Brevet FR2304045A1 — publié le 19761008

a présente invention se rapporte à un procédé et à une installation pour le séchage en étuve de produits chargés d'humidité, tels notamment que des carreaux de plâtre, des éléments moulés en béton ou en ciment, des pièces de céramique avant cuisson et analogues Une telle installation classique de séchage, par exemple de carreaux de plâtre, par l'air, est normalement constituée d'une étuve installée au sol, à l'intérieur de laquelle circulent des chariots portant les carreaux de plâtre à sécher. De manière continue les chariots sont introduits à une extrémité de l'étuve et ressortent à l'autre extrémité séchés. L'installation est habituellement chauffée par un générateur à combustion dont les fumées parcourent l'étuve à travers un tube qui joue le rôle d'échangeur. Des ventilateurs de circulation installés soit dansl'axe de l'étuve, soit sur les côtés, assurent un brassage de l'air. Séquentiellement on inverse le sens de rotation des sent.ilateurs de façon à permettre de sécher également les carreaux de chaque côté L'air parcourt généralement l'étuve à contre courant de celui des produits à sécher.Il est donc extrait du côtéeatéedes aureauEet admis du côté de la sortie des carreaux. Be brûleur du générateur de chaleur est, quai à lui, installé du côté de l'entrée des carreaux de manière à créer dans cette région, la température la plus élevée. La présente invention a pour objet des modifications assez fondamentales de ces installations permettant pour un même débit de produits à sécher de réaliser une économie très appréciable d'énergie tout en créant simultanément une installation non polluante, aussi bien du point de vue chimique que du point de vue thermique, te procédé de l'invention permettant d'atteindre ces objectifs se caractérise notamment en ce que les produits à sécher sont in- troduits à une première entrée d'une étuve par laquelle ils circulent jusqu'à une seconde entrée de l'étuve en contre courant d'un circuit gazeux de séchage, par exemple d'air, lequel est au moins recyclé dans l'étuve entre ladite seconde entrée et ladite première entrée, on condense au moins une partie de la vapeur d'eau contenue dans l'air de séchage chargé d'humidité extrait au voisinage de ladite première entrée, on utilise la chaleur latente dégagée par la condensation de la vapeur d'eau pour réchauffer un échangeur-évaporateur d'un groupe de réfrigération comportant un échangeur-évaporateur, un compresseur, un échangeur-condenseur et un organe de détente, puis on préchauffe au contact dudit échangeur-condenseur l'air de séchage admis dans l'étuve au voisinage de la seconde entrée précitée ainsi que l'air brassé à l'intérieur de l'étuve. De cette façon on récupère la plus grande partie de l'énergie thermique utilisée à vaporiser l'eau contenue dans les produits à sécher et on la réutilise à température plus élevée pour chauffer à la température souhaitable l'air de séchage utilisé. Selon une autre caractéristique de l'invention, on injecte de l'air de séchage préchauffé en différents endroits étagés de l'étuve et on adapte parallèlement les débits d'air introduits aux différents niveaux et les courtes de température de l'air et des produits à l'intérieur de l'étuve entre lesdites première et seconde entrées. Ainsi on accroît encore le rendement de séchage de l'installation. A titre d'exemple on peut dire que pour une même quantité de produits traités l'installation consomme en moyenne de l'ordre de 20% de 1' énergie cnnsommée par une installation de type classique. En outre, compte tenu des recyclages et des rejets à température sensiblement ambiante des gaz non recyclés, l'installation est très peu polluante, tant sur le plan chimique que sur le plan thermique. Une installation de séchage en étuve de produits chargés d' humidité tels notamment que des carreaux de platre, des éléments moulés en béton ai en ciment, des pièces de céramique avant CUiE- son et analogues, conforme à l'invention se caractérise par rapport aux installations classiques connues en ce qu'elle comprend en combinaisons - une étuve comportant une première entrée par laquelle sont introduits les produits à sécher et une deuxième entrée par laquelle ils sont retirés après séchage, - un circuit de ventilation extérieur comprenant des gaines et au moins un ventilateur ou analogue permettant d'admettre 1 ' air de séchage au voisinage de la seconde entrée et de l'extraire après traversée de l'étuve au voisinage de la première entrée (et un circuit de ventilation intérieur (brassage) de façon à imprimer à l'air une trajectoire hélicoldale à l'intérieur de l'-étuve), - un circuit de type frigorifique comprenant un échangeurévaporateur réchauffé par la chaleur latente de l'air chargé d'humidité et extrait de 1 étuve, un compresseur, plusieurs échangeurscondenseurs cédant la chaleur du fluide à l'air admis dans I'étuve et à l'air brassé à l'intérieur de l'étuve, un organe de détente et un fluide caloporteur traversant cycliquement ledit échangeurévaporateur, ledit compresseur, lesdits échangeurs condenseurs et ledit organe de détente;; - un circuit d'éliminatioh de l'eau extraite de l'air de séchage ayant traversé l'étuve et condensée au contact dudit échan geur-évaporateurO L'invention apparaltra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnant uniquement à titre d'exemple deux modes de mise en oeuvre de -l 'in- vention.Dans ces destins: - la figure 1 est un schéma d'une installation de séchage con çue selon l'invention, - la figure 2 illustre comme la figure t un schéma d'une installation conçue selon une variante de l'invention, - la figure 3 donne des courbes de température indiquant en fonction de l'endroit dans lequel on se trouve dans l'étuve, la température de l'air, celle des produits à sécher et la température de rosée de l'air, ces courbes correspondant à des conditions de fonctionnement de I tinstallation illustrée à la figure 2. On se reportera tout d'abord à la figure 1 sur laquelle on aper çoit une étuve 10 pour sécher des produits, tels par exemple que des carreaux de plâtre, circulant dans I'étuve selon les flèches p entre une première entrée il et une seconde entrée 12 de l'étuve. Celle-ci peut être constituée de façon classique sous la forme d'un four tunnel, des portes pouvant équiper les entrées tt, 12 et les produits pouvant être entrainés sur des chariots ou sur des convoyeurs par exemple. Conformément à l'invention le séchage des produits se fait en contre courant avec de l'air de séchage circulant selon les flèches a, des ventilateurs tels que V2 assurant la circulation de l'air dans l'étuve 10 et dans les gaines de jonction telle que repérées 13, t4, 15 et 16 aux dessins, et V1 l'extraction de l'air de ladite étuve. Dans l'exemple illustré a gaine 13 qui extrait l'air chaud humide ayant traversé l'étuve 10 est montée au voisinage de l'entrée 11 des produits dans l'étuve, mais à une certaine distance de cette entrée ménageant avant elle une zone dite zone de chauf fage répérée CH aux dessins.La gaine 13 aboutit à un échangeurévaporateur EE dans lequel l'air se refroidit et laisse condenser une grande partie de l'eau dont il est chargé comme illustré en 17 en cédant sa chaleur latente et en particulier celle de condensation de l'eau à un fluide caloporteur du type fluide frigorifique classique qui s'est refroidi après détente dans un organe de détente D. L'air refroidi asséché sortant de l'échangeur-évaporateur EE est dirigé par la gaine 14 dans ltéchangeur-condenseur EC dans lequel il s'échauffe en empruntant sa chaleur au fluide caloporteur qui a été oamprimé dans le compresseur C. L'air chaud sec à la sortie de l'échangeur-condenseur sa est dirigé vers la seconde entrée 12 de l'étuve. Le groupe de réfrigération repé dans son ensemble 19 comprenant un fluide caloporteur circulant en circuit fermé dans l'échangeur-évaporateur BE, dans le compresseur C, dans l'échangeurcondenseur EC, et dans l'organe de détente D peut être de tout type cX ssique bien connu. il permet au moyen de la seule dépense d'énergie dissipée dans le oempresseur C de récupérer la chaleur latente de l'air humide ayant traversé l'étuve, d'assécher cet air en condensant et éliminant la plus grande partie de 1' eau qu'il contient et de le réchauffer dans ltéchangeur-condenseur EC avant de le recycler dans l'étuve à température plus élevée et à l'état sec. En outre, comme montré aux dessins,. on utilise avantageusement, une partie du fluide caloporteur du groupe de réfrigération 19 à la sortie du compresseur C pour réchauffer des échangeurs el, e2, e3, e4, e5, e6 prévus de place en place aux endroits opportuns dans l'étuve 10 et permettant d'obtenir une courbe favorable de répartition de température dans 1' étuve, sans dépense d'énergie supplémentaire. Sur le dessin les diverses flèches indiquent la circulation du fluide caloporteur du groupe de réfrigération qui a été montré en trait fin pour le différencier nettement du circuit d'air montré en trait fort. Dans l'exemple de réalisation illustré on a en outre suppose qu'une partie de l'air humide sortant de l'étuve 10 après condensation dans l'échangeur-évaporateur ES était rejeté à l'atmosphère comme indiqué en 20, l'appoint étant assuré par une entrée d'air extérieur en 21 au ventilateur V2 Dans un mode de réalisation satisfaisant pour le séchage de carreaux de plâtre on peut ainsi avoir les températures suivantes air : 650C à l'entrée 12, s'élevant jusqu'à 770C dans la zone de séchage S de l'étuve; température décroissant progressivement ~ensuite dans la zone de pré-séchage PS puis dans la zone de chauffage CH. Produits : 320C à l'entrée 11 s'élevant jusqu a un maximum d'environ 630C dans la zone de séchage S. On notera que dans cet exemple la température de rosée de l'air qui pourra être par exemple de 200C à 11 entrée 12 de l'étuve Si c'est cette température d'air qui est atteinte après traversée de l'échangeur-évaporateur ES, pourra s'élever jusqu'à 53 O vers l'entrée il de l'étuve. Il en résultera une première condensation de l'eau dans la zone de chauffage CH au contact des produits froids, cette eau pouvant être éliminée de l'étuve comme indiqué en 220 La condensation la plus importante se produira dans l'échangeur ES. Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 2 on retrouve les mimes éléments que ceux de La figure 1, à ceci près que l'étuve 10' est prolongée par une zone de séchage complémentaire 50 dans laquelle les produits à sécher finissent de se sécher et simultanément de se refroidir en réchauffant l'air de séchage. Dans l'installation de la figure 2 on notera un circuit complémentaire de circulation d'un fluide auxiliaire d' échange circulant en boucle fermée comme repéré en 23 entre un échangeur El et réchauffé par l'air humide sortant de l'étuve par la gai' le 13 avant admission à l'échangeur-évaporateur ES, et refroidi dans un échangeur E2, et dans divers échangeurs complémentaires e7, e8, e9, e10 servant à réchauffer l'air admis dans la zone de séchage complémentaire de l'étuve 10' voisine de la seconde entrée 12' de ladite étuve. Dans ce circuit, montré entraits interrompus, les flèches indiquent les sens de circulation.Comme à la figure 1 une partie de l'air n'est pas recyclée et est rejetée à l'atmosphère en 20, et cet air est remplacé par de l'air frais extérieur admis en 21 dans la zone de séchage complémentaire de l'étuve. A la figure 3 on aperçoit trois courbes donnant les températures respectives ta de l'air tp des produits et tr de rosée de l'air tout au long de l'étuve 10', la figure 3 étant disposée sous la figure 2 pour que l'on puisse faire correspondre immédiatement la valeur des températures portée en ordonnée et la distance où l'on se trouve portée en abscisse. Quelques températures ont été en outre rappelées sur la figure 2 pour faciliter la compréhension. En utilisant le procédé de l'invention on comprend qu'l est possible de réaliser une installation relativement simple et économique consommant très peu d'énergie, non polluante, permettant de sécher n'importe quel produit et en particulier tous ceux qui contiennent beaucoup d'eau et sont susceptibles d'hêtre séchés par un courant d'air porté à température modérée. L'installation s'applique particulièrement bien au séchage des carreaux de plâtrez Evidemment de nombreuses variantes peuvent être apportées aux modes de réalisation et de mise en oeuvre décrits en ce qui concerne notamment l'implantation des échangeurs, les types d'échangeurs utilisés, par exemple à plaques oudu t ettesà ailettes, les types de compresseurs, par exemple à piston, centrifuge, à palette, etc... sans sortir-du cadre de l'invention. Celle-ci comprend donc tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont réalisées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé pour le séchage en étuve de produits chargés d'humidité tels notamment que des carreaux de plâtre, des éléments moulés en béton ou en ciment, des pièces de céramique avant cuisson et analogues caractérisé en ce que les produits à sécher sont in- troduits à une première entrée d'une étuve dans laquelle ils circulent jusqu'à une. seconde entrée de l'étuve en contre courant d'un circuit gazeux de séchage, par exemple d'air, lequel est au moins en partie recyclé dans l'étuve entre ladite seconde entrée et ladite première entrée, on condense au moins une partie de la sapeur d'eau contenue dans l'air de séchage chargé dìhum té extrait au voisinage de ladite première entrée, on utilise la chaleur latente dégagée par la condensation de la vapeur d'eau pour réchauffer un échangeur-évaporateur, d'un groupe de réfrigération comportant un échangeur-évaporateur, un compresseur, plusieurs échangeurs-condenseurs et un organe de détente, puis on réchauffe au contact d'un desdits échangeurs-condenseurs l'air de séchage admis dans 1' étuve au voisinage de la seconde entrée précitée et on chauffe l'air brassé à l'intérieur de l'étuve au moyen des autres échangeurs-condenmtws 20 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on injecte de l'air de séchage réchauffé en différents endroits étagés de l'étuve et on adapte parallèlement les débits d'air introduits aux différents niveaux et les apports calorifiques de chaque échangeur-condenseur intérieur pour obtenir les courbes de température de l'air et des produits optimales à l'intérieur de l'étuve entre lesdites première et seconde entrées. 30 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce qu'on envoie une partie de l'air de séchage à l'atmosphère après traversée dudit échangeur-évaporateur et on le remplace par un débit équivalent d'air extérieur admis au voisinage de ladite seconde entrée. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'entre la première et la seconde entrée précitées on réalise un circuit d'échange de chaleur pour préchauffer l'air frais admis au voisinage de la seconde entrée de l'étuve au moyen de l'air plus chaud chargé d'humidité et extrait de l'étuve au voisinage de ladite première entrée. 5. installation de séchage en étuve de produits chargés d'humidité tels notamment que des carreaux de plâtre., des éléments moulés en béton ou en ciment, des pièces de céramique avant cuisson et analogues, permettant la mise en oeuvre du procédé de l'une quelconqudes des revendications précédentes caractérisé en ce qu'elle comprend en combinaison - une étuve comportant une première entrée par laquelle sont introduits les produits à sécher et une seconde entrée par laquelle ils sont retirés après séchage - un circuit de ventilation comprenant des gaines et au moins un ventilateur permettant d'admettre l'air de tqéchage au voisinage de la seconde entrée et & l'extraire après traversée de 11 étuve au voisinage de la première entrée, - un circuit de type frigorifique comprenant un échangeurévaporateur réchauffé par la chaleur latente de l'air chargé d'humidité et extrait de l'étuve, un compresseur, un échangeurcondenseur cédant sa chaleur à l'air admis dans l'étuve, un organe de détente et un fluide caloporteur traversant cycliquement ledit échangeur-évaporateur, ledit compresseur, lesdits échangeur- condenseur et:,leait organe de de-ente,~ - un circuit'd'élimination de l'eau extraite de l'air de séchage ayant traversé l'étuve et condensée au contact dudit échangeur-évaporateur. 6. Installation selon la revendication 5 caractérisée en ce que des échangeurs-condenseurs sont disposés dans l'étuve, en particulier dans la zone de sortie dite de séchage des produits, et sont chauffés par le fluide frigorifique caloporteur à sa sortie du compresseur. 7. Installation selon la revendication 5 ou la revendication 6 caractérisé en ce qu'il est prévu un circuit d'échange de chaleur complémentaire parcouru par un fluide caloporteur et comprenant un premier échangeur de chaleur réchauffé par l'air chaud humide extrait de l'étuve et au moins un second échangeur de chaleur préchauffant l'air admis au voisinage de la seconde entrée précitée de étuve, puis itair à ltintérieur de l'étuve. 8. Installation selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'air extrait de l'étuve et recyclé dans l'étuve après traversée du circuit frigorifique est admis dans une zone de séchage distante de la seconde entrée précitée de l'étuve et séparée d'elle par une zone de séchage complémentaire. 9 Installation selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'elle comprend un soutirage d'eau condensée au contact des produits à sécher froids entrant dans l'étuve 10 Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que plusieurs circuits du type frigorifique travaillent en boucles concentriques, c'est-à-dire que tous les échangeurs-évaporateurs se trouvent dans le circuit d'extraction d'air humide et les échangeurs-cnndenseurs se succèdent sur toute la longueur, à l'intérieur de ltétuve.