OA20409A - Multifunction oven with food cooking and biochar production function. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un four multifonction à fonction de cuisson d'aliments et de production de charbon végétal appelé biochar. Le dispositif comprend une gaine cylindrique interne (5) logée dans une gaine cylindrique externe (8) dont les deux liées par une rondelle 1 (2) sont logées dans un fût métallique cylindrique. Les espaces entre ledit fût et lesdites gaines externes et interne forment respectivement les chambres d'isolation (9), la chambre de pyrolyse et la chambre de combustion (8). Le four dispose d'un couvercle métallique (4) couvrant la partie inférieure dudit fût. Ce dispositif comprend également un foyer pour la cuisson des aliments et un support circulaire à trois pieds pour supporter l'ensemble du four. Ce dispositif permet notamment la valorisation des résidus agricoles non utilisés pour d'autres buts, la réduction de la coupe abusive du bois de chauffe, et donc de contribuer à la lutte contre la désertification. Ceci permet également de réduire la charge de « corvée-bois » qui pèse sur les femmes en milieu rural. Le biochar produit par le four est un charbon biologique destiné à restaurer les sols et améliorer les rendements agricoles. Le biochar produit pendant la cuisine peut être utilisé directement dans les champs ou indirectement en chargeant ses pores des nutriments par Cocompostages ou par macération avec l'engrais avant amendement. The present invention relates to a multifunction oven with a function of cooking food and producing vegetable charcoal called biochar. The device comprises an internal cylindrical sheath (5) housed in an external cylindrical sheath (8), the two of which are linked by a washer 1 (2) and are housed in a cylindrical metal barrel. The spaces between said drum and said external and internal sheaths respectively form the insulation chambers (9), the pyrolysis chamber and the combustion chamber (8). The oven has a metal lid (4) covering the lower part of said barrel. This device also includes a hearth for cooking food and a three-legged circular support to support the entire oven. This device allows in particular the recovery of agricultural residues not used for other purposes, the reduction of excessive cutting of firewood, and therefore contributes to the fight against desertification. This also makes it possible to reduce the burden of “wood chores” that weighs on women in rural areas. The biochar produced by the oven is a biological charcoal intended to restore the soil and improve agricultural yields. The biochar produced during cooking can be used directly in the fields or indirectly by loading its pores with nutrients by co-composting or by maceration with the fertilizer before amendment.
Description
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La présente invention concerne un four multifonction à fonction de cuisson d’aliments et de production de charbon végétal appelé biochar. Le dispositif comprend une gaine cylindrique interne (5) logée dans une gaine cylindrique externe (8) dont les deux liées par une rondelle 1 (2) sont logées dans un un fut métallique cylindrique. Les espaces entre ledit fût et lesdites gaines externes et interne forment respectivement les chambres d’isolation (9), la chambre de pyrolyse et la chambre de combustion (8). Le four dispose d’un couvercle métallique (4) couvrant la partie inférieure dudit fût.The present invention relates to a multifunction oven with a function of cooking food and producing vegetable charcoal called biochar. The device comprises an inner cylindrical sheath (5) housed in an outer cylindrical sheath (8), the two of which are linked by a washer 1 (2) are housed in a cylindrical metallic barrel. The spaces between said drum and said external and internal sheaths respectively form the insulation chambers (9), the pyrolysis chamber and the combustion chamber (8). The oven has a metal lid (4) covering the lower part of said barrel.
Afin de limiter les déchets verts ou plus généralement la biomasse végétale, et même de les valoriser plutôt que de les brûler de façon simple pour collecter les calories émises, il existe des dispositifs connus ayant cet objectif et plus particulièrement permettant la production de biochar. Le biochar est un produit riche en carbone obtenu lors de la pyrolyse de la biomasse végétale et utilisé comme amendement aux sols. Selon les chercheurs, le biochar est non seulement plus stable que tout autre amendement du sol et qu'il augmente la disponibilité des nutriments au-delà de l'effet des engrais (Lehmann, 2009), mais aussi ces propriétés fondamentales de capacité à retenir les nutriments sont fondamentalement plus efficaces que celles des autres matières organiques du sol. Cela montre que le biochar, en plus d’être un autre type de compost ou fumier qui améliore les propriétés du sol, il est également beaucoup plus efficace pour améliorer la qualité du sol que tout autre amendement organique. Les sols tropicaux étant connus pour être hautement altérés, l’utilisation de biochar permet donc l’amélioration de la fertilité des sols.In order to limit green waste or more generally plant biomass, and even to recover them rather than burn them in a simple way to collect the calories emitted, there are known devices having this objective and more particularly allowing the production of biochar. Biochar is a carbon-rich product obtained during the pyrolysis of plant biomass and used as a soil amendment. According to the researchers, biochar is not only more stable than any other soil amendment and that it increases the availability of nutrients beyond the effect of fertilizers (Lehmann, 2009), but also these fundamental properties of ability to retain nutrients are fundamentally more efficient than those of other soil organic matter. This shows that biochar, in addition to being another type of compost or manure that improves soil properties, is also much more effective in improving soil quality than any other organic amendment. Since tropical soils are known to be highly weathered, the use of biochar therefore allows the improvement of soil fertility.
Il existe déjà des dispositifs disponibles pour la production du biochar. On peut citer entre autre le four « Kon-tiki » qui est un four mis au point par Hans-Peter Schmidt et Paul Taylor pour la production du biochar. C’est un four conique à couvercle ouvert pour la fabrication de biochar. Le nom de Kon-Tiki a été choisi en mémoire de Thor Heyerdahl, qui affirmait dans les années 40 du siècle dernier que les habitants d'Amérique du Sud étaient capables de traverser le Pacifique jusqu'en Polynésie dans des bateaux artisanaux. Le four Kon-Tiki permet la production du biochar à grande échelle et cette production se fait à l’air libre c’està-dire dans milieu non contrôlé. La chambre du milieu (TLUD) est remplie de biomasses ou de combustibles (tiges de cotonnier ou rachis de maïs) qui seront brûlés et la deuxième chambre externe est hermétiquement fermée avec la biomasse à pyrolyser. Pendant la pyrolyse, des gaz combustibles (CO, CH4, H2, ...) sont libérés par la biomasse depuis la deuxième chambre qui ressortent dans la chambre du milieu pour brûler et contribuer à la combustion.There are already devices available for the production of biochar. We can mention among others the “Kon-tiki” oven which is an oven developed by Hans-Peter Schmidt and Paul Taylor for the production of biochar. It is an open top conical kiln for making biochar. The name Kon-Tiki was chosen in memory of Thor Heyerdahl, who claimed in the 40s of the last century that the inhabitants of South America were able to cross the Pacific to Polynesia in homemade boats. The Kon-Tiki oven allows the production of biochar on a large scale and this production is done in the open air, that is to say in an uncontrolled environment. The middle chamber (TLUD) is filled with biomass or fuel (cotton stalks or corn rachis) which will be burned and the second outer chamber is hermetically sealed with the biomass to be pyrolyzed. During pyrolysis, combustible gases (CO, CH4, H2, ...) are released by the biomass from the second chamber which come out into the middle chamber to burn and contribute to the combustion.
On connaît aussi le four Anila conçu par le professeur RV Ravikumar, de l'Université de Mysore en Inde. Ce dispositif est un TLUD (Top-Lit UpDraft) avec une conception à double chambre, qui produit du charbon par chauffage externe de la biomasse (c'est-à-dire contrairement à la pyrolyse à la flamme plus habituelle) : le processus de carbonisation peut être donc mieux contrôlé et la combustion du charbon évitée. La chambre intérieure est remplie de bois ou une autre matière première qui est brûlée, et la chambre externe, qui est un oxygène moins polluant de l'environnement, est rempli de la matière première à carboniser (par exemple de la paille de riz). Par l’effet de pyrolyse, les gaz de la chambre à combustible extérieure s'écoulent dans la chambre intérieure et sont brûlés.We also know the Anila oven designed by Professor RV Ravikumar of the University of Mysore in India. This device is a TLUD (Top-Lit UpDraft) with a dual-chamber design, which produces charcoal by externally heating the biomass (i.e. unlike the more usual flame pyrolysis): the process of Charring can therefore be better controlled and coal burning avoided. The inner chamber is filled with wood or another raw material that is burned, and the outer chamber, which is less polluting oxygen from the environment, is filled with the raw material to be carbonized (eg rice straw). Through the pyrolysis effect, gases from the outer fuel chamber flow into the inner chamber and are burned.
Bien qu'il existe déjà des procédés et des appareils déjà existants pour produire du biochar, ces dispositifs présentent néanmoins quelques insuffisances. En effet, concernant le four ‘’Kon-tiki”, la production se fait à l’air et donc en milieu non contrôlé. Son utilisation nécessite un minimum de connaissance pour ne pas avoir à ne récupérer de la cendre comme résultat à la fin de la pyrolyse. Aussi, la production nécessite l’utilisation d’une grande quantité d’eau (environ 2 00 litres d’eau) pour son extinction et deux personnes pour le chargement de la biomasse. Le contact avec la chaleur peut causer des maladies plus tard.Although there are already existing methods and devices for producing biochar, these devices nevertheless have some shortcomings. Indeed, concerning the “Kon-tiki” oven, the production is done in the air and therefore in an uncontrolled environment. Its use requires a minimum of knowledge so as not to have to recover ash as a result at the end of the pyrolysis. Also, the production requires the use of a large quantity of water (about 200 liters of water) for its extinction and two people for loading the biomass. Contact with heat can cause disease later.
Quant au four Anila, il rencontre assez de problème lié à son fonctionnement. Le four s’éteint après 20 minutes de fonctionnement car la cendre et les braises de charbon se déposent sur les trous d’entrée d’air qui empêchant la circulation de l’oxygène pour entretenir la combustion. A cela s’ajoute la perte de chaleur de la chambre de pyrolyse étant donné que la paroi extérieure est en contact avec le milieu ambiant (atmosphère inerte). Par ailleurs, la hauteur courte du four Anila « maximum 30 cm » réduit la durée de pyrolyse qui ne peut donc terminer la cuisson des aliments.As for the Anila oven, it encounters enough problems related to its operation. The oven switches off after 20 minutes of operation because ashes and coal embers settle on the air inlet holes which prevent the circulation of oxygen to maintain combustion. Added to this is the loss of heat from the pyrolysis chamber since the outer wall is in contact with the ambient environment (inert atmosphere). In addition, the short height of the Anila oven "maximum 30 cm" reduces the duration of pyrolysis which therefore cannot finish cooking the food.
La présente invention vise à corriger ces limites en proposant un four multifonctions à fonction de cuisson d’aliments et de système de production de charbon végétal appelé biochar comprenant trois cylindres coaxiaux dont les espaces entre lesdits cylindres constituent des chambres notamment une chambre de combustion, une chambre de pyrolyse, une chambre d’isolation séparant la chambre de pyrolyse et l’air ambiant. Ainsi dans le but d’optimiser le temps de pyrolyse, la chaleur produite et d’obtenir un biochar optimal pour l’amendement des sols, il a été introduit un tube de conduite d’air qui apporte l’oxygène jusqu’au centre de la chambre de combustion pour l’entretenir. Aussi il a été ajouté une chambre d’isolation (contenant d’air) contenant de l’air et permet réduire les pertes de chaleur et de protéger l’utilisateur des brûlures. Par ailleurs, pour augmenter le temps de pyrolyse qui peut atteindre au moins lh30 selon la biomasse utilisée et le taux de charge, il a été conçu un fût métallique d’un moins d’au moins 50 litres et d’une hauteur d’au moins 47 cm. Il a été également construit un foyer pour la cuisson des aliments et un support circulaire à trois pieds pour supporter l’ensemble du four.The present invention aims to correct these limits by proposing a multifunction oven with a function of cooking food and a vegetable charcoal production system called biochar comprising three coaxial cylinders, the spaces between the said cylinders of which constitute chambers, in particular a combustion chamber, a pyrolysis chamber, an isolation chamber separating the pyrolysis chamber and the ambient air. Thus in order to optimize the pyrolysis time, the heat produced and to obtain an optimal biochar for soil amendment, an air conduit tube has been introduced which brings oxygen to the center of the combustion chamber to maintain it. Also, an insulation chamber (air container) containing air has been added to reduce heat loss and protect the user from burns. In addition, to increase the pyrolysis time which can reach at least lh30 depending on the biomass used and the loading rate, a metal drum of at least 50 liters and a height of at least 50 liters has been designed. minus 47 cm. It was also built a hearth for cooking food and a three-legged circular support to support the entire oven.
La présente invention peut être comprise à travers les illustrations suivantes :The present invention can be understood through the following illustrations:
La figure 1 représente une vue d’ensemble du dispositif ;Figure 1 shows an overview of the device;
La figure 2 présente les trois cylindres formant les chambres créant ainsi les chambres de combustion, de pyrolyse et d’isolation ;Figure 2 shows the three cylinders forming the chambers thus creating the combustion, pyrolysis and insulation chambers;
La figure 3 représente les rondelles 1 et 2 ;Figure 3 shows washers 1 and 2;
La figure 4 représente respectivement le couvercle et la conduite d’air ;Figure 4 shows the cover and the air duct respectively;
La figure 15 montre le foyer et le support à trois pieds ;Figure 15 shows the hearth and three-legged stand;
En référence aux illustrations ci-dessus indiquées, le dispositif et son système de production du biochar comprend trois cylindres coaxiaux d’au moins 47 cm de hauteur dont les espaces entre lesdits cylindres sont constitués de trois chambres dont une chambre à combustion (8), une chambre à pyrolyse (5) et une chambre d’isolation (9) contenant de lair.With reference to the illustrations indicated above, the device and its biochar production system comprises three coaxial cylinders of at least 47 cm in height, the spaces between the said cylinders of which consist of three chambers including a combustion chamber (8), a pyrolysis chamber (5) and an insulation chamber (9) containing air.
La chambre à combustion (8) est un TLUD (Top-Lit UpDraft) d’au moins 12 cm de diamètre, située au milieu du four avec une conduite d’air (3) pour entretenir la combustion. Elle est percée d’au moins 12 trous (11) de 0,9 cm de diamètre situés à 1,5 cm de la base inférieur. Ces trous ont pour rôle d’évacuer les gaz combustibles appelés syngaz de la chambre de pyrolyse (5), qui en contact avec l’oxygène, brûlent pour contribuer à la combustion, La chambre de pyrolyse (5) est un compartiment qui fait frontière avec la chambre à combustion (8). La différence de rayon entre la chambre de combustion et la chambre d’isolation est de 8 cm. C’est un milieu hermétiquement fermé d’air situé entre la chambre de pyrolyse et le milieu extérieur (atmosphère interne) pour la conversion de la biomasse en biochar et en gaz combustibles par pyrolyse et permet de réduire les pertes de chaleur et contribue à la protection des utilisateurs contre les brûlures.The combustion chamber (8) is a TLUD (Top-Lit UpDraft) of at least 12 cm in diameter, located in the middle of the oven with an air duct (3) to maintain combustion. It is pierced with at least 12 holes (11) of 0.9 cm in diameter located 1.5 cm from the lower base. These holes have the role of evacuating the combustible gases called syngas from the pyrolysis chamber (5), which in contact with oxygen, burn to contribute to the combustion, The pyrolysis chamber (5) is a compartment which borders with the combustion chamber (8). The difference in radius between the combustion chamber and the insulation chamber is 8 cm. It is a hermetically sealed environment of air located between the pyrolysis chamber and the external environment (internal atmosphere) for the conversion of biomass into biochar and combustible gases by pyrolysis and allows the reduction of heat losses and contributes to the protection of users against burns.
Pour entretenir la combustion, le couvercle (4) du four est percé d’au moins 8 trous (12) d’entrée d’air de diamètre 0,9 cm autour du centre et un trou de diamètre 3 cm centré sur le couvercle est relié à la conduite d’air (3). La conduite d air (3) est munie d au moins 16 orifices de diamètre d’au moins 0,3 cm chacun permettant un apport d’air conséquent à l’intérieur de la chambre de combustion. Cette conduite d’air (3) a pour rôle d apporter de l’oxygène jusqu’au centre de la chambre à combustion. Pour son fonctionnement, il est relevé d’au moins 10 cm du sol pour permettre à l’air de passer par le bas.To maintain combustion, the lid (4) of the oven is pierced with at least 8 air inlet holes (12) with a diameter of 0.9 cm around the center and a hole with a diameter of 3 cm centered on the lid is connected to the air line (3). The air duct (3) is fitted with at least 16 holes with a diameter of at least 0.3 cm each, allowing a substantial air supply inside the combustion chamber. This air duct (3) has the role of supplying oxygen to the center of the combustion chamber. For its operation, it is raised at least 10 cm from the ground to allow the air to pass from below.
Dans l’objectif de valoriser l’énergie produite, le dispositif comporte un foyer (6) sur lequel sont perforés au moins 9 trous (13) d’aération de 1 cm de diamètre pour entretenir la combustion dès l’allumage et éviter ainsi l’étouffement de la combustion par les centres. Le four est posé sur un support à trois pieds de 10 cm de hauteur entre la base inferieur et le sol.With the aim of enhancing the energy produced, the device comprises a hearth (6) on which are perforated at least 9 ventilation holes (13) 1 cm in diameter to maintain combustion from ignition and thus avoid the smothering of combustion by the centers. The oven is placed on a support with three legs 10 cm high between the lower base and the floor.
Le four familial multifonction utilise les résidus agricoles qui ne sont pas en compétition pour son fonctionnement. Il s’agit entre autres des tiges de cotonnier, des balles de riz, des rachis de maïs etc.The multifunction family oven uses agricultural residues that are not in competition for its operation. These include cotton stalks, rice husks, corn rachis, etc.
Ainsi pendant le processus de pyrolyse, des matières volatiles converties en gaz (syngaz) et un résidu poreux (biochar) sont produits. Les matières volatiles se transforment en gaz condensables (vapeur d’eau et goudron) et en gaz incondensables (CO2, CO, CH4, H2, etc.). Les goudrons sont craqués en gaz combustibles légers lorsque la température est supérieure à 500 °C. Les gaz libérés pendant la pyrolyse ne pouvant s’échapper, sont canalisés vers le bas du four et ressortent dans la chambre de combustion à travers les trous (14) de sorties de gaz pour contribuer à leur tour à la combustion, augmentant la production de chaleur pour la cuisine et pour la pyrolyse.Thus during the pyrolysis process, volatile materials converted into gas (syngas) and a porous residue (biochar) are produced. Volatile materials are transformed into condensable gases (water vapor and tar) and incondensable gases (CO2, CO, CH4, H2, etc.). The tars are cracked into light combustible gases when the temperature is above 500°C. The gases released during the pyrolysis, which cannot escape, are channeled towards the bottom of the oven and come out into the combustion chamber through the gas outlet holes (14) to contribute in turn to the combustion, increasing the production of heat for cooking and for pyrolysis.
La présente invention offre de nombreux avantages. En effet, le dispositif permet notamment la valorisation des résidus agricoles non utilisés pour d’autres buts, la réduction de la coupe abusive du bois de chauffe, et donc de contribuer à la lutte contre la désertification. Ceci permet également de réduire la charge de « corvée-bois » qui pèse sur les femmes en milieu rural. Aussi, elle permet la conversion rapide de matériau avec un équipement relativement simple en même temps que l’amélioration de l’efficacité du procédé, en particulier la récupération de chaleur et la réduction de la quantité de gaz indésirables tels que le méthane entrant dans l’atmosphère. Ce dispositif dégage moins de fumées pendant la pyrolyse et protège l’utilisateur des maladies respiratoires.The present invention offers numerous advantages. Indeed, the device allows in particular the recovery of agricultural residues not used for other purposes, the reduction of the excessive cutting of firewood, and therefore to contribute to the fight against desertification. This also makes it possible to reduce the burden of “wood chores” that weighs on women in rural areas. Also, it allows the rapid conversion of material with relatively simple equipment at the same time as improving the efficiency of the process, in particular the recovery of heat and the reduction of the quantity of undesirable gases such as methane entering the process. 'atmosphere. This device emits less fumes during pyrolysis and protects the user from respiratory diseases.
Le biochar produit par le four est un charbon biologique destiné à restaurer les sols et 5 améliorer les rendements agricoles. Il est composé majoritairement de carbone fixe obtenu, après la libération des matières volatiles. Les paramètres qui influencent la pyrolyse tels que la vitesse de chauffe, la température, la pression, la taille des particules et le temps de séjour, jouent un rôle important sur la qualité du biochar. Sa capacité d’absorption en eau et à loger les nutriments pour les plantes à travers ses pores, le diffère du charbon énergétique (charbon 10 combustible). Par ailleurs, la chaleur température de pyrolyse est environ 550 °C avec une durée d’au moins lh30 mn selon le type de biomasse et/ou la quantité de charge.The biochar produced by the kiln is a biological charcoal intended to restore soils and improve agricultural yields. It is mainly composed of fixed carbon obtained after the release of volatile materials. Parameters that influence pyrolysis such as heating rate, temperature, pressure, particle size and residence time, play an important role on the quality of the biochar. Its ability to absorb water and to house nutrients for plants through its pores makes it different from energy charcoal (carbon 10 fuel). Furthermore, the pyrolysis heat temperature is around 550°C with a duration of at least lh30 min depending on the type of biomass and/or the amount of charge.
Le biochar produit pendant la cuisine peut être utilisé directement dans les champs ou indirectement en chargeant ses pores des nutriments par Co-compostages ou par macération avec l’engrais avant amendement.The biochar produced during cooking can be used directly in the fields or indirectly by loading its pores with nutrients by co-composting or by maceration with the fertilizer before amendment.
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| OA20409A true OA20409A (en) | 2022-07-01 |
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