore dans une variante, le second régulateur de débit 13' et/ou la vanne de contrôle de flux de sortie 8 peuvent être reliés à une balance (non représentée) de sorte à doser la matière broyée selon des valeurs de poids de consignes.

[0029] La figure 2 illustre les principales étapes d'un procédé de broyage pour système de broyage sous vide 1 selon l'invention. À l'étape 100, il est procédé à une mise sous vide des différentes chambres 2, 3, 4 du système.

[0030] À l'étape 101 s'opère l'ouverture de la vanne de contrôle 5 de flux de matière d'entrée afin d'accueillir la matière à broyer dans la chambre d'entrée 2. L'étape 102 consiste en la fermeture de la vanne de contrôle 5 de flux de matière d'entrée suite à l'admission de la matière dans la chambre d'entrée 2.

[0031] À l'étape 103 la chambre d'entrée 2 est mise sous vide. Cette mise sous vide permet d'évacuer l'air entré au moment de l'admission de la matière à broyer dans la chambre d'entrée 2. Cette phase est importante pour garantir que le vide de la chambre de broyage 3 ne soit pas affecté. [0032] À l'étape 104 s'opère l'ouverture de la vanne 6 alimentant la chambre de broyage 3 afin de permettre la transmission de la matière à broyer de la chambre d'entrée 2 vers le broyeur 12. L'étape 105 concerne la fermeture de ladite vanne 6 alimentant la chambre de broyage 3 après passage de la matière.

[0033] À l'étape 106, le broyage de la matière s'effectue dans le broyeur 12. L'étape 107 consiste en l'ouverture de la vanne 7 post-broyage afin de permettre le passage de la matière broyée de la chambre de broyage 3 dans la chambre de sortie 4. [0034] L'étape 108 consiste en la fermeture de la vanne 7 post-broyage. À l'étape 109 il est procédé à une réduction de la mise sous vide de la chambre de sortie 4 pour éviter qu'un différentiel de pression ne vienne perturber le flux de matière de la chambre de sortie 4 vers la sortie du système, ou qu'un reflux ne survienne. [0035] Enfin, l'étape 1 10 est caractérisée par l'ouverture de la vanne 8 de flux de sortie afin de permettre la sortie de la matière broyée résultant du procédé.

[0036] Lors de l'ouverture de la vanne 6 alimentant la chambre de broyage 3 (étape 4), la matière à broyer est transmise de la chambre d'entrée 2, vers l'entrée 3' de la chambre de broyage 3. Pendant l'étape de broyage (étape 106), la matière est broyée dans le broyeur 12 et la matière broyée s'écoule vers la sortie 3" de la chambre de broyage 3.

[0037] Les étapes de 100 à 1 10 du procédé de broyage peuvent être répétées de manière à fournir de la matière broyée en continue. [0038] Selon une forme d'exécution, le procédé de broyage comprend de répéter les étapes: d'ouverture de la vanne de contrôle 5 de flux de matière d'entrée afin d'accueillir de la matière à broyer dans la chambre d'entrée 2 (étape

101) ;

de fermeture de la vanne de contrôle 5 de flux de matière d'entrée suite à l'admission de la matière dans la chambre d'entrée 2 (étape

102) ;

de mise sous vide de la chambre d'entrée 2 (étape 103); d'ouverture de la vanne 6 alimentant la chambre de broyage 3 (étape 104);

et de fermeture de ladite vanne 6 (étape 105);

avant que la matière à broyer précédemment introduite dans la chambre de broyage 3 n'ait été complètement broyée (étape 106).

[0039] Dans cette forme d'exécution, de la nouvelle matière à broyer est donc transmise de la chambre d'entrée 2 à la chambre de broyage 3 avant que la matière à broyer précédemment introduite dans la chambre de broyage 3 n'ait été complètement broyée. La chambre d'entrée 2 (c'est-à- dire le volume compris entre la vanne 5 de contrôle de flux de matière d'entré et la vanne 6 alimentant la chambre de broyage) sert alors de zone tampon pour la nouvelle matière à broyer destinée à être reçue dans la chambre de broyage 3. La sortie 3" (c'est-à-dire le volume compris entre le broyeur 12 et la vanne 7de contrôle de flux post-broyage) sert également de zone tampon pour la matière broyée.

[0040] Le flux de matière et le flux de broyage (ou vitesse de broyage) ainsi que la quantité de matière à broyer reçue dans la chambre d'entrée 2 peuvent être ajustés de manière à ce que le procédé de broyage fonctionne en continue, c'est-à-dire, que le système de broyage sous vide 1 peut fournir de la matière broyée en continue.

[0041] Les Figures et leurs descriptions faites ci-dessus illustrent l'invention plutôt qu'elles ne la limitent. En particulier, l'invention et ses différentes variantes viennent d'être décrites en relation avec un exemple particulier comportant un système de broyage sensiblement en ligne.

[0042] Néanmoins, il est évident pour un homme du métier que l'invention peut être étendue à d'autres modes de réalisation dans lesquels en variantes, on prévoit un système de broyage en forme de « U », de « L » etc.

[0043] En variante le système de broyage 1 comporte deux chambres de de broyage 3 en série afin d'assurer une qualité sensiblement constante et durable. [0044] Encore dans un mode de réalisation, le système de broyage 1 comprend un ou plusieurs capteurs de niveau qui ont pour but de signaler la présence ou non de la matière à broyer, ou de la matière broyée, dans l'une des chambres 2, 3, 4. A cette fin, le capteur peut être un capteur de mesure de niveau radar, ultrason, capacitif ou radiométrique. [0045] Dans une configuration du système de broyage 1 , un premier capteur de niveau 31 est compris entre la chambre d'entrée 2 et la chambre de broyage 3 et un second capteur de niveau 32 est compris entre la chambre de broyage 3 et la chambre de sortie 4. Le signalement provenant du premier capteur de niveau 31 causera l'établissement de la connexion fluidique entre la chambre d'entrée 2 et la chambre de broyage 3 (par la mise en fonction de la vanne 6 alimentant la chambre de broyage), en absence de matière. En présence de matière, le signalement provenant du premier capteur de niveau 31 causera l'interruption de la connexion fluidique entre la chambre d'entrée 2 et la chambre de broyage 3 (par l'arrêt de la vanne 6 alimentant la chambre de broyage). De façon similaire, le signalement provenant du second capteur de niveau 32 causera l'établissement de la connexion fluidique entre la chambre de broyage 3 et la chambre 4 (par la mise en fonction de la vanne 7 de contrôle de flux post-broyage) et l'interruption de la connexion fluidique entre la chambre de broyage 3 et la chambre 4 (par l'arrêt de la vanne 7 de contrôle de flux post-broyage), respectivement en absence et en présence de matière. De la sorte, le système de broyage 1 peut être complètement automatisé.

[0046] Dans une configuration préférée, le premier capteur de niveau comprend un capteur 31 en haut et en bas de la zone d'accumulation entre la chambre d'entrée 2 et la chambre de broyage 3. Le second capteur de niveau comprend un capteur 32 en haut et en bas de la zone

d'accumulation entre la chambre de broyage 3 et la chambre de sortie 4. Par exemple, le premier capteur 31 peut être disposé à la sortie de la chambre d'entrée 2 (en allant vers le bas dans la figure 1), après la vanne de contrôle de flux de broyage 6 et à l'entrée de la chambre de broyage 3, avant le régulateur de débit 13. Le second capteur 32 peut être disposé à la sortie de la chambre de broyage 3 et à l'entrée de la chambre de sortie 4, avant la vanne 7 de contrôle de flux post-broyage.

[0047] Les figures 3 à 6 montrent des algorithmes comprenant des séquences d'étapes automatiques de fonctionnement du système de broyage 1 selon un mode de réalisation. En particulier, la figure 3 comprend une séquence générale de fonctionnement du système de broyage 1. Le système de broyage 1 initialement au repos (S100) est démarré par l'ouverture de la vanne alimentant la chambre de broyage 6 (vanne extraction moulin, S101), suivi par le démarrage de la pompe à vide 20 (S102) et de l'autorisation de marche (S103).

[0048] La figure 4 montre la séquence des étapes de l'entrée de la matière jusqu'à la chambre de broyage. C'est-à-dire, après le repos (S200), les étapes comprenant l'ouverture de la vanne de contrôle de flux de matière d'entré (vanne d'entrée sas 1 , S201) et sa fermeture (S202) après remplissage de la matière dans la chambre d'entrée 2; la mise sous vide de la chambre d'entrée 2 (mise sous vide sas 1 , S203); l'ouverture de la vanne alimentant la chambre de broyage 6 (vanne sortie sas 1 , S205) après un certain temps (attente demande produit, S204) vidant la chambre d'entrée 2 de la matière (vidange sas 1, S206); et la fermeture de la vanne

alimentant la chambre de broyage 6 (vanne sortie sas 1 , S207). L'étape S208 correspond à la fin de cette séquence, une fois que la chambre d'entrée 2 est vide de matière.

[0049] La figure 5 montre la séquence des étapes de broyage et, en particulier: le démarrage du broyeur (démarrage du moteur du moulin, S301) après l'étape de repos (S300); la mise en marche du doseur 13 (S302); l'étape de broyage (S303); l'arrêt du doseur 13 (S304); l'arrêt du broyeur (S305); et la fermeture de la vanne de contrôle de flux post-broyage 7 (vanne extraction moulin) et arrêt de la pompe à vide 20 (S306).

[0050] La figure 6 montre la séquence des étapes de, après le repos (S400), mise sous vide de la chambre de sortie 4 (mise sous vide du sas 3, S401); une étape d'attente avant la sortie de la matière broyée de la chambre de broyage 3 (attente demande éjection, S402); l'ouverture de la vanne de contrôle de flux post-broyage 7 (vanne entrée sas 3, S403);

l'extraction de la matière broyée de la chambre de broyage 3 (vidange sas 3, S405); l'ouverture de la vanne de contrôle de flux de sortie 8 (ouverture vanne sortie sas 3, S406); l'extraction de la matière broyée de la chambre de sortie 4 (vidange tampon 3, S407); et la fermeture de la vanne de contrôle de flux de sortie 8 (fermeture vanne sortie sas 3, S408).

[0051] Les signes de références dans les revendications n'ont aucun caractère limitatif. Les verbes "comprendre " et "comporter" n'excluent pas la présence d'autres éléments que ceux listés dans les revendications. Le mot " un " précédant un élément n'exclue pas la présence d'une pluralité de tels éléments.

Numéros de référence employés sur les figures

1 système de broyage sous vide

2 chambre d'entrée

3 chambre de broyage

3' entrée de la chambre de broyage

3" sortie de la chambre de broyage

4 chambre de sortie

5 vanne de contrôle de flux de matière d'entré

6 vanne alimentant la chambre de broyage

7 vanne de contrôle de flux post-broyage

8 vanne de contrôle de flux de sortie

9, 10, 1 1 sortie d'extraction

12 broyeur

13 régulateur de débit, doseur

13' second régulateur de débit, second doseur

14 actuateur de la vanne

20 pompe à vide

31 premier capteur de niveau

32 second capteur de niveau