Brevet FR2295797A1 — publié le 19760723

On sait que les installations classiques de cabines de peinture comprennent un dispositif de lavage de l'air par l'eau. Ces cabines comprennent à entrée un conditionneur d'air par lequel i'air soufflé est admis dans la cabine de peinture. Ce çonditionneur comporte habituellement un filtre d'entrée d'air, un moyen de chauffage soit à flamme directe, soit à échangeur, éventuellement- une unité d'humidification, et un ventilateur de soufflage. La cabine comporte de haut en bas un plénum de répartition avec une ou deux rangées de filtres, dans lequel souffle le ventilateur du conditionneur. Dans le local proprement dit de peinture, l'air s'écoule verticalement ou horizontalement et est ensuite lavé dans un dispositif de lavage qui comporte habituellement des rampes de pulvérisation d'eau conçues de façon à assurer un contact intime entre un brouillard d'eau formé et l'air provenant de la cabine chargé de peinture. Dans ce dispositif de lavage s'opère un mélange extrêmement intime de l'eau et de l'air, chaque gouttelette de peinture provenant du pistolage dans le local de peinture et en suspension dans l'air étant alors englobéédans une gouttelette d'eau, ce qui permet d'éliminer la peinture lors de la séparation ultérieure de l'air et de l'eau. L'eau est envoyée à une fosse de relargage ou avec l'aide d'adjuvat chimiquesla peinture est séparée, soit par flottation, soit par relargage. L'air séparé de l'eau est habituellement envoyé à l'atmosphère par un réseau de gain de ventilateurs et de cheminées. Des pompes reprennent l'eau après séparation de la peinture et la renvoSeSdans le dispositif de lavage de la cabine de peinture où elle est recyclée. ne telles installations consomment des quantités assez considérables d'énergie pour assurer le conditionnement de l'air, c'est-à-dire en particulier son réchauffage et son humidification en période froide d'hiver à l'entrée de la cabine. Conformément à l'invention on diminue considérablement énergie nécessaire à assurer lthumid1.flcation et le réchauffe ment de l'air .i 'entrée de la cabine pendant les périodes froides de l'hiver en récupérant la lu grande partie de l'énergie nece"sa.ire à ce conditionnement dans l'eau de lavage utilisée dans l'Intaîlation. En effet on a constaté que du. fait du procédé de lavage de l'air utilisé, la plus grande partie d la chaleur -ournie à l'air c. Dc.ri entrée dans l'installation pouvait entre récupérée habituellement dans l'eau de lavage. Conformément à l'invention pour effectuer cette récupération d'énergie on recycle le liquide de lavage du dispositif de lavage à travers un échangeur de chaleur qui est parcouru par un fluide caloporteur qui traverse un second échangeur de chaleur placé sur le circuit d'air avant son admission dans la cabine.De façon avantageuse on comprime le fluide caloporteur entre sa sortie d'un desdits échangeurs et son entrée dans l'autre, et on le détend entre sa sortie dudit autre échangeur et son entrée dans le premier, et l'on permute le role dudit premier échangeur et dudit autre échangeur en fonction des conditions de température de l'air, des conditions de température du liquide de lavage et des conditions de température souhaitées dans ladite cabine. Ainsi, en période froided'hiverl'échangeur traversé par l'eau de lavage forme échangeur-évaporateur du fluide caloporteur qui à sa sortie dudit échangeur est comprimé et ensuite abandonnée sa chaleur dans l'autre échangeur traversé par l'air à réchauffer ledit autre échangeur formant échangeur-condenseur, après quoi le fluide caloporteur est refroidi par détente avant d'être recyclé dans ledit premier échangeur-évaporateur. En été, on inversera le fonctionnement du compresseur et du dispositif de détente, de sorte que l'échangeur refroidi par l'eau formera échangeur-condenseur du cycle, alors que l'autre échangeur réchauffé par l'air formera échangeur-évaporateur du cycle. Ainsi, avec une consommation minimale d'énergie, et à partir d'une installation unique, on obtiendra un conditionnement réel de l'air dans l'installation, aussi bien en période froide d'hiver qu'en période chaude d'été. L'invention se rapporte en outre à des installations en particulier pour cabines de peinture, équipées d'un dispositif de conditionnement d'air comprenant au moins un échangeur de chaleur traversé par le liquide de lavage, au moins un échangeur de chaleur traversé par l'air admis dans la cabine, un circuit parcouru par un fluide caloporteur traversant successivement lesdits échangeurs, au moins un compresseur susceptible de comprimer ledit fluide caloporteur entre sa sortie d'un desdits échangeurs et son entrée dans l'autre, et au moins une vanne de détente ou analogue susceptible de détendre ledit fluide caloporteur entre sa sortie dudit autre échangeur et son entrée dans le premier. L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 montre schématiquement le circuit d'une installation conçue selon l'invention - les figures 2, 3 et 4 montrent plus spécifiquement le circuit de circulation du fluide caloporteur tel qu'illustré dans la figure 1 et son mode d'utilisation selon trois conditions différentes d' emploi. On se reportera tout d'abord à la figure 1 dans laquelle on a montré en 10 une cabine de traitement, par exemple une cabine de peinture qui est alimentée à partir d'un ventilateur 11 à sa partie supérieure en air prélevé en 12. On a montré en traits interrompus le circuit de l'air, les flèches indiquant le sens de circulation à travers l'installation. A la sortie de la cabine 10 l'air traverse une unité de lavage 13, par exemple du type à nappes d'eau. A la sortie de l'unité 13, l'air débarrassé des gouttelettes de peinture ou autres impuretés recueillies dans la cabine de traitement 10 est évacué par un conduit 14 et un ventilateur 15 à une cheminée 16. Avant de pénétrer dans la cabine 10 l'air traverse un conditionneur d'air 17 qui permet de l'amener à la température souhaitable et également au taux d'humidité désiré. En 18 on a schématisé un brûleur complémentaire suivi d'un dispositif 18' d'humidification de l'air et en 19, 20 deux échangeurs de chaleur permettant d'amener la température de l'air à la valeur désirée. l'ordre de succession du brûleur, de l'humidificateur et des échangeurs peut varier selon les applications. L'eau de lavage circulant en circuit fermé comme illustré par le trait mixte 21 et dans le sens des flèches traverse successivement l'unité de lavage 13 dans laquelle elle débarrasse l'air de ses impuretés, en particulier des gouttelettes de peinture qui sont entraînées vers un bac de relargage 22. Dans le bac 22 les impuretés sont séparées, et l'eau épurée est recyclée par la pompe 25 vers l'unité 13 après traversée d'un échangeur de chaleur 24. Conformément à l'invention les échangeurs 19, 20, 24 sont parcourus par un fluide unique caloporteur qui comprend essentiellement un circuit d'échange tel qu'un faisceau de tubes 25 dans l'échangeur 24, des circuits d'échange 26, 27 tels que des faisceaux de tubes dans les échangeurs 19 et 20, un compresseur 28, une vanne de détente 29 et un réseau de connexions reliant comme montré ces différents appareillages, ce réseau comprenant un certain nombre de vannes d'isolement V1-V10. On expliquera maintenant le fonctionnement de l'installation en faisant référence eux trois schémas de fonctionnement correspondant à des conditions d'utilisation différentes de la même installation selon les conditions climatiques du moment. En faisant référence aux figures 1 et 2 on a montré dans la figure 2 en trait fort la circulation du fluide caloporteur dans l'installation mettant en liaison l'échangeur 24 et l'échangeur 19. En trait fin on a rappelé les divers circuits du fluide caloporteur de l'installation qui sont dans la position illustrée isolés par la fermeture des vannes d'isolation V1 à V6. La disposition illustrée aux figures 1 et 2 correspond à une utilisation en période froide ou relativement tempérée pour laquelle on désire réchauffer l'air avant de l'admettre dans la cabine de traitement 10. Par exemple l'air est prélevé à l'extérieur à une température de 120C et on le porte à la température de 22bC en le réchauffant dans l'échangeur 19. Celui-ci reçoit sa chaleur du fait de la compression dans le compresseur 28 du fluide caloporteur qui peut être porté par exemple vers gOOC dans le faisceau de tubes 26 de de l'échangeur 19. Comme fluide caloporteur on peut utiliser avantageusement un fluide frigorifique de type classique tel que fréon, ammoniac, propane, etc.Dans ces conditions l'échangeur 19 fonctionne comme échangeur condenseur du fluide caloporteur qui est détendu dans la vanne de détente 29 avant d'être admis dans l'échangeur 24. A la sortie de l'échangeur condenseur 19 la température du fluide caloporteur qui est toujours de l'ordre de 3O0C (condensation à température et sous pression constantes) peut s'abaisser par exemple vers OOC après traversée de la vanne de détente 29. Le fluide caloporteur s'échauffe et se vaporise dans l'échangeur 24 formant échangeur-évaporateur. On a supposé par exemple que la température de l'eau de lavage était de 110C et qu'après traversée de l'échangeur 24 le fluide caloporteur s'étant évaporé à OOC avant d'être admis au compresseur 28, a refroidi l'eau de lavage jusqu'à 20C. Le cycle ci-dessus décrit ne consomme en fait que la faible énergie de compression dépensée au compresseur 28, car la chaleur nécessaire à réchauffer l'air à l'entrée de la cabine (de 120C à 220C dans l'exemple choisi) est récupérée après la cabine du fait du mélange intime de l'air et de l'eau dans l'unité de lavage 13, et du transfert de la chaleur de l'air à l'eau de lavage. On notera en outre que dans l'exemple choisi l'air extérieur admis à 120C peut dtre évacué de l'installation après traversée de l'unité de lavage 13 à une température inférieure, très voisine de celle de liteau, par exemple 3 ou 40C apportant ainsi un supplément d'énergie au cycle. Sur le dessin de la figure 2 on a porté les diverses températures ci-dessus mentionnées, étant entendu qu'il ne s'agit que d'un exemple d'utilisation, et que ces chiffres peuvent largement varier selon les conditions d'emploi, la nature du fluide caloporteur utilisée, le rapport de compression au compresseur 28, etc... On se reportera maintenant au schéma d'exploitation de la figure 3 et en faisant référence toujours à la figure 1. Ce schéma concerne plus spécifiquement une utilisation en période chaude d'été dans laquelle on désire réfraichir l'air et l'amener au taux d'humidité désiré avant son admission dans la cabine 10. Dans ce schéma selon la même convention qu'à la figure 2 les vannes V1, V6, V7 et V8 sont fermees. Te fluide caloporteur circule en sens inverse entre les éelangela.rs 19 et 24 dont les rôles sont Inversés. l'échangeur 24 forment échangeur-condenseur dans lequel la chaleur excédentaire de l'ir extérieur admis dans la cabIne est abandonnée à l'eau de lavage, tandis que 1' échangeur 19 forme échangeur-évaporateur permettant d'abaisser la température de l'air extérieur à l'entre de la cabine. En outre, une partie du fluide caloporteur après compression au compresseur 28 est recyclée dans l'échangeur 20 permettant d'échauffer l'air jusqu'à la température désirée et simultanément de régler le taux d'humidité. En effet, dans l'exemple illustré l'air extérieur est admis à 350C dans l'échan- geur-évaporateur 19 où sa température est abaissée jusqu'à 150C avec condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'air jusqu'à la pression de vapeur saturante de l'eau à cette température de 1500. Après traversée de l'échangeur-condenseur 20 de rôle similaire à l'échangeur 24 l'air est amené à 210C avec un taux maximal d'humidité correspondant à la pression de vapeur saturante de l'eau à 150C. En regard du circuit de la figure 3 on a comme dans la figure 2 indiqué un certain nombre de températures à titre d'exemple, ces températures données uniquement à titre indicatif pouvant varier largement selon les conditions d'emploi du cycle. Il est à noter que dans le cas du schéma de la figure 3 la plus grande partie de l'énergie nécessaire à refroidir l'air extérieur sera prélevée sur l'eau qui sera réchauffée (de 1300 à 200C dans l'exemple choisi) et vaporisée dans l'unité de lavage, puis éliminée avec l'air épuré à l'atmosphère. Dans cette installation l'unité de lavage fonctionne donc en quelque sorte et en partie comme un réfrigérant à vaporisation d'eau. On se reportera maintenant au schéma d'utilisation de la figure 4 en faisant toujours référence à la figure 1. Dans ce schéma le compresseur 28, la vanne de détente 29 et l'échangeur 20 ont été mis hors circuit,- le fluide caloporteur by-passant le compresseur 28 par la vanne V1 qui a été ouverte et by-passant la vanne de détente 29 par la vanne V6 qui a été ouverte. Ce schéma suppose que l'on dispose d'eau de lavage à une température supérieure à celle de l'air que l'on veut réchauffer.Dans l'exemple illustré on a supposé que l'eau de lavage était disponible à lO0C, tandis que l'air extérieur était disponible à -100G. Dans ces conditions les échangeurs 24 et 19 permettent sans dépense d'énergie, et sans avoir à prévoir une installation particulière d'utiliser la chaleur excédentaire de l'eau de lavage pour réchauffer l'air à son entrée dans la cabine 10 (de -100C à 0 C dans l'exemple choisi), le fluide caloporteur circulant à une température sensiblement constante, par exemple de 30C en se condensant dans l'échangeur 19 et en se vaporisant dans ltéchangeur 24, tandis que la température de l'eau de lavage passe de 700G à 50C. De la description qui précède il résulte que l'intéret essentiel de l'invention est de permettre, en utilisant un circuit caloporteur comprenant essentiellement un échangeur 24 et un échangeur 19, un compresseur 28 et une vanne de détente 29, et en prévoyant les inter-connexions nécessaires, d'utiliser la conception particulière d'un laveur à eau à grande surface d'échange aireau pour assurer, en période d'hiver une récupération très importante de la chaleur abandonnée par l'air sortant de la cabine dans l'unité de lavage, et en période d'été assurer un refroidissement de l'air par simple inversion de circulation du fluide caloporteur sans faire appel à aucun appareillage spécifique nouveau. En outre, par adjonction d'un second échangeur 20 il est possible en période chaude d'obtenir un conditionnement d'air précis et économique. Enfin, dans certaines conditions d'emploi, selon le schéma de la figure 4, il est possible, sans dépense d'énergie et par simple inter-connexion correcte de l'appareillage ci-dessus défini d'obtenir le conditionnement d'air désiré. Evidemment pour cette dernière exploitation la prévision du compresseur 28 et de la vanne de détente 29 n'est pas nécessaire. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation illustré et décrit qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier divers types d'échangeurs et de compresseurs peuvent être utilisés et groupés sans sortir du cadre de l'invention tel qu'il ressort des revendications qui suivent. P E v E N D I C A T I O N S 1. Procédé d'exploitation d'une installation comprenant au moins une cabine de traitement, telle notamment qu'une cabine de peinture, dans laquelie on introduit un débit donné d'air conditionné qui à sa sortie traversé au moins un dispositif de lavage à 1iquide, tel en partculier que de l'eau, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on recycle le liquide de lavage du dispositif de lavage à travers un échangeur de chaleur qui est parcouru par un fluide caloporteur qui traverse un second échangeur de chaleur placé sur le circuit d'air avant son admission dans la cabine. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on comprime ledit fluide caloporteur entre sa sortie d'un desdits échangeurs et son entrée dans l'autre, et on le détend entre sa sortie dudit autre échangeur et son entrée dans le premier, et on permute les dudit premier échangeur et dUdit autre échangeur en fonction des conditions de température de l'air, des conditions de température du liquide de lavage et des conditions de température souhaitées dans ladite cabine. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'on utilise comme fluide caloporteur un fluide frigorifique classique tel que fréon, ammoniac, propane ou analogue. 4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3 caractérisé en ce que lorsqu'on utilise l'échangeur de chaleur précité placé sur le circuit d'air comme échangeur-évaporateur du fluide caloporteur formant réfrigérant pour l'air, on utilise en outre un deuxi.ème échsngeurde ciur formant édEngew -condeaseur,réehadEsr d'aiBavant admission d'air dans la cabine, lequel échangeur de chaleur est réchauffé par une partie du fluide caloporteur après compression. 5. Installation comprenant au moins une cabine de traitement, telle notamment qu'une cabine de peinture, dans laquelle on introduit un débit donné d'air conditionné qui à sa sortie traverse au moins un dispositif de lavage à liquide, tel en particulier que de l'eau, ladite installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un échangeur de chaleur traversé par le liquide de lavage, au moins un échangeur de chaleur traversé par l'air admis dans la cabine, un circuit parcouru par un fluide caloporteur traversant successivement lesdits échangeurs, au moins unoempresseur susceptible de comprimer ledit fluide caloporteur entre sa sortie d'un desdits échangeurs et son entrée dans l'autre, et au moins une vanne de détente ou analogue susceptible de détendre ledit fluide caloporteur entre sa sortie dudit autre échangeur et son entrée dans le premier. 6. Installation selon la revendication 5 caractérisée en ce que ledit circuit comprend des vannes et boucles permettant dtinverser le sens de circulation du fluide caloporteur entre lesdits échangeurs. 7. Installation selon la revendication 5 ou la revendica tion + aractérisée en ce qu'elle comprend un échangeur de chaleur supplémentaire traversé par le débit d 'air à l'entrée de la cabine et par une partie dudit fluide caloporteur. 8. Installation selon l'une des revendications 5 à 7 caractérisée en ce qu'il est prévu des vannes d'isolation des différents appareils et notamment dudit compresseur et de ladite vanne de détente qui peuvent être by-passés par actionnement desdites vannes. 9. Installation comprenant au moins une cabine de traitement, telle notamment qu'une cabine de peinture, dans laquelle cn introduit un débit donné d'air condItIonné qui à sa sortie traverse au moins un dispositif de lavage à liquide, tel en particulier que de l'eau, ladite installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un échangeur de chaleur traversé par le liquide de lavage, au moins un échangeur de chaleur traversé par l'air admis dans la cabine, un circuit parcouru par un fluide caloporteur traversant successivement lesdits échangeurs, ledit fluide caloporteur étant condensé dans ledit échangeur traversé par l'air et étant vaporisé dans ledit échangeur traversé par le liquide de lavage.