FR2831183A1 - Methaniseur tropical evolutif - Google Patents

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Abstract

Le méthaniseur tropical évolutif (400) est un dispositif de production de gaz combustibles (Bio gaz) et de traitement des matières fermentescibles en anaérobie. Il est caractérisé par les éléments et dispositifs suivant : la cloche (22), le réservoir (1), le couvercle (21), de trois vannes (V1), (V2), (V3), d'un système de contrôle du niveau de remplissage (500) du réservoir (1), d'un système de brassage (100) et d'un système auto-stockeur (200) du bio gaz. Il peut être réutilisé comme un dispositif de stockage annexe (300) (d'eau potable, agricole ou autres matières... ). Le méthaniseur tropical évolutif (400) permet de remédier aux inconvénients suivants : stockage du bio gaz à pression atmosphérique normale, brassage des matières fermentescibles, maintenance importante, transport, mise en oeuvre. Ce méthaniseur peut être utilisé à des fins industrielles, pour produire du (Bio gaz) et pour le traitement des matières fermentescibles en anaérobie (la part fermentescible des ordures ménagères, déchets verts, boues de stations d'épurations, restes alimentaires... ).

Description

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Description
La présente invention, concerne un nouveau type de méthaniseur réalisé en PEHD (Polyéthylène Haute Densité) ou autre, par rotomoulage et éventuellement toutes autres techniques capables de façonner les plastiques. Ce dispositif permet de produire le Bio gaz en traitant et en valorisant les matières fermentescibles en anaérobie.
Ce méthaniseur a quelques particularités, en effet il est doté : d'un dispositif d'auto stockage du Bio-Gaz, d'un brassage mécanique des matières fermentescibles et d'un dispositif de contrôle de niveau de remplissage du réservoir. Il est innovant et peut changer de fonction, tantôt il est utilisé comme un méthaniseur ou comme moyen de stockage (citerne d'eau potable, ou autres matières...).
Le Bio-gaz, étant un mélange gazeux volumineux à pression atmosphérique normale, son stockage demeure un problème majeur. Les méthaniseurs industriels nécessitent un entretien important notamment à cause de l'oxydation de leur structure métallique. Traditionnellement les méthaniseurs n'ont pas un concept évolutif, ils ne sont utilisés que pour le traitement en anaérobie des matières fermentescibles, ils n'ont pas d'autres fonctions. Le brassage des matières fermentescibles est nécessaire pour une meilleure homogénéisation et est habituellement effectué par reinjection de bio-gaz en surpression dans les méthaniseurs ou par brassage mécanique, qui engendrent des problèmes d'étanchéités.
Le nouveau type de méthaniseur permet de remédier aux inconvénients précédents. Etant conçu en PEHD, matière plastique très stable, il nécessite peu d'entretien d'où ce choix.
Le stockage du mélange gazeux appelé le bio-gaz demeure un problème majeur, c'est la raison pour laquelle nous avons opté pour un système autostockeur (pas besoin de gazomètre annexe). Le Bio-Gaz produit par fermentation anaérobie pousse la cloche qui est placée dans le réservoir vers le haut. Une fois la cloche arrivée à son maximum de stockage, le bio-gaz qui est stocké doit être utilisé. Sous le poids de la cloche le bio-gaz s'échappe par la vanne et au fur et à mesure la cloche placée dans le réservoir coulisse vers le bas.
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Le concept évolutif de ce méthaniseur lui permet d'avoir une autre fonction comparativement aux autres méthaniseurs. En ajoutant le couvercle sur le réservoir, on obtient une citerne de stockage (d'eau potable, agricole ou autres contenus). Nous avons utilisé le PEHD (Polyéthylène Haute Densité) car il possède une autre propriété c'est un plastique de qualité alimentaire.
Le dispositif de brassage mécanique est réalisé par l'assemblage de tuyaux en plastiques (P. V. C, PEHD...), il permet un brassage homogène de toutes sortes de matières fermentescibles. En faisant tourner la cloche manuellement dans le sens horaire ou anti-horaire, l'ensemble des tuyaux de brassage est entraîné en rotation.
Le dispositif de contrôle du niveau de remplissage du réservoir est caractérisé par deux éléments, un raccord en T et un tuyau en PVC (ou d'autre matière). Il est basé sur le principe des vases communicants. Le tuyau en PVC (ou d'autre matière) peut être translucide et gradué.
Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente : en coupe le réservoir (1), l'un des principaux éléments du méthaniseur tropical évolutif (400).
La figure 2 représente : le réservoir (1) vue en coupe suivant A-A.
La figure 3 représente : le réservoir (1) vue de dessus.
La figure 4 représente : le réservoir (1) vue de face.
La figure 5 représente : le couvercle (21) vue en coupe suivant E-E, l'un des principaux éléments du méthaniseur tropical évolutif (400).
La figure 6 représente : le couvercle (21) en vue de dessous (coté ouvert).
La figure 7 représente : le couvercle (21) en vue de dessus.
La figure 8 représente : la cloche (22) vue de dessus, l'un des principaux éléments du méthaniseur tropical évolutif (400).
La figure 9 représente : la cloche (22) vue en coupe suivant B-B.
La figure 10 représente : la cloche (22) vue en plusieurs coupes partielles suivant
C-C et notamment l'ouverture (25) vue suivant F.
La figure 11 représente : la cloche (22) vue de dessous avec ses quatre formes spéciales obtenues après cuisson, par découpe.
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La figure 12 représente : le dispositif de contrôle de niveau de remplissage (500) du réservoir (1).
La figure 13 représente : le système de brassage (100) (la partie haute), sans les accessoires optionnels.
La figure 14 représente : le système de brassage (100) vu en coupe suivant D-D, sans les accessoires optionnels.
La figure 15 représente : la partie basse du système de brassage (100) (sans les accessoires optionnels).
La figure 16 représente : le Méthaniseur Tropical Evolutif (400) avec sa cloche (21) à mi-course.
La figure 17 représente : la citerne de stockage (300).
La figure 18 représente : le dispositif auto-stockeur (200) du bio gaz.
Les trois principaux éléments fabriqués par rotomoulage ou autres procédés sont :
La cloche (22) est un cylindre régulier lisse, légèrement bombé en partie haute voir formes (34) (35). La partie basse a un fond bombé rentrant, qui a fait l'objet d'une découpe particulière après cuisson, voir formes spéciales (30) (31) (32) (33). En partie haute de la cloche (22), il y a : trois inserts écrous borgnes (27) (28) (29) placés à 120 l'un de l'autre, un orifice fileté (23) qui est centré sur le haut de cloche (22) dans lequel est vissée une vanne (V3). D'un bouchon (24) qui facilite le montage ou le démontage de la cloche (22) par mise à pression atmosphérique. La cloche (22) est aussi munie, de deux ouvertures (25) (26) diamétralement opposés, ces ouvertures permettent une descente maximale de la cloche (22) dans le réservoir (1), réduisant ainsi au maximum le volume d'air emprisonné entre la surface du liquide et le sommet de la cloche pour une sécurité maximum. Les trois inserts écrous borgnes (27) (28) (29), placés à 120 sur le haut de la cloche (22) serviront de point d'encrage lors de manutention. Entre la cloche (22) et la vanne (V3) il y a une liaison encastrement.
Le réservoir (1) est un cylindre régulier ouvert en partie haute, légèrement arrondi aux extrémités voir (6) (7) et (8) (9). A mi-distance de la partie haute, le réservoir (1) est muni d'un anneau de manutention (90) perforé par quatre trous (2) (3) (4) (5) placés en périmétrie à 90 . Les trous filetés (10), (11), permettent le vissage de vannes (VI) (V2) non représentées , les deux trous filetés (10), (11) sont coaxiaux, diamétralement opposés et sont positionnés en partie basse du réservoir (1). Les deux raidisseurs (RI) et (R2) sont positionnés sur le fond du réservoir (1). Entre la cloche (22) et le réservoir (1) il y a une liaison Pivot
Glissant. Entre le réservoir (1) et les deux vannes (Vl) (V2), il y a deux liaisons encastrement.
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Le couvercle (21) est un cylindre régulier simple, ouvert d'un coté et légèrement arrondi aux extrémités voir (12) (13) et (19) (20). H doit pouvoir s'emboîter avec un jeu minimum sur le réservoir (1). Son fond extérieur est plat car il doit aussi pouvoir servir de bassin de lagunage au sol, à cet effet le couvercle (21) sera muni de deux trous (17) (18). Les trois inserts écrous (14) (15) (16) sont placés à 120 l'un de l'autre sur le fond intérieur du couvercle (21), à environ 100 millimètres du bord. Les deux raidisseurs (R3) et (R4) sont positionnés sur le fond intérieur du couvercle (21). Entre le couvercle (21) et le réservoir (1), il y a une liaison pivot glissant. Autres utilisations possible du couvercle (21) : récipient à usages multiples.
Le Méthaniseur Tropical Evolutif (MTE) (400), est agrémenté de divers dispositifs. Ces dispositifs permettent de contrôler le niveau de remplissage du réservoir (1), de brasser les matières fermentescibles, de stocker de manière temporaire le Bio gaz, de moduler la fonction de ce méthaniseur en citerne de stockage (d'eau potable, agricole ou autres contenus).
Un dispositif de contrôle du niveau de remplissage (500) du réservoir (1), utilisant le principe de vase communicant. Il permet, de savoir par un simple contrôle visuel, quand le chargement du réservoir (1) doit être arrêté. Ce dispositif de contrôle visuel, est caractérisé par deux éléments : un raccord en Té (35) et un tuyau en PVC (36) (ou autres matières). Le raccord en Té (35) et le tuyau en PVC (36) sont en liaison encastrement. Le tuyau (36) peut être translucide et gradué.
Un dispositif de brassage (100) des matières fermentescibles, qui est caractérisé par un ensemble de tuyaux en plastiques (en P. V. C, PEHD...), il permet un brassage homogène de toutes sortes de matières fermentescibles. En faisant tourner la cloche (22) manuellement dans le sens horaire ou anti-horaire, le dispositif de brassage (100) est entraîné en rotation et la matière fermentescible est mélangée. Ce dispositif de brassage (100) est en liaison glissière avec la cloche (22) et en liaison plan avec le fond du réservoir (1). Par la suite le dispositif de brassage (100) peut être doté d'une ou plusieurs pales, hélices positionnées sur l'axe central, ces hélices éviteront la formation de croûtes, faciliteront la remontée du bio gaz et le brassage des matières en suspension et en décantation. Ce dispositif pourra être lesté afin de maintenir une liaison plan avec le réservoir.
Un dispositif de stockage tampon (200) du Bio-Gaz est caractérisé par l'association d'une cloche (22) elle fait office de gazomètre , du réservoir (1) et de trois vannes (VI) (V2) (V3). Le chargement s'effectue jusqu'à un certain niveau et le déchargement des matières fermentescibles s'effectue en partie basse du réservoir (1) plus précisément par les trous filetés (10) (11). Sous l'action du BioGaz produit par fermentation anaérobie, la cloche (22) située dans le réservoir (1) coulisse vers le haut.
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Quand la vanne (V3) est fermée, la cloche (22) monte et arrive en butée à son maximum de stockage, le Bio-Gaz y est stocké de manière temporaire. Maintenant en ouvrant la vanne (V3) le Bio-Gaz peut être utilisé, sous le poids de la cloche (22) le bio-gaz s'échappe par la vanne (V3) et petit à petit la cloche (22) placée dans le réservoir (1) coulisse vers le bas. Entre la cloche (22) et le réservoir (1), il y a une liaison pivot glissant. Entre la cloche (22) et la vanne (V3) il y a une liaison encastrement.
Le méthaniseur tropical évolutif (MTE) (400), est utilisé pour produire du gaz combustible (Bio gaz) en traitant les matières fermentescibles en anaérobie. Le concept modulaire de ce Méthaniseur Tropical Evolutif (MTE) est innovant. En effet ce concept, lui permet de changer de fonction et d'évoluer vers un dispositif de stockage d'eau potable (300), agricole ou autres contenus.
Ce dispositif de stockage d'eau potable (300), agricole ou autres contenus est réalisé à partir du couvercle (21) qui est positionné sur le réservoir (1), en additionnant d'autres éléments, par exemples : filtre à eau, surpresseur (éléments non représentés), on obtient une citerne de stockage (300). Le réservoir (1) et couvercle (21) sont en liaison pivot glissant.
Le réservoir (1), la cloche (22) et le couvercle (21) sont réalisés en PEHD (Polyéthylène Haute Densité) ou autres plastiques de qualité alimentaire stable.
A titre d'exemple non limitatif, la cloche (22) aura des dimensions de l'ordre de 1962 mm pour le diamètre nominal intérieur et 1974 mm pour le diamètre extérieur. Sa hauteur totale sera de 1740 mm et son épaisseur sera de 7mm.
Autre exemple non limitatif, le réservoir (1) aura des dimensions de l'ordre de 2000 mm pour le diamètre nominal intérieur et 2018 mm pour le diamètre extérieur. Sa hauteur totale sera de 1750 mm et son épaisseur sera de 9 mm.
Dimensions non limitatives, le couvercle (21) aura des dimensions de l'ordre de 2030 mm pour le diamètre nominal intérieur et 2044 mm pour le diamètre extérieur. Sa hauteur totale sera de 800 mm et son épaisseur sera de 7 mm.
Les cotes de fabrication en rotomoulage pour le réservoir (1), la cloche (22) et le couvercle (21) ont une tolérance de : J : 4 millimètres.
Ces dimensions sont telles qu'elles permettent un transport facile et une mise en oeuvre très rapide. La mise en batterie de ces Méthaniseurs Tropicaux Evolutifs permet d'envisager le traitement de grandes quantités de matières fermentescibles par méthanisation. Le méthaniseur tropical évolutif (400) permet de traiter 5500 litres de matières fermentescibles.
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A titre d'information les dimensions (longueurs, diamètres etc...), du dispositif de brassage des matières fermentescibles sont non limitatives . Elles peuvent évoluées vers de plus grandes ou de plus petites dimensions. Pour rendre le dispositif de brassage plus rigide, d'autres tuyaux en plastiques pourront être ajoutés.
Le méthaniseur tropical évolutif (MTE) (400) tel qu'il est conçu, nécessitera une isolation thermique pour certaines régions de la terre (zones tempérées ou autre). Pour réaliser cette isolation thermique, le méthaniseur tropical évolutif sera muni d'une double enveloppe externe. D'autre part, le méthaniseur tropical évolutif pourra être muni de systèmes de chauffages annexes.
D'autres accessoires optionnels peuvent être adaptés au dispositif de brassage actuel. Une ou plusieurs hélices positionnées sur l'axe central, éviteront la formation de croûtes, faciliteront la remonté du biogaz et le brassage des matières en suspensions et en décantations. Ces accessoires auront des formes diverses, pales, hélices...
A titre d'information, les dimensions du méthaniseur tropical évolutif définies dans ce brevet ne sont pas limitatives. Des méthaniseurs plus petit ou plus importants pourront être envisagés.
Une structure métallique sera nécessaire afin de maintenir le guidage vertical de la cloche (22) lors de sa montée. Cette structure métallique permettra aussi le levage mécanique de la cloche (22) lors de manutention, à l'aide d'un palan ou d'un treuil. D'autre part cette structure servira de support pour les différents flexibles, câbles électriques... Cette structure sera munie d'une passerelle en caillebotis permettant à l'opérateur d'effectuer le brassage par simple rotation de la cloche (22). Cette structure servira aussi de butée pour la cloche (22).
Le réservoir (1) pourra être muni d'une partie graduée et transparente située en périmétrie permettant d'évaluer le volume de matière contenue et aussi de contrôler le niveau de chargement du réservoir (1).
Figure img00060001
L'ensemble de tuyaux (100) est lié par des coudes et divers raccords spéciaux voir leur positionnement : { (47), (48), (49), (50), (51) ; (52), (53), (54), (55), (56)}.
Applications industrielles :
Ce méthaniseur peut être utilisé à des fins industrielles, pour la production de gaz combustibles (Bio gaz) et pour le traitement des matières fermentescibles en anaérobie. Tel que : les déchets verts, les restes alimentaires, toutes les denrées périssables de la grande distribution arrivées à leur date limite de vente, tous les restes des cultures agricoles et toutes les déjections animales des élevages, les boues de stations d'épurations etc...

Claims (6)

Revendications
1) Dispositif de production de gaz combustibles (Bio gaz) et de traitement des matières fermentescibles en anaérobie dit méthaniseur tropical évolutif (MTE) (400) réalisé en PEHD (Polyéthylène Haute Densité) ou autre matière plastique, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une cloche (22), d'un réservoir (1), de trois vannes (VI), (V2), (V3), d'un système de contrôle du niveau de remplissage (500) du réservoir (1) et d'un système de brassage (100).
2) Dispositif selon la revendication nO 1 caractérisé en ce que le dispositif de brassage (100) est constitué d'un ensemble de tuyaux en plastique (100) actionné manuellement par la mise en rotation de la cloche (22), ledit ensemble (100) étant
Figure img00070001
en liaison glissière avec la cloche (22) et en liaison plan avec le fond du réservoir (I).
3) Dispositif selon la revendication précédente caractérisée en ce que le dit ensemble (100) est doté d'une ou plusieurs hélices ou pâles au niveau de son axe central afin d'éviter la formation de croûtes, faciliter la remontée du bio gaz et le brassage des matières en suspension et en décantation.
4) Dispositif selon la revendication n'l caractérisé en ce que ledit dispositif de contrôle du niveau de remplissage (500) du réservoir (1) est constitué d'un raccord en té (35) et d'un tuyau en PVC (36) ou autres matières, lesdits éléments, sont en liaison encastrement, ledit dispositif (500) permettant le contrôle visuel du niveau de chargement
5) Utilisation du dispositif selon la revendication n l comme dispositif auto-stockeur (200) du Bio-Gaz caractérisée en ce que l'on charge le réservoir (1), le déchargement des matières fermentescibles se faisant en partie basse du réservoir (1) par des trous filetés (10) (11), en ce qu'on stocke temporairement le Bio-Gaz, celui-ci faisant coulisser la cloche (22) situé dans le réservoir (1) vers le haut jusqu'a une butée du fait de la fermeture de la vanne (V3), et en ce que l'on peut réutiliser le Bio-Gaz en ouvrant la vanne (V3) du fait du poids de la cloche (22) sur ledit gaz et de son coulissement vers le bas.
6) Utilisation du dispositif selon la revendication nl comme dispositif de stockage (300) d'eau potable, agricole ou d'autres fluides caractérisé en ce qu'un couvercle (21) est alors positionné sur le réservoir (1).
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