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SÉCHOIR SOLAIRE OBJET DE L'INVENTION
La présente invention porte sur une séchoir susceptible d'être rendu totalement autonome d'une source d'énergie extérieure et qui convient, en particulier dans les pays tropicaux ou fortement ensoleillés entre-autres pour le séchage de produits alimentaires tels que céréales, poissons, cacao, etc..
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE
La plupart des chaînes de traitement alimentaire comportent une opération de séchage de la matière traitée.
Cette opération nécessite beaucoup de temps et d'énergie.
En particulier dans les pays en voie de développement, il est difficile de disposer, notamment sur les lieux de production ou à proximité de ceux-ci, de sources d'énergie extérieures en vue d'intégrer l'étape de séchage dans la chaîne agro-alimentaire.
Le procédé artisanal d'exposition direct au soleil utilisé habituellement dans les pays tropicaux dans lequel les matières sont étendues à même le sol présente de nombreux inconvénients.
On peut citer notamment l'inégalité du séchage et dans certains cas un séchage excessif, mais surtout la contamination par des insectes, bactéries, champignons ainsi que la dégradation par le vent, la pluie et les ultra-violets.
Les procédés utilisés dans les pays industrialisés sont quant à eux onéreux et difficilement transposables à proximité des lieux de production alors qu'un séchage adéquat avant le transport constitue une condition essentielle à l'obtention d'un produit de bonne
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qualité et à sa conservation.
BUTS VISÉS PAR L'INVENTION
La présente invention vise à fournir une technique simple, peu onéreuse et pouvant être rendue indépendante de sources énergétiques externes qui permet à la fois de réduire le temps de séchage, de diminuer les risques de détérioration et de mieux contrôler les différents paramètres du séchage.
Malgré le caractère variable au cours du temps de l'énergie solaire résultant des facteurs prévisibles tels que les cycles journaliers et saisonniers et de facteurs imprévisibles tels que couvertures nuageuses, pluies, etc. il convient que le séchoir puisse fonctionner régulièrement sans être surdimensionné et, si possible, de permettre d'apporter des calories complémentaires même en cas de carence solaire. On vise donc à fournir un séchoir convenant à la plupart des produits devant subir une opération de séchage avant leur transport, cette installation étant de plus de préférence simple à construire, simple à utiliser et de conception modulaire.
ELEMENTS CARACTÉRISTIQUES DE L'INVENTION
Pour atteindre les buts recherchés, l'invention propose trois caractéristiques principales, combinables entre elles.
Ces caractéristiques sont de préférence concrétisées selon trois unités structurelles qui peuvent être éventuellement intégrées sous forme modulaire.
La première caractéristique opératoire se situe au niveau du capteur solaire qui est conçu de manière à produire de l'air chaud utilisable pour le séchage.
L'utilisation d'une matte disposée dans un caisson agissant par effet de serre a déjà été proposée. Selon l'état de la technique, on dispose diagonalement sous forme tendue, dans un caisson comportant une couverture en une matière au moins translucide et de préférence transparente et formée généralement par une feuille de polycarbonate, une matte de polypropylène poreuse et chargée de graphite d'une
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épaisseur approximative de 1 ou 2 cm. Sous l'effet de serre, cette matte échauffe de l'air admis par le bas du caisson qui circule à travers la matte et qui est prélevé par le haut du caisson. Cette solution est d'une efficacité limitée.
Selon l'invention, il est donc proposé de disposer des bandes parallèles d'une matte du type précité de manière que l'air pénétrant par le bas du caisson doive passer successivement par plusieurs compartiments formés dans ledit caisson par lesdites bandes.
Ainsi, l'air entrant s'échauffe d'abord en passant à travers la première bande depuis un premier compartiment et pénètre ensuite dans un deuxième compartiment ; il s'échauffe encore ensuite en passant à travers la deuxième bande qui sépare le deuxième compartiment du troisième compartiment du caisson et ainsi successivement jusqu'à finalement sortir à la partie supérieure du caisson après ces passages répétés dans les bandes de matte.
De cette manière, les pertes de charge provoquées par le passage dans les mattes restent réduites tout en augmentant successivement la température de l'air s'échauffant successivement en passant dans les différents compartiments du caisson.
On observe que l'efficacité de chauffage par cette technique opératoire est fortement accrue, sans perte de charges excessives, pour un caisson de dimension comparable mais ne comportant qu'une seule matte tendue sur toute la diagonale du caisson.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'apport énergétique nécessaire à la circulation forcée est produit par un capteur photovoltaïque en évitant cependant le stockage d'énergie électrique à l'aide de batteries, qui est généralement présenté dans les solutions les plus habituellement proposées jusqu'à présent. Ceci réduit fortement le coût de l'installation et aussi évite
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l'entretien des batteries.
La troisième caractéristique de l'invention réside dans le fait que l'installation comporte des éléments de stockage de chaleur, répartis en ayant recours à une alternance, dans l'unité de séchage à proprement parler, de caisses perforées destinées à recevoir la matière à traiter et de caisses perforées remplies d'une matière de stockage de calories qui est inerte et bon marché telle que des cailloux, un courant d'air chaud étant établi à travers ces différentes caisses.
Même pendant la nuit, alors qu'il n'y a plus d'apport énergétique solaire ni pour chauffer de l'air, ni pour assurer une circulation forcée grâce au capteur photovoltaïque, on observe qu'un séchage se poursuit cependant simplement par convection naturelle par suite de l'échauffement de l'air au contact des éléments de stockage ou que tout au moins, les phénomènes de condensation qui, autrement risquent de se produire pendant la nuit au contact de l'air plus froid et pratiquement saturé en humidité, sont largement évités.
Des unités spécifiques correspondant à ces trois éléments caractéristiques peuvent êtres montées aisément dans une chambre constituée par un conteneur industriel classique de façon à former des modules aisément transportables.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à le lecture de la description qui suit d'un mode d'exécution préféré de l'invention.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La Figure 1 représente une vue en élévation d'un séchoir solaire conçu selon les principes de l'invention ; la Figure 2 représente une vue en plan de ce même séchoir ; la Figure 3 représente une coupe selon A-A dans la Figure 2 ; la Figure 4 représente la disposition classique d'une matte dans un caisson et
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la Figure 5 représente la disposition par bandes de la matte selon la forme d'exécution conforme à l'invention.
Les différentes vues sont bien entendu schématiques et ne sont données qu'à titre d'illustration sans caractère limitatif, de même que la description qui va suivre.
DESCRIPTION D'UN MODE D'EXÉCUTION DE L'INVENTION
Le cas d'application est celui d'une installation expérimentale pour une coopérative produisant du cacao destiné à l'exportation.
Vu l'importante humidité de l'air, le séchage par exposition directe au soleil n'est pas suffisamment rapide et une grande partie de la récolte est ainsi perdue par putréfaction. Le but visé est la mise sur pied d'un prototype de séchage solaire par convection forcée traitant 2 T/4j en ramenant l'humidité du cacao de 80% à 8%, pour une durée de séchage de 4 jours.
L'installation incorpore dans le mode d'exécution représenté, sous forme de trois unités structurelles, trois caractéristiques fonctionnelles à savoir : un capteur thermique solaire à masse poreuse ; - un capteur photovoltaïque alimentant un bloc moto-ventilateur et un ensemble séchage-stockage réparti sous forme de caisses perforées destinées à recevoir la matière à sécher et de caisses perforées remplies d'une masse d'une matière inerte et bon marché telle que des cailloux ou des galets.
Un capteur thermique en forme de caisson 1 à matte poreuse est pourvu d'une ou plusieurs prises d'air ambiant 2. L'air après échauffement et plusieurs passages dans des bandes de matte débouche dans un collecteur d'air chaud 3.
Le capteur solaire avec matte poreuse est rendu plus performant, par la superposition de passages successifs de l'air à réchauffer sur des éléments de matte
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placés en série, sous forme de bandes parallèles.
Alors que (voir figure 4) selon la solution classique un caisson 1, généralement recouvert d'une feuille de polycarbonate 10, comporte un seul voile de matte 11 poreuse de polypropylène chargé de carbone tendu diagonalement, selon l'invention (voir figure 5), cette matte est disposée selon plusieurs bandes (trois dans la figure 5) divisant le caisson 1 en plusieurs compartiments (quatre en l'occurrence) obligeant l'air à passer d'un compartiment à l'autre en s'échauffant de plus en plus à chaque passage.
L'installation comporte un bloc moto-ventilateur 4 assurant la circulation forcée de l'air dans le capteur 1 et en aval dans l'ensemble séchage-stockage.
Selon la forme d'exécution envisagée ici, le séchoir solaire peut être rendu autonome par combinaison avec un capteur solaire photovoltaïque 5 fournissant le courant au moto-ventilateur 4.
Il fonctionne d'une manière particulièrement simple, c'est-à-dire sans adjonction de batteries. Les travaux de recherche effectués à ce sujet ont indiqué que cette technique prêtait le moins aux incidents.
On peut cependant bien entendu obtenir l'énergie nécessaire à la circulation forcée par d'autres moyens, par exemple les réseaux locaux existants (hydroélectricité), un groupe électrogène diesel ou encore un groupe intégré essence à haut rendement : TOTEM (Total Energy Module), chaleur et électricité combinés. Dans le cas des panneaux photovoltaïques, un système avec accumulation par batteries peut être envisagé. Cependant, un circuit direct est préférable et suffisant.
Dans ce dernier cas (sans accumulation par batteries) l'alimentation électrique"au fil du soleil" limite le séchage convectif forcé au temps d'ensoleillement.
Il faut compléter cette action intensive par une action modérée de convection naturelle, qui a comme
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particularité de disposer de plusieurs sources de chaleur réparties dans la masse.
Le stockage thermique n'est plus séparé du séchoir selon une solution connue mais qui nécessitait une commande spéciale par vanne à trois voies. Selon l'invention il est de préférence incorporé au séchoir dans la masse de ce dernier.
Concrètement, cela signifie que dans une unité de séchage, sur une pile verticale de 9 à 10 casiers ou paniers perforés, 4 sont destinés au stockage, étant remplis de cailloux roulés.
Si on numérote les casiers, de haut en bas, de 1 à 10, les casiers de stockage sont aux positions 3,6, 9 et 10.
L'avantage du système est sa fiabilité et sa simplicité : la ventilation est arrêtée avec la commande photovoltaïque ou sur action de l'opérateur en cas d'alimentation externe. Le séchoir fonctionne à ce moment en convection naturelle, l'air atmosphérique pénétrant par les ventelles des parois et se réchauffant au contact du stockage.
L'efficacité du séchage est réduite mais la reprise d'humidité ou pire, la condensation est proscrite, point capital pour l'efficacité du séchage.
Une installation expérimentale est constituée, par exemple comme suit :
Une surface de captation thermique de 100 m2, constituée de 50 modules de capteurs, à matrice poreuse en polypropylène graphité de 1 à 2 cm d'épaisseur, avec couverture transparente en polycarbonate alvéolaire de 6 à 8 cm d'épaisseur.
Un ensemble moto-ventilatuer à vitesse réglable par paliers (debit nominal 14400 m3/h et 40 mm
CE). Il est alimenté par un capteur photovoltaïque fonctionnant en direct sous tension continue de 24V.
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Une chambre (conteneur standard de dimensions intérieures 5.875 x 2.44 x 2.40 (m), combinant séchage [d'un volume intérieur de 33 m3) et stockage thermique sur galets. Les deux tonnes de cacao humide, à 80% d'humidité sont répartis dans 80 casiers de dimensions (80 x 60x 35) cm, divisés en rangées de 40 casiers (en hauteur : 4 casiers et en longueur 10 casiers).
Dans cette réalisation, le stockage est localisé dans la partie intérieure au conteneur sur 1 m d'épaisseur.
Dans l'exemple 6 rangées de casiers seraient permises sur la hauteur intérieure de 2,40 m.
En numérotant de 1 à 6 les rangées, les rangées 3 et 6 seraient constituées de casiers remplis de galets roulés d'un volume actif total de 8 m3.
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SOLAR DRYER OBJECT OF THE INVENTION
The present invention relates to a drier capable of being made completely independent of an external energy source and which is suitable, in particular in tropical or highly sunny countries among others for the drying of food products such as cereals, fish, cocoa, etc.
TECHNOLOGICAL BACKGROUND
Most food processing chains include an operation for drying the treated material.
This operation requires a lot of time and energy.
In particular in the developing countries, it is difficult to have, in particular on or near the places of production, external energy sources in order to integrate the drying stage in the agro chain -food.
The artisanal process of direct exposure to the sun usually used in tropical countries in which the materials are spread on the ground has many drawbacks.
We can cite in particular the inequality of drying and in some cases excessive drying, but especially contamination by insects, bacteria, fungi as well as degradation by wind, rain and ultraviolet rays.
The processes used in industrialized countries are expensive and difficult to transpose close to the places of production, while adequate drying before transport is an essential condition for obtaining a good product.
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quality and its conservation.
GOALS OF THE INVENTION
The present invention aims to provide a simple technique, inexpensive and capable of being made independent of external energy sources which makes it possible both to reduce the drying time, to reduce the risks of deterioration and to better control the various drying parameters.
Despite the variable nature over time of solar energy resulting from predictable factors such as daily and seasonal cycles and unpredictable factors such as cloud cover, rain, etc. the dryer should be able to operate regularly without being oversized and, if possible, to provide additional calories even in the event of solar deficiency. The aim is therefore to provide a dryer suitable for most products which must undergo a drying operation before their transport, this installation preferably being simple to construct, simple to use and of modular design.
CHARACTERISTIC ELEMENTS OF THE INVENTION
To achieve the desired goals, the invention offers three main characteristics, which can be combined with one another.
These characteristics are preferably embodied in three structural units which can optionally be integrated in modular form.
The first operating characteristic is located at the level of the solar collector which is designed so as to produce hot air usable for drying.
The use of a matte placed in a box acting by greenhouse effect has already been proposed. According to the state of the art, there is diagonally in stretched form, in a box comprising a cover made of an at least translucent and preferably transparent material and generally formed by a polycarbonate sheet, a porous polypropylene mat loaded with graphite d 'a
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approximate thickness of 1 or 2 cm. Under the greenhouse effect, this mat heats the air admitted from the bottom of the box which circulates through the mat and which is taken from the top of the box. This solution is of limited effectiveness.
According to the invention, it is therefore proposed to have parallel strips of a mat of the aforementioned type so that the air entering from the bottom of the box must pass successively through several compartments formed in said box by said strips.
Thus, the incoming air heats up first by passing through the first strip from a first compartment and then enters a second compartment; it then heats up again by passing through the second strip which separates the second compartment from the third compartment of the box and thus successively until finally exiting at the top of the box after these repeated passages in the strips of matte.
In this way, the pressure drops caused by the passage through the mattes remain reduced while successively increasing the temperature of the air heating successively while passing through the various compartments of the box.
It is observed that the heating efficiency by this operating technique is greatly increased, without loss of excessive loads, for a box of comparable size but comprising only one mat stretched over the entire diagonal of the box.
According to another characteristic of the invention, the energy supply necessary for the forced circulation is produced by a photovoltaic sensor, however, avoiding the storage of electrical energy using batteries, which is generally presented in the most usual solutions. offered so far. This greatly reduces the cost of installation and also avoids
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battery maintenance.
The third characteristic of the invention resides in the fact that the installation comprises heat storage elements, distributed by using alternation, in the drying unit proper, of perforated boxes intended to receive the material to be process and perforated boxes filled with a caloric storage material which is inert and inexpensive such as pebbles, a current of hot air being established through these different boxes.
Even during the night, when there is no longer any solar energy supply either to heat the air or to ensure forced circulation thanks to the photovoltaic sensor, we observe that drying continues however simply by convection natural due to the heating of the air in contact with the storage elements or that at least the phenomena of condensation which, otherwise risk of occurring during the night in contact with the air colder and practically saturated in humidity , are largely avoided.
Specific units corresponding to these three characteristic elements can be easily mounted in a chamber constituted by a conventional industrial container so as to form easily transportable modules.
Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description of a preferred embodiment of the invention.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Figure 1 shows an elevational view of a solar dryer designed according to the principles of the invention; Figure 2 shows a plan view of the same dryer; Figure 3 shows a section along A-A in Figure 2; Figure 4 shows the classic arrangement of a mat in a box and
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Figure 5 shows the strip arrangement of the mat according to the embodiment according to the invention.
The different views are of course schematic and are given only by way of illustration without limitation, as is the description which follows.
DESCRIPTION OF A MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The application case is that of an experimental installation for a cooperative producing cocoa intended for export.
Due to the high humidity, drying by direct exposure to the sun is not fast enough and a large part of the harvest is thus lost by putrefaction. The goal is to set up a prototype of solar drying by forced convection treating 2 T / 4d by reducing the cocoa humidity from 80% to 8%, for a drying time of 4 days.
The installation incorporates in the embodiment shown, in the form of three structural units, three functional characteristics, namely: a solar thermal collector with a porous mass; - a photovoltaic sensor supplying a motor-fan unit and a drying-storage unit distributed in the form of perforated boxes intended to receive the material to be dried and of perforated boxes filled with a mass of an inert and inexpensive material such as pebbles or pebbles.
A box-shaped thermal sensor 1 with a porous mat is provided with one or more ambient air intakes 2. The air after heating and several passages in strips of mat opens into a hot air collector 3.
The solar collector with porous mat is made more efficient, by the superposition of successive passages of the air to be heated on elements of mat
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placed in series, in the form of parallel bands.
Whereas (see FIG. 4) according to the conventional solution, a box 1, generally covered with a polycarbonate sheet 10, comprises a single veil of porous mat 11 of polypropylene loaded with carbon stretched diagonally, according to the invention (see FIG. 5) , this mat is arranged in several strips (three in FIG. 5) dividing the box 1 into several compartments (four in this case) forcing the air to pass from one compartment to the other while heating up more and more. more with each pass.
The installation comprises a motor-fan unit 4 ensuring the forced circulation of air in the sensor 1 and downstream in the drying-storage assembly.
According to the embodiment envisaged here, the solar drier can be made autonomous by combination with a photovoltaic solar collector 5 supplying the current to the motor-fan 4.
It works in a particularly simple way, that is to say without adding batteries. Research on this has indicated that this technique is least suitable for incidents.
However, it is of course possible to obtain the energy necessary for forced circulation by other means, for example existing local networks (hydroelectricity), a diesel generator set or even an integrated high-efficiency petrol group: TOTEM (Total Energy Module) , heat and electricity combined. In the case of photovoltaic panels, a system with accumulation by batteries can be envisaged. However, a direct circuit is preferable and sufficient.
In the latter case (without accumulation by batteries) the power supply "over the sun" limits forced convective drying to the time of sunshine.
This intensive action must be supplemented by a moderate action of natural convection, which has as
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particularity of having several heat sources distributed throughout the mass.
The thermal storage is no longer separated from the dryer according to a known solution but which required a special order by three-way valve. According to the invention it is preferably incorporated into the dryer in the mass of the latter.
Concretely, this means that in a drying unit, on a vertical stack of 9 to 10 trays or perforated baskets, 4 are intended for storage, being filled with rolled pebbles.
If the boxes are numbered, from top to bottom, from 1 to 10, the storage boxes are in positions 3,6, 9 and 10.
The advantage of the system is its reliability and simplicity: ventilation is stopped with the photovoltaic control or on operator action in the event of an external power supply. The dryer operates at this time in natural convection, the atmospheric air entering through the louvers of the walls and heating up in contact with the storage.
The drying efficiency is reduced but the return of humidity or worse, condensation is prohibited, crucial point for the drying efficiency.
An experimental installation is constituted, for example as follows:
A 100 m2 thermal capture surface, made up of 50 sensor modules, with a porous matrix in graphite polypropylene 1 to 2 cm thick, with transparent cover in cellular polycarbonate 6 to 8 cm thick.
A motor-ventilated fan assembly with adjustable speed in steps (nominal flow 14400 m3 / h and 40 mm
THIS). It is powered by a photovoltaic sensor operating directly under 24V DC voltage.
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One chamber (standard container with internal dimensions 5.875 x 2.44 x 2.40 (m), combining drying [with an interior volume of 33 m3) and thermal storage on rollers. The two tonnes of wet cocoa, at 80% humidity, are divided into 80 compartments of dimensions (80 x 60x 35) cm, divided into rows of 40 compartments (height: 4 compartments and length 10 compartments).
In this embodiment, the storage is located in the interior part of the container over 1 m thick.
In the example 6 rows of lockers would be allowed on the interior height of 2.40 m.
By numbering the rows from 1 to 6, rows 3 and 6 would consist of racks filled with rolled rollers with a total active volume of 8 m3.