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WO2008139101A2 - Procede pour le sechage de bois et dispositif pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Procede pour le sechage de bois et dispositif pour sa mise en oeuvre Download PDF

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WO2008139101A2
WO2008139101A2 PCT/FR2008/050607 FR2008050607W WO2008139101A2 WO 2008139101 A2 WO2008139101 A2 WO 2008139101A2 FR 2008050607 W FR2008050607 W FR 2008050607W WO 2008139101 A2 WO2008139101 A2 WO 2008139101A2
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wood
gas
volume
enclosure
pieces
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2008/050607
Other languages
English (en)
Other versions
WO2008139101A3 (fr
Inventor
Patrick Perre
Benoist Levesque
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INNOVATION TECHNOLOGIQUE POUR LA VALORISATION DU BOIS
Original Assignee
INNOVATION TECHNOLOGIQUE POUR LA VALORISATION DU BOIS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by INNOVATION TECHNOLOGIQUE POUR LA VALORISATION DU BOIS filed Critical INNOVATION TECHNOLOGIQUE POUR LA VALORISATION DU BOIS
Publication of WO2008139101A2 publication Critical patent/WO2008139101A2/fr
Publication of WO2008139101A3 publication Critical patent/WO2008139101A3/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/02—Circulating air or gases in closed cycles, e.g. wholly within the drying enclosure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/06—Controlling, e.g. regulating, parameters of gas supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B2210/00—Drying processes and machines for solid objects characterised by the specific requirements of the drying good
    • F26B2210/16—Wood, e.g. lumber, timber

Definitions

  • the present invention relates to the field of drying and heat treatment of wood, in particular sawn timber boards arranged in piles.
  • wood from freshly cut trees must be dried, usually following a so-called "first rate” operation including sawing, peeling and slicing freshly cut wood.
  • thermal drying is preferred, in particular because this type of drying is best suited for obtaining a finished product having a low residual moisture and is also better suited than drying by drying. mechanical extraction for the treatment of a large volume of wood.
  • the most common industrial process consists of a convective drying process by passing a stream of hot air over the boards to dry on the pieces of wood to be dried, the flow of hot air acting as a vector of 'energy. At the same time, the humidity of the air is continuously monitored in a controlled manner.
  • the temperature of the air is controlled by the use of heating batteries, the circulation of the air thus heated being provided by appropriate devices.
  • the known convection drying devices include (1) an enclosure or cell containing the pieces of wood to be dried, (2) a conditioning system comprising a heating assembly, an air humidification system and a heating system. circulation of the heated and humidified air and (3) control systems of the temperature and the humidity of the air, which are placed in said enclosure or cell.
  • the cells or drying chambers are made of wood, sheet metal or masonry, for example concrete.
  • the heating system can be powered by hot water, high or low pressure steam, hot air or even electricity. Commonly, heating coils powered by water vapor are used.
  • the air humidification system may be of a varied type, for example a vaporization or water atomization system, or a steam injection system. inside the cell or enclosure.
  • An air humidity control can be achieved by operating fresh air inlet chimneys and humid air outlet.
  • the ventilation system can consist of a natural ventilation system, for the implementation of which we simply take advantage of the difference in density between hot air and cold air.
  • the ventilation system may also consist of an artificial ventilation system, for example using fans.
  • the speed of the air circulating in the cell or enclosure is less than 5 meters / second.
  • the applicant has focused on developing an improved process for drying wood by hot air conditioning, which allows the production of a final product that is at least as good as the dried wood obtained by the woods. known methods, and which is possibly lower cost than the cost of known processes.
  • the drying of wood can be carried out according to a method in which the drying energy is provided by a flow of air flowing at high speed to the surface of the pieces of wood to be dried. , said method not requiring the implementation of any specific device for supplying heat to the drying air, for example of the type of hot batteries that are conventionally used.
  • a high quality drying of the wood could be obtained by generating, within a drying chamber of suitable characteristics, a flow of gas circulating at high speed on the surface of the pieces of wood to be dried, the heating of the gas flow being carried out exclusively by viscous dissipation of the mechanical energy on the surface of the pieces of wood to be dried.
  • the present invention relates to a method for drying a set of pieces of wood placed in an enclosure, the pieces of wood, or subassemblies of pieces of wood, being separated from each other by spaces in which flows a gas, said enclosure being both fluid-tight and thermally insulated from the outside environment, and said enclosure comprising:
  • At least one means generating a flow of gas flowing in the spaces separating the pieces of wood, or the subsets of pieces of wood, at least one gas inlet means towards the inside of the enclosure whose opening, closing and flow rate are controllable,
  • At least one gas outlet means towards the outside of the enclosure the opening and closing of which are controllable
  • At least one means for measuring the relative humidity of the gas inside the enclosure At least one means for measuring the relative humidity of the gas inside the enclosure
  • said method comprising the following steps: a) loading the gas contained in the enclosure with water vapor by evaporation of a part water contained in said pieces of wood, by generating the forced circulation of a flow of said gas in the spaces separating the pieces of wood, or the subassemblies of pieces of wood, the heating of said gas inside the the enclosure being made exclusively by the energy generated by viscous dissipation of the mechanical energy caused by the flow of said gas, until the desired temperature and relative humidity values for said gas are obtained; b) drying said pieces of wood, exclusively by heating said gas by viscous dissipation of the mechanical energy, fixing, at each time interval of a plurality of time intervals constituting the total duration of the drying step, the temperature and relative humidity of said gas at desired values,
  • the relative humidity value of said gas being controlled by the controlled admission of a volume of external gas to the inside of said chamber or by the controlled discharge of a volume of said gas to the outside of said enclosure.
  • subassembly of pieces of wood is meant according to the invention that the pieces of wood may be arranged in the enclosure for example in the form of a plurality of stacks of pieces of wood.
  • the flow of gas flows between the stacks of pieces of wood, each stack of pieces of wood constituting a "subset" of pieces of wood included in the set of pieces of wood to be dried.
  • the heating of the gas flow inside the enclosure is obtained exclusively by viscous dissipation of the mechanical energy of said gas flow to the surface of the pieces of wood to be dried, made of a speed of said gas flow to the surface of the pieces of wood which is at least ten meters per second.
  • the heating of the gas flow by viscous dissipation of the mechanical energy is obtained by shearing the fluid during its passage between the beds of planks and, weakly, at the level of the fan, the level of increasing energy production with increasing gas flow rates.
  • the energy required to carry out the drying ie to extract the water initially contained in the wood mass and then to absorb the water extracted in the form of steam, is provided by viscous dissipation of the mechanical energy.
  • the mechanical energy of the flow of gas flowing at high speed to the surface of the pieces of wood to be dried is provided.
  • the gas circulates in closed circuit, and at high speed, inside the fluid-tight enclosure.
  • the flow of gas circulates in a loop in the spaces separating the pieces of wood, or the subassemblies of pieces of wood.
  • the temperature of the gas flow is controlled exclusively by varying the speed of the flow of gas generated on the surface of the pieces of wood to be dried, and more generally inside the drying chamber.
  • the drying of the wood is obtained in the absence of any heat input. other than the heat generated by the heat transfer caused by the viscous dissipation of the mechanical energy of the gas flow.
  • the method of the invention can therefore be implemented in a drying chamber that does not comprise a conventional heat generator or heating coil, for example of the type conventionally used in enclosures for drying wood, including the heating systems powered by hot water, steam, electrical resistance systems and oil circulating systems.
  • a conventional heat generator when said enclosure is not equipped with any conventional heat generating device placed inside the volume of the enclosure.
  • said enclosure also does not include a heat generator placed outside the volume of the enclosure, for example on the fluid path of the external gas entering the enclosure.
  • the terms "enclosure interior” or “speaker volume” refers to the interior volume of the enclosure in which are placed the pieces of wood to be dried.
  • the drying method of the invention may be implemented in an enclosure equipped with a heating battery placed inside the enclosure, said heating battery being inactive during of the implementation of the method.
  • the heating battery that equips the enclosure can be used in other stages of the wood treatment, for example during an optional step of heat treatment of the wood which is later than the step of drying.
  • the viscous dissipative heating of the mechanical energy of the gas flow on the surface of the wood pieces causes a vaporization of the water present on the surface of the wood.
  • the gas stream is charged with water and the resulting vapor then circulates at high speed and in a closed circuit in the fluid-tight and thermally insulated enclosure.
  • the drying chamber is both fluid-tight and thermally insulated from the external environment, said drying process can be carried out in the absence of a device for drying. supply of water or device for supplying exogenous water vapor.
  • the relative humidity of the flow of gas flowing in the drying chamber comes exclusively from the water initially contained in the pieces of wood to be dried. Indeed, by heating up by viscous dissipation of the mechanical energy on the surface of the pieces of wood, the flow of gas increases its water absorption capacity on the surface of the pieces of wood being treated.
  • the control of the relative humidity value of the gas flow circulating in the chamber can be carried out in a simple and very precise manner, by varying the air inlet flow rate. outside towards the inside of the enclosure.
  • the relative humidity of the gas flow is still very homogeneous throughout the volume of the enclosure because the water is entrained in the gas flow from the entire the surface of the pieces of wood occupying a large part of the volume of the drying chamber. It is an important feature of the process of the invention that allows for uniform drying of the pieces of wood to be treated and which makes it possible to obtain at the end of the process pieces of dried wood of very high structural quality.
  • the circulating gas flow is identical or substantially identical temperature and relative humidity, regardless of the location in the volume of the enclosure.
  • the method of the invention is carried out inside an enclosure which is thermally insulated from the external environment, there is no or almost no condensation of water on the surface. walls of said enclosure, this additional feature contributing to the precise control of the relative humidity of the gas flow throughout the duration of the process.
  • drying chamber consists of a fluid-tight enclosure further enhances the ability to perform the process of the invention by accurately controlling the relative humidity of the circulating gas flow throughout the process. .
  • the fluid-tightness characteristics of the drying chamber make it possible to control, in an extremely precise manner, the intake flow rate of the outside air towards the interior of the enclosure, at each instant or time interval during the total duration of said process.
  • the method of the invention makes it possible to obtain pieces of dried wood which have a reduction in the number of undesirable slits, or even an absence of slits, and whose moisture content is homogeneous at the same time ( (i) in the whole mass of a given piece of wood and (ii) a piece of wood to another piece of wood, in a given lot of pieces of wood treated simultaneously.
  • Another advantage of the process of the invention consists in the possibility of treating, in a single step, pieces of wood having a high degree of humidity, for example wood that has just been sawn, without the necessity of carrying out steps. prerequisites of drying or pre-drying which are mandatory with the known techniques.
  • relative humidity is used, in the present description, in its conventional technical sense: it is the quantity of water vapor that is in a particle of air, with respect to the quantity of water maximum that can contain said air particle according to its temperature level. Thus, an air particle is "saturated" with water at a value of 100% relative humidity.
  • the relative humidity of the flow of gas flowing inside the enclosure corresponds to the ratio of the partial pressure of water vapor contained in said gas, P vap , on the saturated vapor pressure or vapor pressure at the same temperature its P t (T). Expressed as a percentage, the relative humidity corresponds to the following formula:
  • a psychrometer comprises two identical thermometers, located in the drying chamber at a short distance from one another, respectively:
  • thermometer also called a “dry thermometer”, whose temperature probe part is in direct contact with the flow of gas inside the drying chamber;
  • thermometer also called “wet thermometer”
  • the relative humidity value of the gas flow circulating inside the drying chamber is determined by (i) calculating the difference of the temperatures measured respectively by the first and the second thermometer, then (il) consulting the tables references known to those skilled in the art which indicate the relative humidity value in percent, for (a) the temperature measured with the "dry thermometer” and (b) the calculated temperature difference value.
  • step a) of the method after loading the drying chamber with the set of pieces of wood to be dried, the gas contained in the chamber, usually air, is charged with water vapor during the heating of said gas by viscous dissipation of the mechanical energy.
  • the forced circulation of a flow of the gas contained in the chamber is generated, generally ambient air, which gas, heated by viscous dissipation of the mechanical energy, in turn heats the surface of the pieces of wood, by convective exchange, is charged in moisture with the water coming from the heated wood which is vaporized from the surface of the wood. Due to the use of a fluid-tight drying chamber, the ambient gas, for example the ambient air, inside the enclosure rapidly reaches a humidity value close to 100%.
  • the ambient gas is maintained at a relative humidity value close to 100%, despite the progressive increase in the temperature of said gas .
  • step a as for the rest of the steps of the process of the invention, at least one means for measuring the temperature of the gas inside the enclosure and at least one means for measuring the relative humidity of the gas inside the enclosure, so that the relative temperature and relative humidity values designated at the end of step a), which can also be called “setpoints", are reached.
  • step a) in which the gas contained in the chamber is charged with water vapor until a relative humidity of close to 100% is obtained has a duration short range from 5 minutes to 20 minutes, depending on the set temperature value that has been set.
  • Step a) of loading the gas into water vapor has a duration which is generally about 10 minutes.
  • Step b) constitutes the actual drying step, during which the flow of heat generated by the flow of gas on the surface of the pieces of wood to be dried transforms the liquid water contained in said pieces of wood into steam.
  • step b) depending on the type of wood species, according to the moisture content of the wood prior to the implementation of the process and according to the average volume of each piece of wood to be dried, the combination of the values the gas temperature and relative humidity of said gas are known in advance.
  • the combination of the values of temperature and relative humidity of the gas at the beginning of step b) of the process can be easily determined by those skilled in the art, for example using the data contained in the work of Aléon and al. (D. Aléon, P. Chanrion, G. Négrié, J. Perez and
  • step b) of the process the rate of drying of the pieces of wood is constant and depends only on the conditions of temperature and relative humidity of the gas contained in the enclosure: this is the drying phase at constant speed.
  • the surface temperature of the pieces of wood is equal to the humid temperature of the air.
  • step b) of the method the temperature value of the gas flow is controlled by varying the speed of the generated gas flow.
  • the means for measuring the temperature of the gas inside the drying chamber can be of any known type, including platinum probes, thermistors or thermocouples.
  • the relative humidity value of the gas can be controlled by (i) the controlled evacuation of a volume of said gas towards the outside of said chamber, by controlling the opening of the gas outlet means towards the outside of the chamber; enclosure, or (ii) by controlling the controlled admission of a volume of external gas to the interior of said enclosure, by the opening of the gas inlet means during a specified period of time, or iii) controlling both the controlled admission of a volume of external gas to the interior of said chamber and simultaneously the controlled evacuation of a volume of the gas contained in the chamber to the outside of the latter.
  • the controlled admission of external gas and the evacuation of internal gas to the enclosure are simultaneous and continuous throughout the duration of the drying step b).
  • the relative humidity value of the circulating gas is controlled by the controlled admission of a volume of external gas to the inside of the drying chamber by opening the external gas inlet means at a flow rate controlled gas.
  • the external gas has been heated outside the enclosure, prior to its admission into said enclosure.
  • the said heat exchanger device can be used to heat external gas, prior to its admission to inside the enclosure.
  • the temperature of the external gas, if necessary preheated is at most equal to the temperature of the flow of gas flowing inside the enclosure.
  • this first phase of drying is continued as long as the surface of the pieces of wood is supplied with free water by the water contained in the mass of pieces of wood to be dried.
  • a second phase of drying when the surface of the pieces of wood reaches the hygroscopic range, the vapor pressure at the surface of the pieces of wood becomes less than the saturation vapor pressure at the determined drying temperature.
  • the external vapor flow is reduced and the amount of heat supplied to the product is temporarily greater than the need for the phase change.
  • the excess energy heats the solid, first on the surface, then, thanks to the thermal conduction, in the heart of the pieces of wood to be dried.
  • an internal zone in which the migration liquid, the most efficient, is the dominant mechanism
  • a peripheral zone drier, close to the surface in contact with the flow of hot gas, in which only the diffusion of vapor and / or bound water remains possible.
  • the liquid migration region shrinks and eventually disappears.
  • the drying is then completed when the temperature of the surface of the pieces of wood to be dried reaches the temperature of the gas flow generated inside the drying chamber, and when the water content is everywhere equal to the content of the product. equilibrium water of the pieces of wood to dry.
  • the drying step b) comprises a plurality of time slots. For each time interval, a specific combination of temperature and relative humidity values of the forced circulation gas flow is fixed to the surface of the pieces of wood to be dried.
  • the combination of a temperature setpoint value and a setpoint value of The relative humidity of the gas flow is fixed, according to methods known per se and already used for convective wood drying processes known in the prior art.
  • the duration of the phases at constant speed and decreasing speed depends greatly on the batch to be dried, especially the wood species and the initial water condition.
  • the temperature of the gas flow inside the drying chamber during these two phases varies from 35 0 C to 120 0 C, temperature levels of the order of 150 0 C can be used for some essences not very sensitive to temperature.
  • the temperature and relative humidity values of the circulating gas are mainly controlled by varying the speed of the gas flow.
  • the temperature and relative humidity values of the circulating gas can be partially controlled by the admission of a determined quantity of external gas, towards the inside of the enclosure.
  • step b the humidity value of the gas flow inside the chamber is generally set to a set value close to 100% relative humidity. Then, during the so-called “decreasing speed” drying or dewatering step, the relative humidity value of the flow of gas flowing inside the enclosure is set to smaller and smaller set values. .
  • the total duration of the drying step b) varies according to the type of wood species to be treated, the volume and the geometry of each piece of wood to be treated, as well as with the initial moisture content of the wood to be dried and the final moisture content of the wood that is desired.
  • the evolution of the moisture / average degree of the wood during the drying time is determined by weighing, at different given times of the process, pieces or wooden boards "witnesses" , located in different places of the set of pieces of wood to dry.
  • the moisture content of the wood can be determined using suitable measuring devices, in particular a capacitive hygrometer operating on the principle of an open-plate capacitor, or a hygrometer.
  • resistive comprising two electrodes and for determining the degree of moisture of the wood through established empirical relationships between resistivity and water content.
  • said drying can be carried out with a flow of gas having a high relative humidity value, without requiring any exogenous supply of water, whether it be vaporized water or atomized or water vapor brought inside the enclosure during the drying process.
  • the drying step can be carried out at high temperature values of the gas flow, without requiring heating of the gas by means of a heating device or any other heat source, as is the case in conventional wood drying processes, since the heat is exclusively provided by heat transfer due to the viscous dissipation of the mechanical energy of the gas circulating forcibly and at high speed to the surface of the pieces of wood to be dried.
  • the pieces of wood that are loaded inside the drying chamber are arranged in a plurality of rows of adjacent piles arranged horizontally, two successive rows of stacks being separated from each other by a space in which circulates the flow of gas that is generated.
  • a stack of pieces of wood includes a plurality of layers, also called “beds”, of boards.
  • Each layer of boards is separated from the upper and / or lower board layer by chopsticks, also called “Pins”, which allows to provide a space between each layer of boards in which the flow of gas can flow.
  • a predetermined pile of pieces of wood is separated from the corresponding piles respectively from the upper row to the lower row by dry wood rods. Due to the use of already dry wood rods, the distance separating two superposed piles, which form the space in which said gas flow circulates during the implementation of the method, is constant, or substantially constant, during the total duration of the drying process.
  • the thickness of the chopsticks used for carrying out the process of the invention is less than the thickness of chopsticks conventionally used to carry out the known drying processes by convective heating.
  • the distance separating two stacked stacks which is the distance separating two successive rows of stacks, varies from 10 mm to 30 mm.
  • the space separating two successive rows of stacks of wood varies from 10 mm to 20 mm and is typically about 15 mm.
  • all the pieces of wood to be dried has a parallelepipedic general shape.
  • control pieces of wood located in places distant from each other in the set of pieces of wood to be dried, evolves in a substantially identical manner, throughout the entire period. duration of the drying process.
  • the total duration of drying is shorter with the process of the invention than with with conventional convection processes.
  • An additional advantage of the drying method according to the invention lies in the fact that said method does not require any device provided with a heat source, for example no device of the hot battery type conventionally used in prior convective drying processes.
  • a further technical advantage of the process according to the invention lies in the fact that said process does not require that the drying chamber include any water supply device, whether by vaporization or atomization of water or by supply of water vapor.
  • the water saturation of the ambient gas initially contained in the chamber is quickly reached, about 10 minutes after the start of the process, which does not lead to no disadvantage, in particular causes no cracks or premature shrinkage in the pieces of wood to be dried, it being understood that in step a) of the process, the temperature value increases gradually with the relative humidity value of the flow of gas.
  • the gas flow generator consists of a fan or a plurality of fans, whose power is adapted to generate a flow of gas whose speed, on the surface of the pieces of wood to be dried, allows heat transfer by viscous dissipation of mechanical energy.
  • the generator of a gas flow consists of a turbine or a plurality of turbines whose power is adapted to the implementation of the method.
  • the power of the gas flow generator may vary depending on the volume of the set of pieces of wood to be treated.
  • an important characteristic for the implementation of the method of the invention is the generation of a flow of gas whose velocity on the surface of the pieces of wood is such as to cause a heat source by viscous dissipation of mechanical energy.
  • the power required to cause the desired heating depends on the velocity gradient of the air flow in the space separating two pieces of wood, or two successive rows of piles of pieces of wood.
  • a gas flow generator is selected whose characteristics are adapted to generate a flow of gas flowing at a variable speed of at least 10 meters per second in the drying chamber, in order to obtain the heat release by viscous dissipation of the desired mechanical energy.
  • the gas contained in the drying chamber is chosen from atmospheric air and nitrogen.
  • step b) of the process when the pieces of wood have reached the desired degree of drying, they are gradually cooled before being discharged from the drying chamber.
  • the drying step b) is followed by a cooling step c).
  • the speed of the gas flow is reduced. A contribution Controlled outdoor air therefore allows to lower the temperature and relative humidity to the set values.
  • the cooling step c) is carried out according to the following two successive steps d) and c2): d) reducing the speed of the flow of gas flowing inside the enclosure , by reducing the power of the generator means of a gas flow, for example by reducing the speed of rotation of the blades of a fan, while keeping the gas inlet means closed, and c2) when the flow of gas has reached a cooling temperature set point, continue the cooling by admitting the external gas inlet into the interior of the enclosure.
  • the cooling temperature set point value may be a temperature whose value is between 1 10 0 C and 90 0 C depending on the case.
  • the set point of the cooling temperature can be 100 ° C +/- 1 ° C.
  • the temperature of the gas flow decreases until the cooling temperature setpoint is reached, and then the cooling is continued by admitting external gas, said external gas having a temperature below the value set point of the cooling temperature, said external gas being generally at the temperature of the external environment, that is to say at a temperature generally ranging from 10 0 C to 30 0 C.
  • step c) of cooling is variable according to the type of wood species to be treated, the volume of all the pieces of wood and the temperature of the gas flow at the end of step b ).
  • the dry wood obtained at the end of the drying process must undergo heat treatment at high temperature in order to stabilize the wood, for its various subsequent industrial uses.
  • drying chamber used for the implementation of the drying process described above which is thermally insulated and fluid-tight, it is possible to carry out the heat treatment subsequent to drying step b) in said enclosure. drying, without requiring the transfer of all the dry wood parts of the drying chamber, to a second heat treatment chamber. Conventionally, the heat treatment of dried wood pieces is carried out at a temperature ranging from 160 ° C. to 250 ° C.
  • Another object of the invention consists in a method of treating the pieces of wood comprising the following steps: a) drying the pieces of wood by implementing steps a) and b) of the drying process as defined above ; and b) heat treating the dried wood pieces obtained at the end of step a), in the same chamber as that used in step a), at a temperature of at least 150 ° C. and in general at most 250 ° C., and in the majority of cases, at most 200 ° C.
  • step a) of the above treatment method that is to say at the end of step b) of the drying process of the invention, the drying is continued until reaching a wood moisture value close to 0%.
  • the heat treatment step b) can be carried out at a temperature of about 160 ° C., for example at least 140 ° C. and at most 180 ° C., or at least 180 ° C. at least 150 ° C. and at most 170 ° C., the duration of the heat treatment step being easily adapted by those skilled in the art, depending on the heat treatment temperature that is applied.
  • the heat treatment stage b) is carried out by increasing the temperature of the circulating gas exclusively by viscous dissipation of the mechanical energy, in the form of absence of any other source of heat.
  • the drying chamber may be equipped with a heat source device, for example a resistor, which is intended to provide the energy necessary to achieve gas flow temperatures required by the heat treatment.
  • a heat source device for example a resistor
  • step b) of the above-mentioned woodworking treatment method consists of a heat treatment process for pieces of wood which in itself constitutes one of the aspects of the present invention.
  • the subject of the present invention is also a process for heat treatment of pieces of wood comprising a step of heating the pieces of dried wood at a temperature of at least 150 ° C. and at most 200 ° C., the heating being produced exclusively by viscous dissipation of the mechanical energy caused by the flow of a gas at high speed on the surface of the wood pieces to be heat treated.
  • the conditions of the above heat treatment process are exclusively process temperature value conditions, which can be easily determined by those skilled in the art, because the heat treatment process is carried out in a device identical to the described device. for drying wood pieces, elsewhere in this description.
  • the skilled person will have essentially, if not exclusively, to determine the speed of the gas flow, said speed of the flow of gas itself determining the temperature value heat treatment.
  • the duration of the heat treatment can vary from 1 hour to 24 hours from the moment when the heat treatment temperature set point value is reached, according to the size of the pieces of wood to be treated and the wood species.
  • the duration of the heat treatment varies from 1 hour to 10 hours, depending on when the set point of the heat treatment temperature has been reached. In many embodiments, the duration of the heat treatment varies between 1 hour and 5 hours, or even between 1 hour and 3 hours.
  • the invention also relates to a device for drying a set of pieces of wood, which is specially adapted for the implementation of the drying method which is described above in the present description, and which can be used also for the wood treatment method defined above, which comprises a drying step a) and a heat treatment step b) and a cooling step c).
  • the present invention therefore also relates to a device (100) for drying a set of pieces of wood, characterized in that it comprises a chamber (1 10) fluid-tight and thermally insulated from the outside environment, said enclosure comprising:
  • At least one gas inlet means (147) towards the inside of the enclosure whose flow, opening and closing are controllable
  • At least one means (T4) for measuring the humidity of the wood inside the enclosure At least one means (T4) for measuring the humidity of the wood inside the enclosure
  • the interior of said enclosure does not comprise any means generating heat or any device provided with a heat source in operating position, said enclosure comprising at least three volumes (A), (B) and (C) which follow one another in the flow direction of said gas flow when said gas flow generator (140) is in operating condition, each of the volumes (A), (B) and (C) respectively comprising an upstream face and a downstream face which follow in the flow direction of said gas flow, respectively:
  • volume (C) comprising the set of pieces of wood to be dried, located upstream of said volume (A) and downstream of said volume (B), in the direction of flow of said gas flow, and (i) said volume (C) comprising a downstream face in direct fluid communication with said volume (A);
  • said volume (C) comprising an upstream face in direct fluid communication with said volume (B); a volume (A) located upstream of the gas flow generator (140) and downstream of the volume (C), in the flow direction of said gas flow, said volume (A) being (i) through its upstream face in direct fluid communication with the downstream face of said volume (C) and (ii) by its downstream face, in indirect fluid communication, via the generator (140), with said volume (B); a volume (B) located downstream of the gas flow generator (140) and upstream of the volume (C), in the flow direction of said flow, said volume (B) being (i) by its downstream face, direct fluidic communication with the upstream face of said volume (C) and (ii) by its upstream face, in indirect fluid communication, via the generator (140), with said volume (A).
  • the only means in operating state which has the capacity to cause an increase in the temperature of the gas contained in said chamber is the generator (140) of a gas flow in the chamber. enclosure
  • said device may be equipped with one or more heat generating devices or one or more devices provided with a heat source, of the type of heat generating means that equip the known wood drying chambers, but provided that said one or more heat-generating devices and said one or more devices provided with a heat source are not in operation. It can be electrical resistance heat generating means whose power supply is cut off.
  • These may be heating batteries in which no water vapor circulates.
  • the gas inlet means (147) and the gas outlet means (148) preferably consist of electric valves, or electro-valves known in themselves, adapted to the regulation of a gas flow, including of an air flow.
  • the gas inlet means (147) is further equipped with a gas inlet flow acceleration device within the enclosure (1 10).
  • said gas flow acceleration device may be a bladed fan or a turbine device.
  • the downstream face of the volume (A) and the upstream face of the volume (B) are separated from each other by the gas flow generator (140).
  • the device (100) for drying a set of pieces of wood according to the invention is described in detail below, with reference to FIG.
  • the gas flow generator generally one or more fans or turbines, generates a flow of gas which circulates in the volume (A), then reaches the leading edge of the wood pieces, on the upstream face of the volume (B) then circulates in the space between the pieces of wood or the subassemblies of pieces of wood, in which the gas in forced circulation rises in temperature by production of thermal energy due to the viscous dissipation of the mechanical energy.
  • said device comprises a means for blocking the gas flow exchanges, respectively:
  • the device (100) according to the invention is characterized in that it comprises a mobile means which separates said volume (C) with, respectively:
  • the movable means consists of a movable partition or flap (136) disposed in the horizontal plane of the enclosure (1 10) whose lower face is in permanent contact with the upper face of all the pieces of wood. to dry, during the total duration of the process.
  • FIG. 1 One embodiment of a moving partition (136) is illustrated in FIG.
  • the movable partition (136) consists of two flaps (137) and
  • each of the flaps (137) and (138) which is opposite to the end in contact with the articulation means (139), is in contact, respectively:
  • the device (100) of the invention is characterized in that:
  • said volume (A) is delimited: on its lower face, by the lower inner wall of the enclosure (1 10);
  • said volume (C) is delimited by the outer surface of the set of pieces of wood to be dried which is placed on the lower wall of the enclosure (1 10), the upper face of said volume (C) being in contact with a partition
  • said partition (136) substantially gas-tight, said partition (136) separating said volume (C) from both (i) the portion of said volume (A) immediately upstream of the gas flow generator (140) and (ii) the portion of said volume (B) located immediately downstream of the gas flow generator (140).
  • said volume (c) of pieces of wood can be placed on a mobile means, for example a rolling platform, which makes it easy to load and unload the drying chamber.
  • the generator (140) of a gas flow consists of a fan or a plurality of fans, or an air turbine or a plurality of air turbines.
  • the power of the gas flow generator may vary according to the volume of the chamber (1 10) drying or the volume of the set of pieces of wood to dry.
  • the drying device (100) comprises two means for measuring the temperature of the gas inside the enclosure, respectively:
  • the measurement of the temperature difference of the gas in the volume (B) by the means T2 and in the volume (A) by the means T1 makes it possible to evaluate, during the implementation of the drying process described above, the progress of the drying of the pieces of wood.
  • the difference in temperature of the gas between the volume (B) and the volume (A) materializes the heat transfer due to the evaporation of the water contained in the pieces of wood. to dry which is transformed into steam on their surface. This difference is reduced here thanks to the energy source created by viscous dissipation of the mechanical energy.
  • the gas temperature difference between the volume (B) and the volume (A) decreases.
  • the gas temperatures in the volume (B) are substantially identical to the gas temperatures in the volume (A).
  • said device (100) comprises two means for measuring the relative humidity of the gas flow, respectively:
  • first means (T3) for measuring the relative humidity of the gas flow located in the volume (B);
  • This particular embodiment of the drying device (100) according to the invention allows a better control of the relative humidity of the gas flow during the implementation of the drying process.
  • the device (100) comprises, in one of its preferred embodiments, a plurality of control means, respectively:
  • At least one means for controlling the operation of the generator (140) of a gas flow at least one means for controlling the operation of the generator (140) of a gas flow; and at least one operating control means (i) of the external gas inlet means (147) towards the interior of the enclosure (1 10) or (ii) of the gas outlet means (148) the outside of the enclosure (1 10);
  • the thermal insulation of the enclosure (1 10) of drying vis-à-vis the external environment can be achieved through any type of known thermal insulation material.
  • said chamber (1 10) of drying comprises:
  • a floor consisting of a concrete screed, above which is placed a layer of cellular glass covering, for example of a thickness of 200 mm, and then, on the cellular glass coating is disposed a coating of stainless steel, for example with a thickness of 0.5 mm;
  • an outer covering consisting of a steel plate; a coating of light insulating material, of the glass wool type, for example of a thickness of 200 mm;
  • a coating of heavy insulating material for example of a thickness of 200 mm;
  • a coating made of stainless steel in direct contact with the internal atmosphere of the enclosure (1 10), for example with a thickness of 0.5 mm.
  • the drying device (100) according to the invention does not comprise any water supply device, whether it is a device for atomizing or spraying water, or a device for supply of water vapor. Indeed, as has been described above, thanks to the drying device according to the invention, the saturation of the gas stream with water vapor is rapidly reached inside the chamber (1 10) during the progressive heating the gas flow, in step a) of the drying process according to the invention, and without affecting the final quality of the dried wood obtained as the final product of the process. In other embodiments of the device (100) of the invention, said device does not include any device provided with a heat source, such as for example a resistor.
  • said device further comprises a device provided with a source of heat, for example a resistor, in particular in the embodiments in which the device (100) is used for the heat treatment of dried wood.
  • a source of heat for example a resistor
  • the device provided with an additional heat source is used to provide a source of energy complementary to the energy provided by the gas flow by viscous dissipation of the mechanical energy, in order to quickly reach the temperatures required for the subsequent heat treatment, which can vary from 160 ° C. to 250 ° C.
  • the device according to the invention may comprise a means for recovering the heat of the drying vapors.
  • the present invention also relates to a system for drying a set of pieces of wood, characterized in that it comprises:
  • At least one centralized control and control means connected at the same time with (i) the means for measuring temperature, measuring the humidity of the wood and for measuring the relative humidity of the gas and (ii) the generator ( 140) and the gas inlet and / or outlet control means.
  • the ambient gas contained in the chamber heats up by viscous dissipation of the mechanical energy at the surface of the pieces of wood to be dried contained in the volume ( VS).
  • the heated pieces of wood release their water, which vaporises on the surface of the wood and saturates the gas with water vapor.
  • the thermal insulation and fluid tightness of the enclosure (1 10) allows, especially in step a) and during the first phase of step (b) of the process, to maintain the gas contained in the enclosure (1 10) at a relative humidity value close to saturation, despite the gradual increase in the temperature of said gas.
  • the pieces of wood to be dried can thus gradually increase in temperature, with no noticeable difference in temperature between the core and the surface of the pieces of wood. , but also without significant temperature difference between the leading edge of the wood pieces located on the upstream face of the volume (C) and the trailing edge of said pieces of wood located on the downstream face of the volume (C).
  • step b) of the process when the target temperature of the gas is reached, the opening and closing of the admission (147) and outlet (148) gas admission means are controlled in order to regulating the relative humidity to predetermined predetermined set values.
  • the cooling step c) is implemented.
  • the speed of the gas flow is reduced.
  • a controlled intake of outside air consequently makes it possible to lower the temperature and the relative humidity to the setpoint values.
  • the humidity of the pieces of wood will have the desired desired value, for example between 8 and 25% humidity, more conventionally between 8 and 12% d 'humidity.
  • the humidity setpoint at the end of the drying process can be set at 25%.
  • the humidity set point at the end of the drying process may be less than 5%.
  • the process of the invention makes it possible to reduce the duration of the drying step by about 30% or more, for a final quality of the dry wood comparable to or greater than the final product obtained with the previous processes.
  • FIGURE
  • Figure 1 shows a schematic of a cross-section of a drying device (100).
  • FIG. 2 illustrates the evolution of the attack (“Ts ° to attack”) and leakage (“Ts ° exit”) temperatures of the air flow, and the evolution of the relative humidity. (“HR”) of the airflow, during a process of drying oak wood.
  • HR relative humidity
  • Fig. 2 it is observed that the driving temperature values (-) and the leakage temperature values (xxx) are superimposed. Relative humidity values decrease with drying time.
  • FIG. 3 illustrates the evolution of oak wood moisture during the drying process, for four pieces of control wood. Ordinate: water content (%); on the abscissa; time expressed in days.
  • FIG. 4 illustrates the evolution of the attack ("Ts ° to attack”) and leakage (Ts ° exit ”) temperatures of the air flow, and the evolution of the relative humidity (" HR ") Of the air flow, during a process of drying beech wood. On the ordinate: temperatures ( 0 C) and relative humidity (%). On the abscissa: time, expressed in days. In FIG. 4, it is observed that the driving temperature values (-) and the leakage temperature values (xxx) are superimposed. Relative humidity values decrease with drying time.
  • Figure 5 illustrates the evolution of beech wood moisture during the drying process, for four pieces of control wood. On the ordinate: water content (%), abscissa: time, expressed in days.
  • Example 1 was carried out in a drying chamber having an internal volume of 20 m 3 and equipped with 3 fans of 4 kW each to generate the air flow.
  • the water content of the control pieces was measured using resistive probes
  • the volume of wood to be dried was about 6 m 3 .
  • the total drying time was 24 days to bring the pieces of wood from an initial moisture value of 32% to a final moisture value of 8.5%.
  • the relative humidity of the airflow is rapidly increased to 100%, ie the saturation value.
  • Example 2 The method of Example 2 was carried out with the chamber described in Example 1.
  • the volume of wood to be dried was about 6 m 3 . It was a pile of beech edged 35 mm thick.
  • the speed of the air flow generated inside the drying chamber was of the order of 10 m / s.
  • the results are illustrated in FIGS. 4 and 5.
  • the average energy consumption during the entire duration of the process was 1.26 kWh / kg of evaporated water.
  • the total drying time was 14 days to bring the wood pieces from an initial moisture value of 42% to a final moisture value of 6.5%.
  • the relative humidity of the airflow is rapidly increased to 100%, ie the saturation value.
  • FIG. 5 illustrate, using measurements made on four sample boards, that the progression of the drying of the pieces of wood is very homogeneous over the entire volume of all the pieces of wood to be dried.

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé pour le séchage et le traitement thermique de pièces de bois à l'intérieur d'une enceinte de séchage, qui comprend une étape de chauffage d'un flux de gaz à l'intérieur de ladite enceinte, exclusivement par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique à la surface desdites pièces de bois. L'invention est aussi relative à un dispositif pour la mise en œuvre du procédé ci-dessus.

Description

Procédé pour le séchage de bois et dispositif pour sa mise en œuyre
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte au domaine du séchage et du traitement thermique de bois, en particulier de bois scié en planches disposées en piles.
ART ANTERIEUR
Préalablement à son utilisation dans l'industrie, le bois provenant des arbres fraîchement abattus doit être séché, en général à la suite d'une opération dite de « premier débit » comprenant le sciage, le déroulage et le tranchage du bois fraîchement coupé.
On connaît principalement deux types de techniques de séchage du bois, respectivement le séchage par extraction mécanique et le séchage thermique.
En général, le séchage thermique est privilégié, en particulier en raison du fait que ce type de séchage est le mieux adapté pour l'obtention d'un produit fini possédant une humidité résiduelle faible et qu'il est également mieux adapté que le séchage par extraction mécanique pour le traitement d'un grand volume de bois.
On connaît divers procédés de séchage thermique du bois.
Le procédé industriel le plus répandu consiste en un procédé de séchage convectif consistant à faire passer, sur les pièces de bois à sécher, un courant d'air chaud à la surface des planches, le courant d'air chaud jouant le rôle de vecteur d'énergie. Simultanément, l'humidité de l'air est contrôlée en permanence, de manière contrôlée.
Dans les dispositifs de séchage thermique, la température de l'air est contrôlée grâce à la mise en œuvre de batteries de chauffe, la circulation de l'air ainsi chauffé étant assurée par des dispositifs appropriés.
Ainsi, les dispositifs de séchage par convection connus comprennent (1 ) une enceinte ou cellule contenant les pièces de bois à sécher, (2) un système de conditionnement comprenant un ensemble chauffant, un système d'humidification de l'air et un système de circulation de l'air chauffé et humidifié et (3) des systèmes de contrôle de la température et de l'humidité de l'air, qui sont placés dans ladite enceinte ou cellule.
Les cellules ou enceintes de séchage sont réalisées en bois, en tôle ou encore en maçonnerie, par exemple en béton. Le système de chauffage peut être alimenté par de l'eau chaude, de la vapeur d'eau à haute ou basse pression, de l'air chaud ou bien encore par de l'électricité. Couramment, on utilise des batteries de chauffe alimentées par de la vapeur d'eau.
Le système d'humidification de l'air peut être d'un type varié, par exemple un système de vaporisation ou atomisation d'eau, ou bien un système d'injection de vapeur à l'intérieur de la cellule ou enceinte. Un contrôle de l'humidité de l'air peut être obtenu par actionnement de cheminées d'entrée d'air frais et de sortie d'air humide.
Le système de ventilation peut consister en un système de ventilation naturelle, pour la mise en œuvre duquel on tire parti simplement de la différence de densité entre l'air chaud et l'air froid. Le système de ventilation peut aussi consister en un système de ventilation artificielle, par exemple à l'aide de ventilateurs. Généralement, la vitesse de l'air en circulation dans la cellule ou enceinte est inférieure à 5 mètres/seconde.
Les dispositifs de séchage actuels par convection sont satisfaisants.
Toutefois, il existe un besoin dans l'état de la technique pour des procédés et des dispositifs de séchage de bois, améliorés ou alternatifs par rapport aux procédés et aux dispositifs connus, qui sont susceptibles de permettre une réduction du temps de séchage par rapport aux techniques connues et qui sont susceptibles de permettre le séchage du bois à des coûts réduits et avec une économie d'énergie par rapport aux procédés connus. II va de soi que le ou les procédés améliorés doivent permettre des conditions de séchage du bois, notamment en ce qui concerne la vitesse de séchage et l'uniformité du séchage, au moins aussi satisfaisantes que les procédés actuels, en vue d'obtenir du bois séché produit final qui soit au moins d'aussi bonne qualité que le bois qui a été séché selon les techniques connues.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
Le demandeur s'est attaché à la mise au point d'un procédé amélioré de séchage du bois par air chaud climatisé qui permette l'obtention d'un produit final qui soit au moins d'aussi bonne qualité que le bois séché obtenu par les procédés connus, et qui soit si possible d'un coût moindre que le coût des procédé connus.
De manière surprenante, on a montré selon l'invention que le séchage de bois pouvait être réalisé selon un procédé dans lequel l'énergie de séchage est apportée par un flux d'air circulant à grande vitesse à la surface des pièces de bois à sécher, ledit procédé ne nécessitant la mise en œuvre d'aucun dispositif spécifique d'apport de chaleur à l'air de séchage, par exemple du type des batteries chaudes qui sont conventionnellement utilisées.
On a ainsi montré selon l'invention que, de manière surprenante, un séchage de grande qualité du bois pouvait être obtenu par la génération, à l'intérieur d'une enceinte de séchage de caractéristiques adaptées, d'un flux de gaz circulant à grande vitesse à la surface des pièces de bois à sécher, le chauffage du flux de gaz étant réalisé exclusivement par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique à la surface des pièces de bois à sécher.
La présente invention a pour objet un procédé pour le séchage d'un ensemble de pièces de bois placé dans une enceinte, les pièces de bois, ou des sous-ensembles de pièces de bois, étant séparés les uns des autres par des espaces dans lesquels circule un gaz, ladite enceinte étant à la fois étanche aux fluides et thermiquement isolée de l'environnement extérieur, et ladite enceinte comprenant :
- au moins un moyen générateur d'un flux de gaz circulant dans les espaces séparant les pièces de bois, ou les sous-ensembles de pièces de bois, - au moins un moyen d'entrée de gaz vers l'intérieur de l'enceinte, dont l'ouverture, la fermeture et le débit sont contrôlables,
- au moins un moyen de sortie de gaz vers l'extérieur de l'enceinte, dont l'ouverture et la fermeture sont contrôlables,
- au moins un moyen de mesure de la température du gaz à l'intérieur de l'enceinte,
- au moins un moyen de mesure de l'humidité relative du gaz à l'intérieur de l'enceinte,
- au moins un moyen de mesure de l'humidité du bois à l'intérieur de l'enceinte, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : a) charger en vapeur d'eau le gaz contenu dans l'enceinte par évaporation d'une partie de l'eau contenue dans lesdites pièces de bois, en générant la circulation forcée d'un flux dudit gaz dans les espaces séparant les pièces de bois, ou les sous-ensembles de pièces de bois, le chauffage dudit gaz à l'intérieur de l'enceinte étant réalisé exclusivement par l'énergie générée par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique provoquée par l'écoulement dudit gaz, jusqu'à l'obtention des valeurs de température et d'humidité relative désirées pour ledit gaz ; b) sécher lesdites pièces de bois, exclusivement par chauffage dudit gaz par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique, en fixant, à chaque intervalle de temps d'une pluralité d'intervalles de temps constituant la durée totale de l'étape de séchage, la température et l'humidité relative dudit gaz à des valeurs désirées,
- la valeur de température dudit gaz étant contrôlée en faisant varier la vitesse du flux de gaz généré ; et
- la valeur d'humidité relative dudit gaz étant contrôlée par l'admission contrôlée d'un volume de gaz externe vers l'intérieur de ladite enceinte ou par l'évacuation contrôlée d'un volume dudit gaz vers l'extérieur de ladite enceinte.
Par « sous-ensemble » de pièces de bois, on entend selon l'invention que les pièces de bois peuvent être disposées dans l'enceinte par exemple sous forme d'une pluralité de piles de pièces de bois. Dans ce mode de réalisation, le flux de gaz circule entre les piles de pièces de bois, chaque pile de pièces de bois constituant un « sous- ensemble » de pièces de bois inclus dans l'ensemble de pièces de bois à sécher.
Avec le procédé de séchage selon l'invention, le chauffage du flux de gaz à l'intérieur de l'enceinte est obtenu exclusivement par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique dudit flux de gaz à la surface des pièces de bois à sécher, du fait d'une vitesse dudit flux de gaz à la surface des pièces de bois qui est d'au moins dix mètres par seconde.
On rappelle que dans les dispositifs classiques de séchage par convection comprenant une source de chaleur, le flux de gaz circule à une vitesse d'environ 2 à 5 mètres par seconde.
Avec le procédé selon l'invention, le chauffage du flux de gaz par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique est obtenu grâce au cisaillement du fluide lors de son passage entre les lits de planches et, faiblement, au niveau du ventilateur, le niveau de production d'énergie augmentant avec les vitesses d'écoulement croissantes du gaz. Ainsi, l'énergie nécessaire pour réaliser le séchage, c'est à dire pour extraire l'eau contenue initialement dans la masse du bois puis pour absorber l'eau extraite sous forme de vapeur, est apportée par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique de l'énergie mécanique du flux de gaz circulant à grande vitesse à la surface des pièces de bois à sécher. Lors de la mise en oeuvre du procédé, le gaz circule en circuit fermé, et à grande vitesse, à l'intérieur de l'enceinte étanche aux fluides. Ainsi, le flux de gaz circule en boucle dans les espaces séparant les pièces de bois, ou les sous-ensembles de pièces de bois.
Ainsi, lorsque l'on met en œuvre le procédé de séchage selon l'invention, la température du flux de gaz est contrôlée exclusivement en faisant varier la vitesse du flux de gaz généré à la surface des pièces de bois à sécher, et plus généralement à l'intérieur de l'enceinte de séchage.
Avec le procédé selon l'invention, qui est réalisé dans une enceinte de séchage qui est à la fois étanche aux fluides et thermiquement isolée de l'environnement extérieur, le séchage du bois est obtenu en l'absence d'un quelconque apport de chaleur autre que la chaleur générée par le transfert thermique provoqué par la dissipation visqueuse de l'énergie mécanique du flux de gaz.
Le procédé de l'invention peut donc être mis en oeuvre dans une enceinte de séchage ne comprenant pas de générateur de chaleur ou batterie de chauffe conventionnels, par exemple du type de ceux utilisés classiquement dans des enceintes pour le séchage du bois, y compris les systèmes de chauffage alimentés par de l'eau chaude, de la vapeur d'eau, les systèmes à résistances électriques et les systèmes à circulation d'huile. Au sens de la présente description, une enceinte ne comprend pas de générateur de chaleur conventionnel lorsque ladite enceinte n'est équipée d'aucun dispositif générateur de chaleur conventionnel placé à l'intérieur du volume de l'enceinte. Dans certains modes de réalisation, ladite enceinte ne comprend pas non plus de générateur de chaleur placé à l'extérieur du volume de l'enceinte, par exemple sur le trajet fluidique du gaz externe entrant dans l'enceinte. Selon l'invention, les expressions «intérieur de l'enceinte » ou « volume de l'enceinte » désigne le volume intérieur de l'enceinte dans lequel sont placées les pièces de bois à sécher.
Alternativement, dans certains autres modes de réalisation, le procédé de séchage de l'invention peut être mis en oeuvre dans une enceinte équipée d'une batterie de chauffe placée à l'intérieur de l'enceinte, ladite batterie de chauffe étant inactive au cours de la mise en oeuvre du procédé. Dans un tel mode de réalisation, la batterie de chauffe qui équipe l'enceinte peut être utilisée dans d'autres étapes du traitement du bois, par exemple lors d'une étape facultative de traitement thermique du bois qui est ultérieure à l'étape de séchage.
Comme cela sera détaillé plus loin dans la description, le chauffage par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique du flux de gaz sur la surface des pièces de bois entraîne une vaporisation de l'eau présente à la surface du bois. En conséquence, le flux de gaz se charge en eau et la vapeur résultante circule ensuite à grande vitesse et en circuit fermé dans l'enceinte étanche aux fluides et thermiquement isolée.
Selon une caractéristique importante du procédé de l'invention, du fait que l'enceinte de séchage est à la fois étanche aux fluides et thermiquement isolée de l'environnement extérieur, ledit procédé de séchage peut être réalisé en l'absence de dispositif d'apport d'eau ou de dispositif d'apport de vapeur d'eau exogène. L'humidité relative du flux de gaz circulant dans l'enceinte de séchage provient exclusivement de l'eau contenue initialement dans les pièces de bois à sécher. En effet, en se réchauffant par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique sur la surface des pièces de bois, le flux de gaz augmente sa capacité d'absorption de l'eau à la surface des pièces de bois en cours de traitement.
Ainsi, avec le procédé de l'invention, le contrôle de la valeur d'humidité relative du flux de gaz circulant dans l'enceinte peut être réalisé de manière simple et très précise, en faisant varier le débit d'entrée de l'air extérieur vers l'intérieur de l'enceinte. De plus, grâce au procédé de l'invention, l'humidité relative du flux de gaz est toujours très homogène dans la totalité du volume de l'enceinte du fait que l'eau est entraînée dans le flux de gaz à partir de la totalité de la surface des pièces de bois occupant une grande partie du volume de l'enceinte de séchage. C'est une caractéristique importante du procédé de l'invention qui permet de réaliser un séchage uniforme des pièces de bois à traiter et qui permet d'obtenir à la fin du procédé des pièces de bois séché de très haute qualité structurelle. Notamment, lors de la mise en oeuvre du procédé de l'invention, le flux de gaz circulant est à température et humidité relative identiques, ou sensiblement identiques, quelle que soit la localisation dans le volume de l'enceinte.
Grâce aux nombreuses caractéristiques spécifiques, du procédé de l'invention, toutes les pièces de bois sèchent à la même vitesse, quelle que soit leur localisation dans le volume de l'enceinte. L'obtention d'une grande homogénéité des valeurs de température et d'humidité relative du flux de gaz ne pouvait être obtenu avec les dispositifs connus équipés d'un chauffage et de buses d'humidification générant nécessairement des variations locales des valeurs de température et d'humidité relative du flux de gaz, et entraînant un séchage moins uniforme du bois, et en conséquence l'obtention de pièces de bois séché de qualité inférieure à celle du bois traité selon le procédé de l'invention.
De plus, du fait que le procédé de l'invention est réalisé à l'intérieur d'une enceinte qui est thermiquement isolée de l'environnement extérieur, il ne se produit pas, ou pratiquement pas, de condensation d'eau à la surface des parois de ladite enceinte, cette caractéristique additionnelle contribuant au contrôle précis de l'humidité relative du flux de gaz pendant toute la durée du procédé.
En outre, le fait que l'enceinte de séchage consiste en une enceinte étanche aux fluides accroît encore la capacité à exécuter le procédé de l'invention en contrôlant de manière précise l'humidité relative du flux de gaz circulant pendant toute la durée du procédé.
En particulier, les caractéristiques d'étanchéité aux fluides de l'enceinte de séchage permet de contrôler de manière extrêmement précise le débit d'admission de l'air extérieur vers l'intérieur de l'enceinte, à chaque instant ou intervalle de temps pendant la durée totale dudit procédé. Le fait que la température et l'humidité relative du flux de gaz soient les mêmes en toute localisation dans le volume intérieur de l'enceinte à un instant donné, combiné au fait que la température et l'humidité relative dudit flux de gaz sont précisément contrôlées pendant toute la durée du procédé, permet l'obtention de pièces de bois séché de plus grande qualité que les mêmes pièces de bois séchées selon les techniques connues. Le demandeur a observé que le procédé de l'invention permet d'obtenir des pièces de bois séché qui possèdent une réduction du nombre de fentes indésirables, ou même une absence de fente, et dont le taux d'humidité est homogène à la fois (i) dans la totalité de la masse d'une pièce de bois donnée et (ii) d'une pièce de bois à une autre pièce de bois, dans un lot donné de pièces de bois traitées simultanément.
Un autre avantage du procédé de l'invention consiste en la possibilité de traiter en une seule étape des pièces de bois ayant un haut degré d'humidité, par exemple du bois qui vient d'être scié, sans nécessité l'exécution d'étapes préalables de ressuyage ou de pré-séchage qui sont obligatoires avec les techniques connues. L'expression « humidité relative >> est utilisée, dans la présente description, dans son sens technique conventionnel : c'est la quantité de vapeur d'eau qui se trouve dans une particule d'air, par rapport à la quantité d'eau maximale que peut contenir ladite particule d'air selon son niveau de température. Ainsi, une particule d'air est « saturée » en eau pour une valeur de 100% d'humidité relative. Ainsi, selon l'invention, l'humidité relative du flux de gaz circulant à l'intérieur de l'enceinte, qui peut être désignée φ correspond au rapport de la pression partielle de vapeur d'eau contenue dans ledit gaz, Pvap, sur la pression de vapeur saturante ou tension de vapeur à la même température Psat (T). Exprimée en pourcentage, l'humidité relative répond à la formule suivante :
' vap : X 100
Psat(T)
Classiquement, l'humidité relative du flux de gaz à l'intérieur de l'enceinte est mesurée à l'aide d'un dispositif de mesure psychromètre. En général, un psychromètre comprend deux thermomètres identiques, localisés dans l'enceinte de séchage à faible distance l'un de l'autre, respectivement :
- un premier thermomètre , encore appelé « thermomètre sec », dont la partie sonde de température est en contact direct avec le flux de gaz à l'intérieur de l'enceinte de séchage ; et
- un second thermomètre , encore appelé « thermomètre humide », dont la partie sonde, également à l'intérieur de l'enceinte de séchage est constamment humidifiée. La valeur d'humidité relative du flux de gaz circulant à l'intérieur de l'enceinte de séchage est déterminée par (i) calcul de la différence des températures mesurées respectivement par le premier et le second thermomètre, puis (il) consultation des tables de références connues de l'homme du métier qui indiquent la valeur d'humidité relative en pourcentage, pour (a) la température mesurée avec le « thermomètre sec » et (b) la valeur de différence de température calculée.
Par exemple, pour la détermination de la valeur d'humidité relative à partir de (a) une valeur de température « sèche » donnée et (b) une différence de température donnée, l'homme du métier se référera avantageusement aux tables de références contenues dans l'ouvrage de Houberechts A., (1989. La thermodynamique technique, tables et diagrammes thermodynamiques, 4IΘmΘ édition, Vander, Bruxelles).
A l'étape a) du procédé, après chargement de l'enceinte de séchage avec l'ensemble de pièces de bois à sécher, le gaz contenu dans l'enceinte, en général de l'air, est chargé en vapeur d'eau durant le chauffage dudit gaz par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique. A l'étape a), on génère la circulation forcée d'un flux du gaz contenu dans l'enceinte, en général de l'air ambiant, lequel gaz, chauffé par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique, chauffe à son tour la surface des pièces de bois, par échange convectif, se charge en humidité avec l'eau provenant du bois chauffé qui est vaporisée à partir de la surface du bois. Du fait de l'utilisation d'une enceinte de séchage étanche aux fluides, le gaz ambiant, par exemple l'air ambiant, à l'intérieur de l'enceinte atteint rapidement une valeur d'humidité proche de 100%.
De plus, du fait de l'utilisation d'une enceinte de séchage étanche aux fluides et très bien isolée, le gaz ambiant est maintenu à une valeur d'humidité relative proche de 100%, malgré l'augmentation progressive de la température dudit gaz.
Au contraire, avec les dispositifs de séchage conventionnels équipés de moyens d'humidification, l'augmentation de la température provoque la diminution de l'humidité relative. A l'étape a), comme d'ailleurs pour la suite des étapes du procédé de l'invention, on utilise au moins un moyen de mesure de la température du gaz à l'intérieur de l'enceinte et au moins un moyen de mesure de l'humidité relative du gaz à l'intérieur de l'enceinte, afin que les valeurs de température et d'humidité relatives désignées à la fin de l'étape a), qui peuvent également être appelées « valeurs de consigne », soient atteintes.
Grâce au procédé selon l'invention, l'étape a) au cours de laquelle le gaz contenu dans l'enceinte est chargé en vapeur d'eau jusqu'à l'obtention d'une humidité relative proche de 100%, possède une durée courte variant de 5 minutes à 20 minutes, selon la valeur de température de consigne qui a été fixée. L'étape a) de chargement du gaz en vapeur d'eau a une durée qui est en général d'environ 10 minutes.
L'étape b) constitue l'étape de séchage proprement dite, au cours de laquelle le flux de chaleur généré par le flux de gaz à la surface des pièces de bois à sécher transforme l'eau liquide contenue dans lesdites pièces de bois en vapeur.
A l'étape b), selon le type d'essence de bois, selon le degré d'humidité du bois préalablement à la mise en œuvre du procédé et selon le volume moyen de chacune des pièces de bois à sécher, la combinaison des valeurs de température du gaz et d'humidité relative dudit gaz sont connues à l'avance. La combinaison des valeurs de température et d'humidité relative du gaz au début de l'étape b) du procédé peuvent être aisément déterminées par l'homme du métier, par exemple à l'aide des données contenues dans l'ouvrage de Aléon et al. (D. Aléon, P. Chanrion, G. Négrié, J. Perez et
O. Snieg - « Séchage du bois - Guide Pratique », 1990, Ed. CTBA).
Classiquement, au début de l'étape b) du procédé, le taux de séchage des pièces de bois est constant et ne dépend que des conditions de température et d'humidité relative du gaz contenu dans l'enceinte : il s'agit de la phase de séchage à vitesse constante. Lors de la phase de séchage à vitesse constante, la température de surface des pièces de bois est égale à la température humide de l'air.
A l'étape b) du procédé, la valeur de température du flux de gaz est contrôlée en faisant varier la vitesse du flux de gaz généré. Selon le procédé de l'invention, le ou les moyens de mesure de la température du gaz à l'intérieur de l'enceinte de séchage peuvent être de tout type connu, y compris des sondes platines, des thermistances ou des thermocouples.
La valeur d'humidité relative du gaz peut être contrôlée par (i) l'évacuation contrôlée d'un volume dudit gaz vers l'extérieur de ladite enceinte, en commandant l'ouverture du moyen de sortie du gaz vers l'extérieur de l'enceinte, ou bien (ii) en commandant l'admission contrôlée d'un volume de gaz externe vers l'intérieur de ladite enceinte, par l'ouverture du moyen d'entrée de gaz pendant un intervalle de temps déterminé, ou bien (iii) en commandant à la fois l'admission contrôlée d'un volume de gaz externe vers l'intérieur de ladite enceinte et simultanément l'évacuation contrôlée d'un volume du gaz contenu dans l'enceinte vers l'extérieur de cette dernière.
Dans certains modes de réalisation du procédé, l'admission contrôlée de gaz externe et l'évacuation de gaz interne à l'enceinte sont simultanées et continues pendant la totalité de la durée de l'étape b) de séchage . Préférentiellement, la valeur d'humidité relative du gaz en circulation est contrôlée par l'admission contrôlée d'un volume de gaz externe vers l'intérieur de l'enceinte de séchage en ouvrant le moyen d'entrée du gaz extérieur, à un débit de gaz contrôlé.
Dans certains modes de réalisation du procédé, le gaz extérieur a été chauffé à l'extérieur de l'enceinte, préalablement à son admission à l'intérieur de ladite enceinte. Par exemple, on peut récupérer l'énergie des vapeurs chaudes qui sont évacuées vers l'extérieur de l'enceinte dans un dispositif échangeur de chaleur, et ledit dispositif échangeur de chaleur peut être utilisé pour réchauffer du gaz extérieur, préalablement à son admission à l'intérieur de l'enceinte. Dans tous les cas, la température du gaz externe, le cas échéant préalablement chauffé, est au plus égale à la température du flux de gaz circulant à l'intérieur de l'enceinte.
Comme cela est connu, cette première phase du séchage est poursuivie tant que la surface des pièces de bois est alimentée en eau libre par l'eau contenue dans la masse des pièces de bois à sécher.
Puis, dans une seconde phase du séchage, lorsque la surface des pièces de bois atteint le domaine hygroscopique, la pression de vapeur à la surface des pièces de bois devient inférieure à la pression de vapeur saturante, à la température de séchage déterminée. Lors de cette seconde phase de séchage, le flux de vapeur externe est réduit et la quantité de chaleur fournie au produit est temporairement supérieure au besoin nécessaire au changement de phase. L'énergie en excès chauffe le solide, d'abord en surface, puis, grâce à la conduction thermique, au cœur des pièces de bois à sécher.
A ce stade du séchage, deux zones peuvent être distinguées dans le milieu poreux des pièces de bois à sécher : une zone interne dans laquelle la migration liquide, la plus efficace, est le mécanisme dominant et une zone périphérique, plus sèche, proche de la surface en contact avec le flux de gaz chaud, dans laquelle seule la diffusion de vapeur et/ou d'eau liée reste possible.
A la fin de cette seconde phase de séchage, la région de migration liquide s'amenuise et finit par disparaître. Le séchage est alors terminé, lorsque la température de la surface des pièces de bois à sécher atteint la température du flux de gaz généré à l'intérieur de l'enceinte de séchage, et lorsque la teneur en eau est partout égale à la teneur en eau d'équilibre des pièces de bois à sécher.
Les caractéristiques ci-dessus du processus de séchage du bois sont bien connues par l'homme du métier. Ces mêmes caractéristiques de séchage sont utilisées pour les procédés antérieurs de séchage du bois par convection.
Comme cela est illustré ci-dessus, l'étape b) de séchage comprend une pluralité d'intervalles de temps. Pour chaque intervalle de temps, on fixe une combinaison spécifique de valeurs de température et d'humidité relative du flux de gaz en circulation forcée à la surface des pièces de bois à sécher.
Ainsi, à chaque intervalle de temps, de la pluralité d'intervalles de temps successifs qui constituent la durée totale de l'étape b) de séchage, la combinaison d'une valeur de consigne de température et d'une valeur de consigne d'humidité relative du flux de gaz est fixée, selon des méthodes connues en soi et déjà utilisées pour les procédés de séchage de bois par convection connus dans l'art antérieur.
La durée respective des phases à vitesse constante et à vitesse décroissante dépend fortement du lot à sécher, notamment de l'essence du bois et de l'état hydrique initial. En général, la température du flux de gaz à l'intérieur de l'enceinte de séchage durant ces deux phases varie de 350C à 1200C, des niveaux de température de l'ordre de 1500C pouvant être utilisés pour certaines essences peu sensibles à la température.
Dans certains modes de réalisation de l'exécution de la phase de séchage à vitesse décroissante, les valeurs de température et d'humidité relative du gaz en circulation sont principalement contrôlées en faisant varier la vitesse du flux de gaz. Toutefois, les valeurs de température et d'humidité relative du gaz en circulation peuvent être partiellement contrôlées par l'admission d'une quantité déterminée de gaz extérieur, vers l'intérieur de l'enceinte.
Au début de l'étape b), lors de la phase de séchage dite « à vitesse constante », la valeur d'humidité du flux de gaz à l'intérieur de l'enceinte est en général fixée à une valeur de consigne proche de 100% d'humidité relative. Puis, lors de l'étape de séchage ou de déshydratation dite « à vitesse décroissante », la valeur d'humidité relative du flux de gaz circulant à l'intérieur de l'enceinte est fixée à des valeurs de consigne de plus en plus petites.
La durée totale de l'étape b) de séchage varie selon le type d'essence de bois à traiter, le volume et la géométrie de chacune des pièces de bois à traiter, ainsi qu'avec le degré d'humidité initial du bois à sécher et le degré d'humidité final du bois qui est désiré.
Classiquement, le degré d'humidité d'un bois est calculé selon la formule suivante :
Figure imgf000013_0001
H% = x 100 ,
M3
dans laquelle : - MH est la masse humide du bois ; et
- Ms est la masse du bois après dessiccation, par exemple à l'étude.
En général, dans ces procédés de séchage du bois, l'évolution degré d'humidité/moyen du bois au cours du temps de séchage est déterminée par le pesage, à différents instants donnés du procédé, de pièces ou planches de bois « témoins », localisées à différents endroits de l'ensemble de pièces de bois à sécher.
Dans d'autres modes de réalisation, le degré d'humidité du bois peut être déterminé à l'aide de dispositifs de mesure adaptés, en particulier un hygromètre capacitif fonctionnant sur le principe d'un condensateur à plaque ouverte, ou d'un hygromètre résistif, comprenant deux électrodes et permettant de déterminer le degré d'humidité du bois grâce à des relations empiriques établies entre résistivité et teneur en eau.
Grâce au procédé de séchage selon l'invention, ledit séchage peut être réalisé avec un flux de gaz ayant une haute valeur d'humidité relative, sans nécessiter d'apport exogène d'eau, qu'il s'agisse d'eau vaporisée ou atomisée ou de vapeur d'eau apportée à l'intérieur de l'enceinte au cours du procédé de séchage.
De plus, grâce au procédé selon l'invention, l'étape de séchage peut être réalisée à des valeurs élevées de température du flux de gaz, sans nécessiter un chauffage du gaz par l'intermédiaire d'un dispositif chauffant ou d'une quelconque source de chaleur, comme c'est le cas dans les procédés de séchage de bois conventionnels, puisque la chaleur est exclusivement apportée par transfert thermique du fait de la dissipation visqueuse de l'énergie mécanique du gaz circulant de manière forcée et à grande vitesse à la surface des pièces de bois à sécher.
Classiquement, les pièces de bois qui sont chargées à l'intérieur de l'enceinte de séchage sont ordonnées en une pluralité de rangées de piles adjacentes disposées horizontalement, deux rangées successives de piles étant séparées l'une de l'autre par un espace dans lequel circule le flux de gaz qui est généré.
En général, une pile de pièces de bois comprend une pluralité de couches, aussi appelées « lits », de planches. Chaque couche de planches est séparée de la couche de planche supérieure et/ou inférieure par des baguettes cales, aussi appelées « épingles », ce qui permet de ménager un espace entre chaque couche de planches dans lequel le flux de gaz peut circuler.
Ainsi, de préférence, une pile de pièces de bois déterminée est séparée des piles correspondantes respectivement de la rangée supérieure à la rangée inférieure par des baguettes de bois sec. Du fait de l'utilisation de baguettes de bois déjà sec, la distance séparant deux piles superposées, qui forment l'espace dans lequel circule ledit flux de gaz au cours de la mise en œuvre du procédé, est constante, ou sensiblement constante, pendant la durée totale du procédé de séchage.
De manière générale, l'épaisseur des baguettes cales utilisées pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention est inférieure à l'épaisseur des baguettes cales utilisées classiquement pour exécuter les procédés de séchage connus par chauffage convectif. En général, la distance séparant deux piles superposées, qui est la distance séparant deux rangées successives de piles, varie de 10 mm à 30 mm. De préférence, l'espace séparant deux rangées successives de piles de bois varie de 10 mm à 20 mm et est classiquement d'environ 15 mm.
En général, l'ensemble des pièces de bois à sécher possède une forme générale parallélépipédique.
Grâce au procédé de séchage selon l'invention, on obtient un séchage du bois beaucoup plus homogène qu'avec les procédés de séchage antérieurs par convection. On a ainsi observé, au cours de l'étape b) de séchage, que la différence de température du flux de gaz circulant au niveau du bord d'attaque de l'ensemble de pièces de bois à sécher et la température du flux de gaz circulant au niveau du bord de fuite de l'ensemble des pièces de bois à sécher était faible, de l'ordre de 1 °C ou moins. Cette dernière caractéristique signifie que, malgré la perte d'énergie du flux de gaz due au séchage du bord d'attaque vers le bord de fuite, il est opéré un transfert thermique à la surface des pièces de bois à traiter qui est sensiblement constant sur la totalité du trajet du flux de gaz en circulation forcée entre lesdites pièces de bois.
De plus, comme cela est illustré dans les exemples, la teneur en eau de pièces de bois témoins, localisées dans des endroits distants les uns des autres dans l'ensemble de pièces de bois à sécher, évolue de manière sensiblement identique, pendant toute la durée du procédé de séchage.
De plus, pour un même ensemble de pièces de bois déterminé, de même essence de bois, de même géométrie et volume et de même degré d'humidité initiale, la durée totale du séchage est plus courte avec le procédé de l'invention qu'avec les procédés conventionnels par convection.
Un avantage supplémentaire du procédé de séchage selon l'invention réside dans le fait que ledit procédé ne requiert aucun dispositif muni d'une source de chaleur, par exemple aucun dispositif du type batterie chaude conventionnellement utilisé dans les procédés de séchage antérieurs par convection. Un avantage technique supplémentaire du procédé selon l'invention réside dans le fait que ledit procédé ne requiert pas que l'enceinte de séchage comprenne un quelconque dispositif d'apport d'eau, que ce soit par vaporisation ou atomisation d'eau ou encore par apport de vapeur d'eau. En effet, comme cela a déjà été mentionné précédemment, avec le procédé de l'invention, la saturation en eau du gaz ambiant contenu initialement dans l'enceinte est rapidement atteinte, environ 10 minutes après le démarrage du procédé, ce qui n'entraîne aucun inconvénient, en particulier ne provoque aucune fissure ou aucun retrait prématuré dans les pièces de bois à sécher, étant entendu qu'à l'étape a) du procédé, la valeur de température croît progressivement avec la valeur d'humidité relative du flux de gaz.
Dans certains modes de réalisation particuliers du procédé, le générateur de flux de gaz consiste en un ventilateur ou une pluralité de ventilateurs, dont la puissance est adaptée pour générer un flux de gaz dont la vitesse, à la surface des pièces de bois à sécher, permet le transfert thermique par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique. Dans d'autres modes de réalisation du procédé, le générateur d'un flux de gaz consiste en une turbine ou une pluralité de turbines dont la puissance est adaptée à la mise en œuvre du procédé.
La puissance du générateur de flux de gaz peut varier en fonction du volume de l'ensemble de pièces de bois à traiter. Comme cela a déjà été mentionné précédemment, une caractéristique importante, pour la mise en œuvre du procédé de l'invention, est la génération d'un flux de gaz dont la vitesse à la surface des pièces de bois soit telle qu'elle provoque une source de chaleur par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique.
Ainsi, pour un générateur de flux de gaz fonctionnant à une puissance déterminée et pour un ensemble de pièces de bois d'un volume déterminé, la puissance nécessaire pour provoquer réchauffement désiré dépend du gradient de vitesse du flux d'air dans l'espace séparant deux pièces de bois, ou deux rangées successives de piles de pièces de bois.
En général, pour la mise en œuvre du procédé de l'invention, on choisit un générateur de flux de gaz dont les caractéristiques sont adaptées pour générer un flux de gaz circulant à une vitesse variable d'au moins 10 mètres par seconde dans l'enceinte de séchage, afin d'obtenir le dégagement thermique par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique désirée.
De préférence, le gaz contenu dans l'enceinte de séchage est choisi parmi l'air de l'atmosphère et l'azote.
A la suite de l'étape b) du procédé, lorsque les pièces de bois ont atteint le degré de séchage voulu, elles sont progressivement refroidies avant d'être déchargées de l'enceinte de séchage.
Dans certains modes de réalisation du procédé, l'étape b) de séchage est suivie d'une étape c) de refroidissement. La vitesse du flux de gaz est réduite. Un apport contrôlé d'air extérieur permet en conséquence de faire baisser la température et l'humidité relative aux valeurs de consigne.
Dans les modes de réalisation les plus courants du procédé, l'étape c) de refroidissement est réalisée selon les deux étapes successives d ) et c2) suivantes : d ) réduire la vitesse du flux de gaz circulant à l'intérieur de l'enceinte, en réduisant la puissance du moyen générateur d'un flux de gaz, par exemple en réduisant la vitesse de rotation des pales d'un ventilateur, tout en maintenant fermé le moyen d'entrée de gaz, et c2) lorsque le flux de gaz a atteint une valeur de consigne de température de refroidissement, poursuivre le refroidissement en admettant l'entrée de gaz externe dans l'intérieur de l'enceinte.
A l'étape c2), la valeur de consigne de température de refroidissement peut être une température dont la valeur est comprise entre 1 100C et 900C selon les cas. La valeur de consigne de la température de refroidissement peut être de 100°C +/- 1 °C. Ainsi, à l'étape c), la température du flux de gaz décroît jusqu'à atteindre la valeur de consigne de température de refroidissement, puis le refroidissement est poursuivi en admettant du gaz extérieur, ledit gaz extérieur ayant une température inférieure à la valeur de consigne de la température de refroidissement, ledit gaz extérieur étant en général à la température de l'environnement extérieur, c'est à dire à une température allant généralement de 100C à 300C.
La durée de l'étape c) de refroidissement est variable selon le type d'essence de bois à traiter, le volume de l'ensemble des pièces de bois ainsi que de la température du flux de gaz à la fin de l'étape b).
Dans certains cas, le bois sec obtenu à la fin du procédé de séchage doit subir un traitement thermique à haute température afin de stabiliser le bois, en vue de ses diverses utilisations industrielles ultérieures.
Grâce à l'enceinte de séchage utilisée pour la mise en œuvre du procédé de séchage décrit précédemment, qui est isolée thermiquement et étanche aux fluides, il est possible de réaliser le traitement thermique postérieur à l'étape b) de séchage dans ladite enceinte de séchage, sans nécessiter le transfert de l'ensemble des pièces de bois sec de l'enceinte de séchage, vers une seconde enceinte de traitement thermique. Classiquement, le traitement thermique des pièces de bois séchées est réalisé à une température variant de 1600C à 2500C.
Un autre objet de l'invention consiste en un procédé de traitement des pièces de bois comprenant les étapes suivantes : a) sécher les pièces de bois en mettant en exécutant les étapes a) et b) du procédé de séchage tel que défini ci-dessus ; et b) traiter thermiquement les pièces de bois séchées obtenues à la fin de l'étape a), dans la même enceinte que celle utilisée à l'étape a), à une température d'au moins 1500C et en général d'au plus 250O, et dans la majorité des cas, d'au plus 200 °C.
Préférentiellement, à la fin de l'étape a) du procédé de traitement ci-dessus, c'est à dire à la fin de l'étape b) du procédé de séchage de l'invention, le séchage est poursuivi jusqu'à atteindre une valeur d'humidité du bois proche de 0%.
Dans certains modes de réalisation, l'étape b) de traitement thermique peut être réalisée à une température d'environ 160°C, par exemple d'au moins 1400C et d'au plus 1800C, ou encore d'au moins 1500C et d'au plus 1700C, la durée de l'étape de traitement thermique pouvant être aisément adaptée par l'homme du métier, selon la température de traitement thermique qui est appliquée.
Comme pour le séchage, on peut atteindre les températures de flux de gaz nécessitées par le traitement thermique par génération d'un flux de gaz à vitesse élevée, la température de traitement thermique étant atteinte par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique du flux de gaz à la surface des pièces de bois . Ainsi, dans les modes de réalisation préférés du procédé de traitement de pièces d bois ci-dessus, l'étape b) de traitement thermique est réalisée en augmentant la température du gaz en circulation exclusivement par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique, en l'absence de toute autre source de chaleur.
Dans d'autres modes de réalisation de l'étape b) de traitement thermique, l'enceinte de séchage peut être équipée d'un dispositif source de chaleur, par exemple une résistance, qui est destinée à apporter l'énergie nécessaire pour atteindre des températures de flux de gaz nécessitées par le traitement thermique.
Il va de soi que l'étape b) du procédé de traitement des pièces de bois ci-dessus consiste en un procédé de traitement thermique de pièces de bois qui constitue en lui- même un des aspects de la présente invention.
Ainsi, la présente invention a aussi pour objet un procédé de traitement thermique de pièces de bois comprenant une étape de chauffage des pièces de bois séché à une température d'au moins 1500C et d'au plus 2000C, le chauffage étant réalisé exclusivement par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique provoquée par l'écoulement d'un gaz à grande vitesse à la surface des pièces de bois à traiter thermiquement.
Les conditions du procédé de traitement thermique ci-dessus sont exclusivement des conditions de valeur de température de traitement, qui peuvent être aisément déterminées par l'homme du métier, du fait que le procédé de traitement thermique est réalisé dans un dispositif identique au dispositif décrit pour le séchage des pièces de bois, ailleurs dans la présente description.
Pour exécuter le procédé de traitement thermique des pièces de bois selon l'invention, l'homme du métier aura essentiellement, sinon exclusivement, à déterminer la vitesse du flux de gaz, ladite vitesse du flux de gaz déterminant elle-même la valeur de température de traitement thermique. Selon les cas, la durée du traitement thermique peut varier de 1 heure à 24 heures à partir du moment où la valeur de consigne de température de traitement thermique est atteinte, selon la taille des pièces de bois à traiter et les essences de bois. En règle générale, la durée du traitement thermique varie de 1 heure à 10 heures, suivant le moment où la valeur de consigne de la température de traitement thermique a été atteinte. Dans de nombreux modes de réalisation, la durée du traitement thermique varie entre 1 heure et 5 heures, ou même entre 1 heures et 3 heures.
L'invention a également pour objet un dispositif pour le séchage d'un ensemble de pièces de bois, qui est spécialement adapté pour la mise en œuvre du procédé de séchage qui est décrit précédemment dans la présente description, et qui peut être utilisé également pour le procédé de traitement du bois défini ci-dessus, qui comprend une étape a) de séchage et une étape b) de traitement thermique et une étape c) de refroidissement.
La présente invention a donc également pour objet un dispositif (100) pour le séchage d'un ensemble de pièces de bois, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte (1 10) étanche aux fluides et thermiquement isolée de l'environnement extérieur, ladite enceinte comprenant :
- au moins un générateur (140) d'un flux de gaz dans l'enceinte (1 10),
- au moins un moyen (147) d'entrée de gaz vers l'intérieur de l'enceinte, dont le débit, l'ouverture et la fermeture sont contrôlables
- au moins un moyen (148) de sortie de gaz vers l'extérieur de l'enceinte, dont l'ouverture et la fermeture sont contrôlables,
- au moins un moyen (T 1 , T2) de mesure de la température du gaz à l'intérieur de l'enceinte, - au moins un moyen (T3) de mesure de l'humidité relative du gaz à l'intérieur de l'enceinte,
- au moins un moyen (T4) de mesure de l'humidité du bois à l'intérieur de l'enceinte,
- l'intérieur de ladite enceinte ne comprenant aucun moyen générateur de chaleur ni aucun dispositif muni d'une source de chaleur en position de fonctionnement, ladite enceinte comprenant au moins trois volumes (A), (B) et (C) qui se succèdent dans le sens de circulation dudit flux de gaz lorsque ledit générateur (140) de flux de gaz est en état de fonctionnement, chacun des volumes (A), (B) et (C) comprenant respectivement une face amont et une face aval qui se succèdent dans le sens de circulation dudit flux de gaz, respectivement :
- un volume (C) comprenant l'ensemble de pièces de bois à sécher, localisé en amont dudit volume (A) et en aval dudit volume (B), dans le sens de circulation dudit flux de gaz, et (i) ledit volume (C) comprenant une face aval en communication fluidique directe avec ledit volume (A) ; et
(ii) ledit volume (C) comprenant une face amont en communication fluidique directe avec ledit volume (B) ; - un volume (A) localisé en amont du générateur (140) de flux de gaz et en aval du volume (C), dans le sens de circulation dudit flux de gaz, ledit volume (A) étant (i) par sa face amont, en communication fluidique directe avec la face aval dudit volume (C) et (ii) par sa face aval, en communication fluidique indirecte, par l'intermédiaire du générateur (140), avec ledit volume (B) ; - un volume (B) localisé en aval du générateur (140) de flux de gaz et en amont du volume (C), dans le sens de circulation dudit flux , ledit volume (B) étant (i) par sa face aval, en communication fluidique directe avec la face amont dudit volume (C) et (ii) par sa face amont, en communication fluidique indirecte, par l'intermédiaire du générateur (140), avec ledit volume (A). Ainsi, dans un dispositif de séchage de l'invention, le seul moyen en état de fonctionnement qui a la capacité de provoquer une augmentation de la température du gaz contenu dans ladite enceinte est le générateur (140) d'un flux de gaz dans l'enceinte (1 10).
Dans certains modes de réalisation du dispositif de l'invention, ledit dispositif peut être équipé d'un ou plusieurs dispositifs générateurs de chaleur ou d'un ou plusieurs dispositifs munis d'une source de chaleur, du type des moyens générateurs de chaleur qui équipent les enceintes de séchage de bois connues, mais à condition que ledit ou lesdits dispositifs générateurs de chaleur et ledit ou lesdits dispositifs munis d'une source de chaleur ne soient pas en fonctionnement. Il peut s'agir de moyens générateurs de chaleur à résistance électrique dont l'alimentation électrique est coupée.
Il peut s'agir de batteries de chauffe dans lesquelles ne circule pas de vapeur d'eau.
Le moyen (147) d'entrée de gaz et le moyen (148) de sortie de gaz consistent préférentiellement en des vannes électriques, ou électro-vannes connues en elles- mêmes, adaptées à la régulation d'un flux de gaz, y compris d'un flux d'air. Dans certains modes de réalisation, le moyen (147) d'entrée de gaz est de plus équipé d'un dispositif d'accélération du débit d'entrée de gaz à l'intérieur de l'enceinte (1 10). Illustrativement, ledit dispositif d'accélération du débit de gaz peut consister en un ventilateur à pales ou un dispositif à turbines.
Ainsi, dans le dispositif (100) de séchage, la face aval du volume (A) et la face amont du volume (B) sont séparées l'une de l'autre par le générateur (140) de flux de gaz.
Le dispositif (100) de séchage d'un ensemble de pièces de bois selon l'invention est décrit en détail ci-dessous, en référence à la figure 1 .
Lorsque le dispositif (100) est en fonctionnement, par exemple pour la mise en œuvre du procédé de séchage et/ou du procédé de traitement décrit précédemment, le générateur de flux de gaz, en général un ou plusieurs ventilateurs ou turbines, génère un flux de gaz qui circule dans le volume (A), puis atteint le bord d'attaque des pièces de bois, sur la face amont du volume (B), puis circule dans l'espace séparant les pièces de bois ou les sous-ensemble de pièces de bois, dans lequel le gaz en circulation forcée monte en température par production d'énergie thermique du fait de la dissipation visqueuse de l'énergie mécanique. Puis, le flux de gaz chauffé atteint la face aval du volume (C), au niveau du bord de fuite des pièces de bois, et circule dans le volume (A) jusqu'au générateur de flux de gaz (140), à partir duquel le flux de gaz démarre un nouveau cycle de circulation fermée dans l'enceinte (1 10). Selon un aspect particulier du dispositif (100) de séchage, ledit dispositif comprend un moyen pour bloquer les échanges de flux de gaz, respectivement :
- d'une part, entre le volume (C) comprenant l'ensemble des pièces de bois et le volume (B), à l'exception de l'interface entre la face aval du volume (B) et la face amont du volume (C) où est localisé le bord d'attaque des pièces de bois à sécher ; et
- l'ensemble des faces du volume (C ) comprenant l'ensemble des pièces de bois à sécher, à l'exception de l'interface de la face aval du volume (C ) où est localisé le bord de fuite des pièces de bois à sécher, et la face amont du volume (A). Ce moyen de séparation partiel entre les volumes (B) et (C), d'une part, et entre les volumes (C) et (A), d'autre part, a pour fonction de canaliser le flux de gaz en circulation dans l'enceinte (1 10) exclusivement dans les espaces séparant les pièces de bois, ou les sous-ensembles de pièces de bois, contenus dans le volume (C), de manière à éviter une perte de débit du flux de gaz notamment en raison du retrait du bois qui diminue la hauteur de la pile durant le séchage de nature à réduire considérablement la source thermique par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique.
Ainsi, dans certains de ses modes de réalisation, le dispositif (100) selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un moyen mobile qui sépare ledit volume (C) avec, respectivement :
- (i) la face aval dudit volume (A) qui est en communication fluidique indirecte, par l'intermédiaire du générateur (140), avec la face amont dudit volume (B) ; et
- (ii) la face amont dudit volume (B) qui est en communication fluidique indirecte, par l'intermédiaire du générateur (140), avec la face aval dudit volume (A). De préférence, le moyen mobile consiste en une cloison ou un volet (136) mobile disposée dans le plan horizontal de l'enceinte (1 10) dont la face inférieure est en contact permanent avec la face supérieure de l'ensemble des pièces de bois à sécher, pendant la durée totale du procédé.
Un mode de réalisation d'une cloison (136) mobile est illustré sur la figure 1 . Sur la figure 1 , la cloison mobile (136) est constituée de deux volets (137) et
(138) dont une première extrémité se rejoint au niveau d'un moyen d'articulation (139), par exemple une charnière. L'extrémité de chacun des volets (137) et (138) qui est opposée à l'extrémité en contact avec le moyen d'articulation (139), est en contact, respectivement :
- pour le volet mobile (137), avec au moins l'extrémité de la face supérieure du volume (C), c'est-à-dire avec la face supérieure du bord de fuite des pièces de bois à sécher ; et
- pour le volet mobile (138), avec au moins l'extrémité amont de la face supérieure du volume (C ), c'est-à-dire au moins avec la face supérieure du bord d'attaque des pièces de bois à sécher.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif (100) de l'invention est caractérisé en ce que :
- ledit volume (A) est délimité : - sur sa face inférieure, par la paroi interne inférieure de l'enceinte (1 10) ;
- sur trois des faces latérales, par les parois latérales de l'enceinte (1 10) ;
- sur la quatrième face latérale, par l'une des faces latérales du volume (C) ;
- sur sa face supérieure, par la paroi supérieure de l'enceinte (1 10) et par une cloison (136) séparant la face supérieure du volume (C) des volumes (A) et (B) ;
- ledit volume (B) est délimité :
- sur sa face inférieure, par la paroi interne inférieure de l'enceinte (1 10) ;
- sur trois des faces latérales, par les parois latérales de l'enceinte (1 1 0) ;
- sur la quatrième face latérale, par l'une des faces latérales du volume (C) ; - sur sa face supérieure, par la paroi supérieure de l'enceinte (1 10) et par une cloison (136) séparant la face supérieure du volume (C) des volumes (A) et (B) ;
- ledit volume (C) est délimité par la surface extérieure de l'ensemble de pièces de bois à sécher qui est posé sur la paroi inférieure de l'enceinte (1 10), la face supérieure dudit volume (C) étant en contact avec une cloison
(136) sensiblement étanche aux gaz, ladite cloison (136) séparant ledit volume (C) à la fois (i) de la partie dudit volume (A) situé immédiatement en amont du générateur (140) de flux de gaz et (ii) de la partie dudit volume (B) situé immédiatement en aval du générateur (140) de flux de gaz.
Dans certains modes de réalisation du dispositif, ledit volume ( c ) de pièces de bois peut être posé sur un moyen mobile, par exemple une plateforme roulante, ce qui permet de charger et décharger aisément l'enceinte de séchage. De préférence, le générateur (140) d'un flux de gaz consiste en un ventilateur ou une pluralité de ventilateurs, ou encore en une turbine d'air ou une pluralité de turbines d'air.
La puissance du générateur de flux de gaz peut varier selon le volume de l'enceinte (1 10) de séchage ou encore selon le volume de l'ensemble de pièces de bois à sécher.
En général, on utilise un générateur de flux de gaz dont la puissance est adaptée pour générer une vitesse du flux de gaz d'environ 10 mètres par seconde à la surface des pièces de bois à sécher. Dans certains modes de réalisation, le dispositif (100) de séchage comprend deux moyens de mesure de la température du gaz à l'intérieur de l'enceinte, respectivement :
- un premier moyen (T1 ) de mesure de la température localisé dans le volume (A) ; et - un second moyen (T2) de mesure de la température localisé dans le volume
(B).
La mesure de la différence de température du gaz dans le volume (B) par le moyen T2 et dans le volume (A) par le moyen T1 permet d'évaluer, au cours de la mise en œuvre du procédé de séchage décrit précédemment, la progression du séchage des pièces de bois. Ainsi, au début de l'étape b) de séchage, la différence de température du gaz entre le volume (B) et le volume (A) matérialise le transfert thermique dû à l'évaporation de l'eau contenue dans les pièces de bois à sécher qui est transformée en vapeur à leur surface. Cette différence est ici réduite grâce à la source d'énergie créée par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique. Vers la fin de l'étape b) de séchage, lorsque les pièces de bois ont une teneur en eau réduite, la différence de température du gaz entre le volume (B) et le volume (A) diminue. A la fin de l'étape b) de séchage, les températures du gaz dans le volume (B) sont sensiblement identiques aux températures du gaz dans le volume (A).
Dans certains modes de réalisation particuliers du dispositif (100) de séchage, ledit dispositif (100) comprend deux moyens de mesure de l'humidité relative du flux de gaz, respectivement :
- un premier moyen (T3) de mesure de l'humidité relative du flux de gaz localisé dans le volume (B) ; et
- un second moyen (T5) de mesure de l'humidité relative du flux de gaz localisé dans le volume (A).
Ce mode de réalisation particulier du dispositif (100) de séchage selon l'invention permet un meilleur contrôle de l'humidité relative du flux de gaz au cours de la mise en œuvre du procédé de séchage.
Afin de contrôler la valeur d'humidité relative du flux de gaz dans l'enceinte (1 10) de séchage, au cours de la mise en œuvre du procédé de séchage, le dispositif (100) comprend, dans l'un de ses modes de réalisation préférée, une pluralité de moyens de commande, respectivement :
- au moins un moyen de commande de fonctionnement du générateur (140) d'un flux de gaz ; et - au moins un moyen de commande de fonctionnement (i) du moyen (147) d'entrée de gaz externe vers l'intérieur de l'enceinte (1 10) ou (ii) du moyen (148) de sortie de gaz vers l'extérieur de l'enceinte (1 10) ;
L'isolement thermique de l'enceinte (1 10) de séchage vis-à-vis de l'environnement extérieur, peut être réalisé grâce à tout type de matériau d'isolation thermique connu.
A titre illustratif d'un mode de réalisation particulier de la structure externe de l'enceinte (1 10) de séchage, ladite enceinte (1 10) de séchage comprend :
- un sol constitué d'une chape de béton, au-dessus de laquelle est disposée une couche de revêtement de verre cellulaire, par exemple d'une épaisseur de 200 mm, puis, sur le revêtement de verre cellulaire est disposé un revêtement d'acier inoxydable, par exemple d'une épaisseur de 0,5 mm ;
- quatre parois externes latérales et une paroi externe supérieure, toutes constituées dans le sens de l'extérieur vers l'intérieur de l'enceinte, respectivement de :
- un revêtement extérieur constitué d'une plaque d'acier ; - un revêtement de matériau isolant léger, du type laine de verre, par exemple d'une épaisseur de 200 mm ;
- un revêtement de matériau isolant lourd, du type verre cellulaire, par exemple d'une épaisseur de 200 mm ;
- un revêtement en acier inoxydable, en contact direct avec l'atmosphère interne de l'enceinte (1 10), par exemple d'une épaisseur de 0,5 mm.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif (100), de séchage selon l'invention ne comprend aucun dispositif d'apport d'eau, que ce soit un dispositif d'atomisation ou de vaporisation d'eau, ou encore un dispositif d'apport de vapeur d'eau. En effet, comme cela a été décrit précédemment, grâce au dispositif de séchage selon l'invention, la saturation du flux de gaz en vapeur d'eau est rapidement atteinte à l'intérieur de l'enceinte (1 10) lors du chauffage progressif du flux de gaz, à l'étape a) du procédé de séchage selon l'invention, et sans affecter la qualité finale du bois séché obtenu en tant que produit final du procédé. Dans d'autres modes de réalisation du dispositif (100) de l'invention, ledit dispositif ne comprend aucun dispositif muni d'une source de chaleur , telle que par exemple une résistance.
Toutefois, dans d'autres modes de réalisation du dispositif (100) de séchage selon l'invention, ledit dispositif comprend de plus un dispositif muni d'une source de chaleur, par exemple une résistance, en particulier dans les modes de réalisation dans lesquels le dispositif (100) est utilisé pour le traitement thermique du bois séché.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif muni d'une source de chaleur additionnelle est utilisé pour apporter une source d'énergie complémentaire à l'énergie apportée par le flux de gaz par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique, afin d'atteindre rapidement les températures requises pour le traitement thermique subséquent, qui peuvent varier de 1600C à 2500C.
Dans encore d'autres modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre un moyen de récupération de la chaleur des vapeurs de séchage. La présente invention a également pour objet un système pour le séchage d'un ensemble de pièces de bois, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un dispositif de séchage tel que défini ci-dessus ; et
- au moins un moyen centralisé de contrôle et de commande relié à la fois (i) aux moyens de mesure de température, de mesure de l'humidité du bois et de mesure de l'humidité relative du gaz et (ii) au générateur (140) et aux moyens de commande d'entrée et/ou de sortie de gaz.
Dans la pratique, lorsque le générateur (140) de flux de gaz est en fonctionnement, le gaz ambiant contenu dans l'enceinte se réchauffe par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique à la surface des pièces de bois à sécher contenues dans le volume (C). Les pièces de bois chauffées libèrent leur eau qui se vaporise à la surface du bois et saturent le gaz en vapeur d'eau. L'isolement thermique et l'étanchéité aux fluides de l'enceinte (1 10) permet, surtout à l'étape a) et lors de la première phase de l'étape (b) du procédé, de maintenir le gaz contenu dans l'enceinte (1 10) à une valeur d'humidité relative proche de la saturation, malgré l'augmentation progressive de la température dudit gaz.
Grâce à ces caractéristiques spécifiques du procédé de séchage et du dispositif (100) de séchage de l'invention, les pièces de bois à sécher peuvent ainsi monter progressivement en température, sans différence notable de température entre le cœur et la surface des pièces de bois, mais aussi sans différence notable de température entre le bord d'attaque des pièces de bois localisées sur la face amont du volume (C ) et le bord de fuite desdites pièces de bois localisées sur la face aval du volume (C ).
Au début de l'étape b) du procédé, lorsque la température de consigne du gaz est atteinte, on commande de façon contrôlée l'ouverture et la fermeture des moyens d'admission (147) et de sortie (148) de gaz afin de réguler l'humidité relative aux valeurs de consigne successives prédéterminées.
La combinaison des phénomènes de vaporisation de l'eau contenue dans les pièces de bois dans le flux de gaz circulant et l'élimination de la vapeur d'eau, du fait de l'actionnement des moyens d'admission (147) et de sortie (148) de gaz de l'enceinte (1 10) entraîne le séchage proprement dit des pièces de bois. Préférentiellement, après la réalisation de l'étape b) de séchage du procédé selon l'invention, on met en œuvre l'étape c) de refroidissement La vitesse du flux de gaz est réduite. Un apport contrôlé d'air extérieur permet en conséquence de faire baisser la température et l'humidité relative aux valeurs de consignes. A l'issue du cycle complet de séchage, et le cas échéant de refroidissement, l'humidité des pièces de bois possédera la valeur de consigne désirée, par exemple entre 8 et 25% d'humidité, plus classiquement entre 8 et 12% d'humidité.
L'homme du métier adaptera la valeur de consigne d'humidité qui doit être atteinte à la fin du procédé de séchage, en fonction de l'essence du bois à traiter et de la destination du bois sec. Par exemple, pour des grandes pièces de bois destinées à la construction de charpentes, la valeur de consigne de l'humidité, à la fin du procédé de séchage peut être fixée à 25%.
A titre également illustratif, pour des pièces de bois destinées à être utilisées sous forme déshydratée, la valeur de consigne d'humidité à la fin du procédé de séchage peut être inférieure à 5%.
On a montré selon l'invention que, comparativement à un procédé de séchage de l'art antérieur par chauffage convectif classique, le procédé de l'invention permet de réduire la durée de l'étape de séchage d'environ 30% ou plus, pour une qualité finale du bois sec comparable ou supérieure au produit final obtenu avec les procédés antérieurs.
Il résulte de ce qui précède que, avec le procédé de séchage et le dispositif de séchage selon l'invention, le séchage du bois peut être réalisé en mettant en œuvre une consommation énergétique inférieure à celle nécessaire à la réalisation des procédés traditionnels par convection. La présente invention est en outre illustrée par les figures et les exemples suivants.
FIGURE :
La figure 1 représente un schéma d'une coupe transversale d'un dispositif (100) de séchage.
La figure 2 illustre l'évolution des températures d'attaque (« Ts° à l'attaque >>) et de fuite (« Ts° en sortie >>) du flux d'air, et l'évolution de l'humidité relative (« HR ») du flux d'air, au cours d'un procédé de séchage de bois de chêne. En ordonnées : température (0C) et humidité relative (%). En abscisse : temps, exprimé en jours. Sur la figure 2, on observe que les valeurs de températures d'attaque ( — ) et les valeurs de températures de fuite (x x x) sont superposées. Les valeurs d'humidité relative décroissent avec le temps de séchage.
La figure 3 illustre l'évolution de l'humidité du bois de chêne au cours du procédé de séchage, pour quatre pièces de bois témoin. En ordonnées : teneur en eau (%) ; en abscisse ; temps exprimé en jours. La figure 4 illustre l'évolution des températures d'attaque (« Ts° à l'attaque ») et de fuite (Ts° en sortie ») du flux d'air, et l'évolution de l'humidité relative (« HR ») du flux d'air, au cours d'un procédé de séchage de bois de hêtre. En ordonnées : températures (0C) et humidité relative (%). En abscisse : temps, exprimé en jours. Sur la figure 4, on observe que les valeurs de températures d'attaque ( — ) et les valeurs de températures de fuite (x x x) sont superposées. Les valeurs d'humidité relative décroissent avec le temps de séchage.
La figure 5 illustre l'évolution de l'humidité du bois de hêtre au cours du procédé de séchage, pour quatre pièces de bois témoin. En ordonnées : teneur en eau (%), en abscisse : temps, exprimé en jours.
EXEMPLES
EXEMPLE 1 : Mise en œuyre du procédé de séchage avec du bois de chêne. A. Protocole
L'exemple 1 a été réalisé dans une enceinte de séchage ayant un volume intérieur de 20 m3 et équipée de 3 ventilateurs de 4 kW chacun pour générer le flux d'air.
La mesure des températures d'attaque et de fuite a été réalisée avec des sondes RDT (Pt 100).
La mesure de la teneur en eau des pièces de bois témoin a été réalisée grâce à des sondes résistives
Le volume de bois à sécher était d'environ 6 m3.
Il s'agissait d'une pile d'avivés de chêne de 35 mm d'épaisseur. La vitesse du flux d'air généré à l'intérieur de l'enceinte de séchage était de 10 m/s.
B. RESULTATS :
Les résultats sont illustrés dans les figures 2 et 3. La consommation moyenne d'énergie, durant la totalité de la durée du procédé a été de 1 ,43 kWh/kg d'eau évaporée.
La durée totale du séchage a été de 24 jours pour amener les pièces de bois d'une valeur initiale d'humidité de 32% jusqu'à une valeur finale d'humidité de 8,5%.
Sur la figure 2, on observe que les températures du flux d'air mesurées respectivement en amont et en aval de l'ensemble de pièces de bois à sécher, dans le sens de circulation du flux d'air, sont quasi identiques.
Au début du procédé, l'humidité relative du flux d'air est rapidement montée jusqu'à 100%, c'est-à-dire la valeur de saturation.
A la fin du procédé, le flux d'air possédait une humidité relative de 50% Les résultats de la figure 3 illustrent, à l'aide de mesures réalisées sur quatre planches témoin, que la progression du séchage des pièces de bois est très homogène, sur la totalité du volume de l'ensemble des pièces de bois à sécher.
EXEMPLE 2 - Mise en œuyre du procédé de séchage avec du bois de hêtre.
A- Protocole
Le procédé de l'exemple 2 a été réalisé avec l'enceinte décrite à l'exemple 1 . Le volume de bois à sécher était d'environ 6 m3. Il s'agissait d'une pile d'avivés de hêtre de 35 mm d'épaisseur. La vitesse du flux d'air généré à l'intérieur de l'enceinte de séchage était de l'ordre de 10 m/s.
B - Résultats
Les résultats sont illustrés dans les figures 4 et 5. La consommation moyenne d'énergie, durant la totalité de la durée du procédé a été de 1 ,26 kWh/kg d'eau évaporée.
La durée totale du séchage a été de 14 jours pour amener les pièces de bois d'une valeur initiale d'humidité de 42% jusqu'à une valeur finale d'humidité de 6,5%.
Sur la figure 4, on observe que les températures du flux d'air mesurées respectivement en amont et en aval de l'ensemble de pièces de bois, dans le sens de circulation du flux d'air, sont quasi-identiques.
Au début du procédé, l'humidité relative du flux d'air est rapidement montée jusqu'à 100%, c'est-à-dire la valeur de saturation.
A la fin du procédé, le flux d'air possédait une humidité relative de 45%. Les résultats de la figure 5 illustrent, à l'aide de mesures réalisées sur quatre planches témoin, que la progression du séchage des pièces de bois est très homogène, sur la totalité du volume de l'ensemble des pièces de bois à sécher.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé pour le séchage d'un ensemble de pièces de bois placé dans une enceinte, les pièces de bois, ou des sous-ensembles de pièces de bois, étant séparés les uns des autres par des espaces dans lesquels circule un gaz, ladite enceinte étant à la fois étanche aux fluides et thermiquement isolée de l'environnement extérieur, et ladite enceinte comprenant :
- au moins un moyen générateur d'un flux de gaz circulant dans les espaces séparant les pièces de bois, ou les sous-ensembles de pièces de bois,
- au moins un moyen d'entrée de gaz vers l'intérieur de l'enceinte, dont l'ouverture, la fermeture et le débit, sont contrôlables,
- au moins un moyen de sortie du gaz vers l'extérieur de l'enceinte, dont l'ouverture et la fermeture sont contrôlables, - au moins un moyen de mesure de la température du gaz à l'intérieur l'enceinte,
- au moins un moyen de mesure de l'humidité relative du gaz à l'intérieur de l'enceinte,
- au moins un moyen de mesure de l'humidité du bois à l'intérieur de l'enceinte, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : a) charger en vapeur d'eau le gaz contenu dans l'enceinte par évaporation d'une partie de l'eau contenue dans lesdites pièces de bois, en générant la circulation forcée d'un flux dudit gaz dans les espaces séparant les pièces de bois, ou les sous-ensembles de pièces de bois, le chauffage dudit gaz à l'intérieur de l'enceinte étant réalisé exclusivement par l'énergie générée par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique provoquée par l'écoulement dudit gaz, jusqu'à l'obtention des valeurs de température et d'humidité relative désirées pour ledit gaz ; b) sécher lesdites pièces de bois, exclusivement par chauffage dudit gaz par dissipation visqueuse de l'énergie mécanique, en fixant, à chaque intervalle de temps d'une pluralité d'intervalles de temps constituant la durée totale de l'étape de séchage, la température et l'humidité relative dudit gaz à des valeurs désirées,
- la valeur de température dudit gaz étant contrôlée en faisant varier la vitesse du flux de gaz généré ; et
- la valeur d'humidité relative dudit gaz étant contrôlée par l'admission contrôlée d'un volume de gaz externe vers l'intérieur de ladite enceinte ou par l'évacuation contrôlée d'un volume dudit gaz vers l'extérieur de ladite enceinte.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisée en ce que, dans ladite enceinte, les pièces de bois sont ordonnées en une pluralité de rangées de piles adjacentes disposées horizontalement, deux rangées successives de piles étant séparées l'une de l'autre par un espace dans lequel circule ledit flux de gaz.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite enceinte ne comprend aucun dispositif muni d'une source de chaleur.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite enceinte ne comprend aucun dispositif d'apport de vapeur d'eau
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit générateur d'un flux de gaz consiste en un ventilateur ou en une pluralité de ventilateurs.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape b) est suivie d'une étape c) de refroidissement,
7. Procédé de traitement de pièces de bois comprenant les étapes suivantes : a) sécher lesdites pièces de bois en mettant en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ; b) traiter thermiquement les pièces de bois séchées obtenues à la fin de l'étape a), dans la même enceinte que celle utilisée à l'étape a), à une température variant de 150 °C à 2500C.
8. Dispositif (100) pour le séchage ou le traitement thermique d'un ensemble de pièces de bois, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte (1 10) étanche aux fluides et thermiquement isolée de l'environnement extérieur, ladite enceinte comprenant :
- au moins un générateur (140) d'un flux de gaz dans l'enceinte (1 10) ; - au moins un moyen (147) d'entrée de gaz vers l'intérieur de l'enceinte, dont le débit, l'ouverture et la fermeture sont contrôlables
- au moins un moyen (148) de sortie de gaz vers l'extérieur de l'enceinte, dont l'ouverture et la fermeture sont contrôlables,
- au moins un moyen (T1 , T2) de mesure de la température du gaz à l'intérieur l'enceinte,
- au moins un moyen (T3) de mesure de l'humidité relative du gaz à l'intérieur de l'enceinte,
- au moins un moyen (T4) de mesure de l'humidité du bois à l'intérieur de l'enceinte, - l'intérieur de ladite enceinte ne comprenant aucun moyen générateur de chaleur ni aucun dispositif muni d'une source de chaleur en position de fonctionnement, ladite enceinte comprenant au moins trois volumes (A), (B) et (C) qui se succèdent dans le sens de circulation dudit flux de gaz lorsque ledit générateur (140) de flux de gaz est en état de fonctionnement, chacun des volumes (A), (B) et (C) comprenant respectivement une face amont et une face aval qui se succèdent dans le sens de circulation dudit flux de gaz, respectivement :
- un volume (C) comprenant l'ensemble de pièces de bois à sécher, localisé en amont dudit volume (A) et en aval dudit volume (B), dans le sens de circulation dudit flux de gaz, et (i) ledit volume (C) comprenant une face aval en communication fluidique directe avec ledit volume (A) ; et
(ii) ledit volume (C) comprenant une face amont en communication fluidique directe avec ledit volume (B) ; - un volume (A) localisé en amont du générateur (140) de flux de gaz et en aval du volume (C), dans le sens de circulation dudit flux de gaz, ledit volume (A) étant (i) par sa face amont, en communication fluidique directe avec la face aval dudit volume (C) et (ii) par sa face aval, en communication fluidique indirecte, par l'intermédiaire du générateur (140), avec ledit volume (B) ; - un volume (B) localisé en aval du générateur (140) de flux de gaz et en amont du volume (C), dans le sens de circulation dudit flux de gaz, ledit volume (B) étant (i) par sa face aval, en communication fluidique directe avec la face amont dudit volume (C) et (ii) par sa face amont, en communication fluidique indirecte, par l'intermédiaire du générateur (140), avec ledit volume (A).
9. Dispositif (100) selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen mobile qui sépare ledit volume (C) avec, respectivement :
- (i) la face aval dudit volume (A) qui est en communication fluidique indirecte, par l'intermédiaire du générateur (140), avec la face amont dudit volume (B) ; et
- (ii) la face amont dudit volume (B) qui est en communication fluidique indirecte, par l'intermédiaire du générateur (140), avec la face aval dudit volume (A).
10. Dispositif (100) selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit moyen mobile consiste en une cloison ou un volet (136) mobile disposée dans le plan horizontal de l'enceinte (1 10) dont la face inférieure est en contact permanent avec la face supérieure de l'ensemble des pièces de bois à sécher, pendant la durée totale du procédé.
1 1 . Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le générateur (140) d'un flux de gaz consiste en un ventilateur ou une pluralité de ventilateurs.
12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 1 1 , caractérisé en ce qu'il comprend deux moyens de mesure de la température du gaz à l'intérieur de l'enceinte, respectivement :
- un premier moyen (T1 ) de mesure de la température localisé dans le volume (A) ; et
- un second moyen (T2) de mesure de la température localisée dans le volume (B).
13. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend deux moyens de mesure de l'humidité relative du flux de gaz, respectivement :
- un premier moyen (T3) de mesure de l'humidité relative du flux de gaz localisé dans le volume (B) ; et - un second moyen (T5) de mesure de l'humidité relative du flux de gaz localisé dans le volume (A).
14 Dispositif selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen de mesure de l'humidité du bois.
15. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de moyens de commande, respectivement :
- au moins un moyen de commande de fonctionnement du générateur (140) d'un flux de gaz ; et
- au moins un moyen de commande de fonctionnement (i) du moyen (147) d'entrée de gaz externe vers l'intérieur de l'enceinte (1 10) ou (ii) du moyen (148) de sortie de gaz vers l'extérieur de l'enceinte (1 10) ;
16. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 15, caractérisé en ce qu'il ne comprend aucun dispositif d'apport de vapeur d'eau.
17. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de récupération de la chaleur des vapeurs de séchage.
18. Système pour le séchage ou le traitement thermique d'un ensemble de pièces de bois, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un dispositif selon l'une des revendications 8 à 17; et
- au moins un moyen centralisé de contrôle et de commande relié à la fois (i) aux moyens de mesure de température, de mesure de l'humidité du bois et de mesure de l'humidité relative du gaz et (ii) au générateur (140) et aux moyens de commande d'entrée et/ou de sortie de gaz.
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