OA20409A - Four multifonctions à fonction de cuisson d'aliments et de production de biochar. - Google Patents

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.

Description

MEMOIRE DESCRIPTIF

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

La présente invention peut être comprise à travers les illustrations suivantes :

La figure 1 représente une vue d’ensemble du dispositif ;

La figure 2 présente les trois cylindres formant les chambres créant ainsi les chambres de combustion, de pyrolyse et d’isolation ;

La figure 3 représente les rondelles 1 et 2 ;

La figure 4 représente respectivement le couvercle et la conduite d’air ;

La figure 15 montre le foyer et le support à trois pieds ;

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Four multifonctions à fonction de cuisson d’aliments et de production de biochar comprenant une gaine cylindrique interne (8) logée dans une gaine cylindrique externe (5), un fût métallique cylindrique dans lequel est logée ladite une gaine cylindrique externe (5), un couvercle (4) couvrant la partie supérieure dudit fût, les espaces entre ledit fût et lesdites gaines externe et interne formant respectivement les chambres d’isolation (9), la chambre de pyrolyse et la chambre de combustion.
2. 2. Four multifonctions à fonction de cuisson d’aliments et de production de biochar selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couvercle (4) est perforé d’au moins 8 trous d entrée d’air de diamètre 0,9 cm autour du centre et un trou de 3 cm centré sur ledit couvercle (4) sur lequel est inséré un tube de conduite d’air (3), le rôle desdits orifices étant d augmenter la quantité d’oxygène entrant pour entretenir la combustion.
3. 3. Four multifonctions à fonction de cuisson d’aliments et de production de biochar selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit tube de conduite d’air d’une longueur d’au moins 37 cm est perforé d’au moins 24 trous de sortie d’air de 0,4 cm suivant la longueur dudit tube et permet d’apporter l’oxygène jusqu’au centre de la chambre de combustion pour entretenir ladite combustion.
4. 4. Four multifonctions à fonction de cuisson d’aliments et de production de biochar selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite gaine cylindrique externe comporte 34 cm de diamètre, ladite gaine cylindrique interne comportant sur une de ces bases deux séries d’au moins 8 trous de 0,9 cm de diamètre, formant au moins 16 trous représentant les sorties de gaz libérés pendant la pyrolyse de la biomasse.
5. 5. Four multifonctions à fonction de cuisson d’aliments et de production de biochar selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que les bases supérieures des gaines cylindriques interne et externe sont reliées par soudure à une rondelle creuse de diamètre intérieur 16 cm et de diamètre extérieur 34 cm, ladite gaine intérieure au bout dudit rayon intérieur et ladite gaine extérieure à 5 cm dudit rayon extérieur.
6. 6. Four multifonctions à fonction de cuisson d’aliments et de production de biochar selon l’une quelconque des revendications, caractérisé en ce que les bases inférieures de la gaine extérieure et du fût métallique sont reliées par soudure à une rondelle (2) de 32 cm diamètre intérieur et 37 cm de diamètre extérieur, ladite gaine extérieure au bout dudit rayon intérieur et ledit fût métallique au bout dudit rayon extérieur.
7. 7. Four multifonctions à fonction de cuisson d’aliments et de production de biochar selon l’une quelconque des revendications, caractérisé en ce que l’espace entre lesdites gaines intérieure et extérieure représente la chambre de pyrolyse.
8. 8. Four multifonctions à fonction de cuisson d’aliments et de production de biochar selon l’une quelconque des revendications, caractérisé en ce que l’espace séparant ledit fût métallique et ladite gaine extérieure représente ladite chambre d’isolation ayant pour but de protéger l’utilisateur contre les brûlures et de réduire les pertes de chaleur.
9. 9. Four multifonctions à fonction de cuisson d’aliments et de production de biochar selon l’une quelconque des revendications, caractérisé en ce que ledit fût métallique est muni à sa partie supérieure d’un foyer sur lequel sont perforés des trous d’aération de 1 cm de diamètre dont le rôle est d’entretenir la combustion dès l’allumage et d’éviter ainsi l’étouffement de la 10 combustion par les cendres.
10. 10. Four multifonctions à fonction de cuisson d’aliments et de production de biochar selon l’une quelconque des revendications, caractérisé en ce que ledit fût métallique est supporté à sa base par un support de trois pieds relevés d’une hauteur d’au moins 15 cm par rapport au 15 sol afin de maintenir l’équilibre et permettre l’entrée d’air et disposés à 120 degrés les uns des autres et reliés entre eux par deux couronnes circulaires.