Brevet FR2341342A1 — publié le 19770916

La présente invention est relative au séchage de l'air chargé d'humidité par refroidissement permettant la condensation de l'eau se trouvant dans cet air humide. L'air humide qu'il est nécessaire de traiter peut par exemple provenir d'installations de séchage-de-matériaux ou d'entrepôts destinés à des matières humides tels que par exemple les silos à grains ou installations analogues. On sait déjà utiliser pour le refroidissement de l'air humide en vue de son séchage des machines frigorifiques ou pompes de chaleur dont on utilise le compartiment évaporateur qui constitue une source froide pour provoquer la condensation de l'eau contenue dans l'air humide, cette eau étant ensuite recueillie dans des bacs de condensation et s'écoulent à l'extérieur, La présente invention se propose de réaliser une instal lation de séchage d'air utilisant une telle machine frigorifique sans aucun apport calorifique extérieur et permettant de rejeter de l'air sec traité sensiblement à la même température que l'air humide introduit dans l'installation.De cette manière on peut procéder au séchage de matériaux humides tel que par exemple des céréales placées dans un silo sans modifier sensiblement les conditions de température à l'intérieur du local qui contient ledit matériau humide. L'installation de séchage d'air humide par refroidissement permettant la condensation suivi d'un réchauffement d'air sec selon l'invention est conçue de façon que le refroidissement soit obtenu par passage de l'air humide dans le compartiment évaporateur d'une machine frigorifique. Selon l'invention l'installation comprend en outre un échangeur de chaleur à travers lequel l'air humide est tout d'abord envoyé pour subir un premier refroidissement et une première condensation partielle. A la sortie de cet échan- geur de chaleur l'air humide traverse le compartiment évaporateur de la machine frigorifique qui constitue une source froide, A la sortie de ce compartiment évaporateur, l'air humide qui a subi une deuxième condensation traverse à nouveau l'échangeur de chaleur précité pour subir un premier réchauffement, L'air sec ainsi partiellement réchauffé est envoyé à la sortie de l'échangeur dans le compartiment condenseur de la machine frigorifique qui constitue une source chaude afin de subir un deuxième réchauffement, L'échangeur et le compartiment évaporateur de la machine frigorifie 4 comportent avantageusement des bacs de condensation permettant de recueillir l'eau condensée provenant de l'air humide. La machine frigorifique utilisée dans l'installation selon l'invention peut être d'un type quelconque c'est-à- dire soit à compression soit à absorption. Elle peut également comporter un ou plusieurs étages. Dans le cas où la machine frigorifique comporterait plusieurs étages et plusieurs compartiments d'évaporation et de condensation il va de soi que la circulation évoquée précédemment se ferait successivement à travers ces différents compartiments. Dans le cas où les températures atteintes à l'intérieur de l'échangeur de chaleur ou à l'intérieur du compartiment évaporateur de la machine frigorifique descendent au-dessous de la température de congélation de l'eau à la pression régnant à l'intérieur de l'installation c'est-à-dire pratiquement des températures inférieures à OOC l'installation comporte de préférence au moins un dispositif sensible à une différence de température ou à une différence de pression qui est monté dans la circulation d'air humide entre l'amont et l'aval de l'échangeur et/ou du compartiment évaporateur de la machine frigorifique. Ce dispositif est associé à une minuterie et à des moyens pour provoquer un arrêt pendant un temps déterminé de la machine frigorifique afin de permettre un dégivrage de l'installation. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un exemple de réalisation nullement limitatif décrit en référence à la figure annexée qui montre de manière très schématique les différents éléments principaux d'une installation de séchage d'air humide conforme à l'invention. Telle qu'elle se trouve représentée cette installation comprend une machine frigorifique 1 qui, sur la figure, est une machine à compression et un échangeur de chaleur statique 2. La machine frigorifique 1 de type classique comprend comme on peut le voir sur la figure un compresseur 3 entrainé par un moteur 4 qui peut être un moteur électrique, un moteur thermique ou n'importe quel autre type de moteur. Le compresseur 3 véhicule dans le circuit de la machine frigorifique 1 un fluide frigorigène qui est choisi de façon à pouvoir se vaporiser aux conditions #e température qui règnent dans le compartiment évaporateur comme on le verra plus loin.Ce fluide se trouve à la sortie du compresseur 3 à l'6tat gazeux et à haute pression. I1 parvient par la canalisation 4 dans la chambre 5a du compartiment condenseur 5 de la machine frigorifique 1. Comme on le sait ce compartiment condenseur est constitué par un échangeur de chaleur d'un type quelconque comportant donc deux circuits indépendants ou chambres 5a et 5b. Lors de son passage à l'intérieur du compartiment condenseur 5 le fluide frigorigène se liquéfie et cède de la chaleur. Le compartiment condenseur peut donc être considéré comme une source de chaleur ou une source chaude qui sera utilisée comme on le verra plus loin. A la sortie du compartiment condenseur 5 le fluide frigorigène traverse une vanne de détente 6 puis pénètre dans la chambre 7a du compartiment évaporateur 7 de la machine frigorifique 1.Dans ce compartiment évaporateur le fluide frigorigène se vaporise en absorbant de la chaleur. Autrement dit le fluide produit du froid et le compartiment 7 peut être considéré comme une source froide qui sera utilisée comme on le verra plus loin, A la sortie du compartiment évaporateur 7 le fluide frigorigène vaporisé retourne par la canalisation 8 au compresseur 3. L'air humide qui peut provenir d'un local contenant des matériaux humides ou toute autre source d'air humide est introduit par la canalisation 9 dans un ventilateur de reprise 10 qui provoque la circulation de cet air humide selon un premier circuit 2a à 11 intérieur de l'échangeur de chaleur 2. A la sortie de cet échangeur de chaleur, l'air humide qui s'est ainsi déjà refroidi partiellement comme on le verra plus loin a cédé une partie de son eau qui est recueillie dans#un bac de condensation schématisé en 11 muni d'un siphon permettant l'écoulement de l'eau ainsi séparée. L'air humide sortant de l'échangeur 2 est envoyé dans la deuxième chambre 7b du compartiment évaporateur 7 c'est-à- dire dans la source froide de la machine frigorifique 1. L'air humide subit ainsi un deuxième refroidissement. L'eau qu'il contenait encore se condense et est évacuée par un deuxième bac de condensation non représenté sur la figure au moyen d'un siphon et d'un écoulement 12. L'air sec à basse température provenant de la chambre 7b est alors réintroduit dans l'échangeur de chaleur 2 par un deuxième circuit 2b ou il s'échauffe au contact de l'air humide traversant le premier circuit 2a en même temps qu'il-permet le refroidissement partiel de cet air humide évoqué précédemment. A la sortie de échangeur de chaleur 2, lssair sec ainsi partiellement réchauffé est introduit dans la deuxième chambre 5b du compartiment condenseur de la machine frigorifique 1 afin de subir un nouveau réchauffage qui porte sa température pratiquement au même niveau que la température de l'air humide introduit dans l'installation par le ventilateur de reprise 10. L'air sec ainsi réchauffé est réintroduit dans le local contenant les produits à sécher au moyen du ventilateur de soufflage 13 placé a la sortie de la deuxième chambre 5b du compartiment condenseur 5. On voit que l'installation comportant une machine frigorifique 1 jouant le rôle d'une pompe de chaleur thermodynamique utilise l'échangeur de chaleur 2 comme récupérateur statique de calories. L'air est recyclé en totalité sans apport d'air neuf et sa température n'est pratiquement pas modifiée au niveau du local contenant le matériau à sécher ou du séchoir placé en amont de l'installation. L'installation fonctionne de la manière suivante: si l'on imagine qu#'il est nécessaire de procéder au séchage d'un matériau humide tel que du bois, des céréales, des tissus etc... ou de conserver un tel matériau ou un local à basse teneur hygrometrique, on met tout d'abord en route les ventilateurs 10 et 13 au même débit. Puis on met en route la machine frigorifique 1 en agissant-sur la commande du moteur d'entrainemant 4 du compresseur 3. Dès qu'un transfert s'effectue depuis le compartiment évaporateur vers le compartiment condenseur, les caractéristiques de l'air sont modifiées au passage de chacun de ces compartiments.La différence d'enthalpie entre l'air sec pénétrant dans l'échangeur de chaleur 2 et l'air humide qui y est introduit permet à l'échangeur statique 2 de jouer son rôle afin de transformer un maximum de chaleur latente de condensation en chaleur utilisable jusqu'à l'équilibre entre la chaleur transférée et la puissance installée de la machine frigorifique. Dans le cas où les températures basses atteintes par exemple à l'intérieur de la chambre 7b du compartiment évaporateur de la machine frigorifique seraient susceptibles de provoquer la congélation de l'eau de condensation provenant de l'air humide l'invention prévoit de procéder de manière automatique à un dégivrage périodique de l'installation. Dans ce but, l'invention prévoit des moyens qui sont représentés en traits mixtes sur la figure à titre illustratif. Tels qu'ils sont représentés sur la figure, ces moyens comprennent un dispositif 14 sensible à la présence de givre ou à une différence de température ou de pression tel qu'un thermomètre ou un pressostat différentiel branché par les lignes de mesure 14a et 14b respectivement en amont et en aval de la chambre 7b du compartiment évaporateur de la machine frigorifique 1. Le dispositif sensible 14 est de plus connecté par la ligne 15 à un dispositif de régulation automatique 16 qui peut agir sur la commande du moteur 4 qui entratne le compresseur 3.Dans ce mode de réalisation on comprend donc que lorsqu'un certain degré de givre est atteint à l'intérieur du circuit d'air humide par exemple dans la deuxième chambre 7b, le dispositif 14 détecte une différence de température ou une différence de pression prédéterminée due aux pertes de charge. Le dispositif 14 transmet alors un signal au régulateur 16 qui provoque l'arrêt du moteur 4 et de la machine frigorifique 1 pendant un temps déterminé par exemple par une minuterie 17, ce temps étant choisi de façon à permettre un dégivrage convenable de l'installation. La présente invention permet comme on l'a vu un séchage sans apport calorifique supplémentaire en utilisant simplement un échangeur de chaleur statique intercalé dans le circuit d'air de l'installation entre la source chaude et la source froide de la machine frigorifique. La présente invention permet de ce fait d'économiser une quantité importante d'énergie. Dans la pratique on notera que d'excellents résultats ont pu être obtenus en réalisant un transfert de chaleur dans l'échangeur statique de l'ordre de 40 à 50% de la quantité de chaleur totale, la quantité restante de chaleur (froid) soit de 60 à 50% étant fournie par la machine frigorifique. L'énergie consommée varie entre environ la moitié et le tiers de la quantité totale de chaleur échangée dans l'installation. REVENDICATIONS 1. Installation de séchage d'air humide par refroidissement permettant la condensation suivie d'un réchauffement de l'air sec, le refroidissement étant obtenu par passage de l'air humide dans le compartiment évaporateur d'une machine frigorifique caractérisée par le fait qu'elle comprend un échangeur de chaleur à travers lequel l'air humide est tout d'abord envoyé pour subir un premier refroidissement et une premiers condensation partielle, l'air humide passant ensuite dans. ledit compartiment évaporateur (source froide) puis à nouveau dans ledit échangeur de chaleur pour subir un premier réchauffement, l'air sec étant envoyé à la sortie de l'échangeur à L'intérieur du compartiment condenseur (source chaude) de la machine frigorifique pour subir un deuxième réchauffement. 2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que l'échangeur et le compartiment évaporateur sont munis de moyens pour recueillir l'eau condensée provenant de l'air humide. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que la machine frigorifique est du type à compression ou à absorption et comporte un ou plusieurs étages. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend un ventilateur de reprise envoyant l'air humide dans l'échangeur et un ventilateur de soufflage extrayant l'air sec du compartiment condenseur de la machine frigorifique. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'au moins un dispositif sensible à une différence de température ou de pression est monté dans la circulation d'air humide entre l'amont et l'aval de l'échangeur et/ou du compartiment évaporateur de la machine frigorifique, le dispositif précité étant associé à une minuterie et à des moyens pour provoquer un arrdt pendant un temps déterminé de la machine frigorifique pour permettre un dégivrage de l'installation. 6 Procédé de fléchage d'air humide par refroidissement et condensation suivi d'un récauffement de l'air sec comprenant le pas de l'air humide dans le compartiment évapora- teur (source froide) d'une machine frigorifique, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre le passage de l'air humide par un échangeur de chaleur à l'intérieur duquel l'air humide subit un premier refroidissement et une première condensation; le passage de l'air sec refroidi à la sortie du compartiment évaporateur par ledit échangeur de chaleur à l'intérieur duquel cet air sec subit un premier réchauffement; puis le passage de l'air sec ainsi réchauffé à l'intérieur du compartiment condenseur (source chaude) de la machine frigorifique oA il subit un deuxième réchauffement de façon à se trouver sensiblement à la même température que l'air humide initial.