Brevet FR2395477A1 — publié le 19790119

La présente invention concerne une installation de se- chage par air chaud du type comprenant une chambre de séchage, un circuit pour l'alimentation de la chambre de séchage en air chaud, comportant un dispositif de prélèvement d'air extérieur et un dispositif de chauffage de l'air prélevé pour le porter une température prédéterminée, un circuit pour l'évacuation de l'air chaud chargé de vapeur hors de la chambre de séchage vers l'extérieur, et un échangeur de chaleur air-air dont le circuit de fluide chaud est connecté en série dans le circuit d'évacuation d'air chaud chargé de vapeur, -et dont le circuit de fluide froid est connecté en série dans le circuit d'alimentation en air chaud en amont du dispositif de chauffage. Dans les industries alimentaires, chimiques et pharmaceutiques, on connatt déjà des installations du type susindiqué, notamment pour la production de produits pulvérulents, comme par exemple le lait en poudre. Dans les installations de ce genre, l'air chaud chargé de vapeur, qui sort de la chambre de séchage et qui entraine avec lui une certaine quantité de particules de produit pulvérrilant, est tout d'abord envoyé dans un cyclone séparateur pour séparer les particules de produits pulvérulents. de l'air. L'air chaud chargé de vapeur sortant du cyclone séparateur est aspiré par un ventilateur et refoulé à l'extérieur à travers une cheminée d'évacuation. Comme l'air chargede v per, qui est évacué à l'extérieur, est encore à une température relativement élevée, il a déjà été proposé de récupérer les calories contenues dans cet air en le faisant passer dans un échangeur de chaleur air-air mis à la place de la cheminée d'évacuation, de façon àrêchauffer l'air extérieur qui est admis dans la chambre de séchage avant que cet air ne soit chauffé par le. dispositif de chauffage. Toutefois, dans ce cas, comme la température de l'air extérieur qui est prélevée dans l'atmosphère et qui est admis dans le circuit de fluide froid de l'échangeur peut varier dans de larges proportions suivant la saison, le.jour et la nuit, il se pose un problème par temps froid.. En effet, dans ce- cas, l'air extérieur froid admis peut abaisser, par échange thermique, la température de l'air chaud sortant chargé de vapeur au dessous du point de rosee (tempé- rature de condensation) de la vapeur qui, de ce fait, se condense dans le circuit de fluide chaud de l'échangeur. Comme, malgré la présence du cyclone séparateur, lsair chaud chargé de vapeur qui sort de ce cyclone séparateur et qui est admis dans le circuit de fluide chaud de l'échangeur est encore chargé de fines poussières de produit pulvérulent, ces fines poussières forment avec la vapeur condensée des boues qui obligent à effectuer un fréquent nettoyage de l'échangeur de chaleur. Pour remédier à cet inconvénient, on pourrait bien entendu réduire la surface d'échange de l'échangeur de chaleur, mais cette réduction de la surface d'échange se ferait au détriment du préchauffage de l'air extérieur avant qu'il ne soit chauffé par le dispositif de chauffage.Or, il ne faut pas perdre de vue que l'on a intérêt à préchaurfer à une température la plus élevée possible l'air extérieur admis en utilisant au maximum les calories contenues dans l'air chaud chargé'de vapeur évacué vers l'extérieur. Sn effet, plus im portant est le préchauffage de l'air extérieur admis avec des calo ,ries qui autrement seraient dépensées en pure perte, moins grande sera la quantité d'énergie qui est ensuite nécessaire pour chauffer l'air à une température prédéterminées et, par conséquent, plus grande sera 1'économie d'énergie. La présente invention a donc essentiellement pour but de fournir une installation de séchage par air chaud du type susindiqué, dans laquelle l'air extérieur admis peut être pré chauffé à une température plus élevée que dans les installations de séchage antérieurement connues de ce type, sans que l'air chaud chargé de vapeur qui est évacué à ltextérieur ne se condense dans l'échangeur de chaleur. A cet effet, l'installation de séchage par air chaud selon la présente invention est caractérisée en ce que le circuit de fluide froid de l'échangeur de chaleur comporte une entrée auxiliaire d'air extérieur, qui est pourvue d'un obturateur varia-. ble commandé par une channe de régulation classique en fonction du degré hygrométrique ou d'une grandeur liée au degré hygrométrique de l'air sortant du circuit de fluide chaud de l'échangeur, et qui est disposée de manière à court-circuiter, lorsque l'obturateur est ouvert, au moins une partie du circuit de fluide froid de l'é- changeur de chaleur. Suivant une forme d'exécution préférée de la présente invention, la channe de régulation est agencée pout réagir à la température de l'air sortant du circuit de fluide chaud de ltéchangeur. Gracie à un tel agencement, il est possible de faire en sorte que la température de l'air chaud chargé de vapeur qui -sort de ltëchangeur de chaleur reste sensiblement constante à une valeur légèrement supérieure au point de rosée de la vapeur quelle que soit la température de l'air extérieur admis dans le circuit de fluide froid de l'échangeur. Dans ces conditions, l'air chaud chargé de vapeur traversant le circuit de fluide chaud de l'échangeur cèdera toujours une quantité de chaleur sensiblement constante à l'air extérieur admis dans le circuit de fluide froid de l'échangeur.La surface d'échange de l'é- changeur de chaleur peut extra alors calculée pour une température de l'air extérieur (variable suivant la saison, le jour et la nuit) ayant un haut niveau, éyentuelîement le niveau maximum, par exemple 30 à 350C, sans que l'on risque, par temps froid, que la vapeur contenue dans l'air chaud évacué ne se condense. On décrira maintenant une forme d'exécution de la présente invention en faisant référence à la figure unique du dessin annexé qui illustre schématiquement une installation de séchage par air chaud conforme à la présente invention. L'air extérieur qui doit être envoyé chaud dans la chambre de séchage 1 est prélevé dans l'atmosphère par des buses d'aspiration 2. L'air aspiré par un ventilateur 3 à travers les buses 2 et le circuit de fluide froid d'un échangeurdechaleur 4 dans lequel l'air extérieur est préchauffé à une température t1. Le ventilateur 3 refoule l'air préchauffé successivement à travers une batterie de filtres 5 etun dispositif de chauffage 6 permettant de chauffer l'air à une température prédéterminée t . Comme montré sur le dessin, le dispositif de chauffage -6 peut être par exemple constitué par une batterie à ailettes chauffée à la vapeur. Toutefois, le dispositif de chauffage 6, qui doit être spécialement adapté aux -produits à sécher et aux besoins de l'utilisateur, peut être constitué par tout autre moyen de chauffage. L'air chauffé par le dispositif de chauffage 6 est acheminé à la chambre de séchage 1 par une conduite 7. Le produit à sécher, mélangé à un solvant (en général de l'eau) peut être injecté et pulvérisé dans le courant d'air chaud admis dans la chambre de séchage 1 au moyen d'Une buse de pulvérisation non -montrée. Dans la chambre de séchage 1, l'air chaud cède de la chaleur au produit à sécher et se charge de solvant (eau) sous forme de vapeur. L'air chaud qui sort de la thambre de séchage 1 et qui est chargé de vapeur et d'une certaine quantité de particules solides de produit, est achemine par une conduite 8 à un cyclone séparateur 9 dans lequel l'air est débarrassé des particules solides de produit.. Le produit séché est récupéré à la base de la chambre de séchage 1 et à la base du cyclone séparateur 9, d'où il est envoyé à d'autres circuit de traitement et d'utilisation non montrés. L'air chaud chargé de vapeur sortant du cyclone séparateur 9 à à une température t est aspiré-par un ventilateur 10 etrefoule 3 à travers le circuit de fluide chaud de l'échangeur de chaleur 4 avant d'être évacué en 19 à l'atmosphère. Dans 11é-changeur de chaleur 4 l'air chaud chargé de vapeur cède une partie de sa chaleur à l'air extérieur aspiré par le ventilateur 3. L'échangeur de chaleur 4 peut être par exemple un échangeur tubula-ire air-air à contre-courant, qui peut filtre facilement mis en place au lieu de la cheminée traditionnelle et qui, en cas de besoin, peut être aisément nettoyé en "flot tombant" en circuit fermé. L'air chaud chargé de va- peur et de poussières résiduelles circule à l-'intérieur des tubes 11 de l'échangeur 4, alors que l'air extérieur aspiré par le ventilateur 3 circule autour des tubes 11. Bien entendu, à la place de l'échangeur tubulaire 4, on pourrait aussi utiliser tout autre type d'échangeur de chaleur, par exemple un échangeur à plaques. Selon la présente invention, le circuit de fluide froid de l'échangeur de chaleur 4 comporte une entrée auxiliai- re 12 pour l'air extérieur, qui est pourvue d1un obturateur variable 13 commandé par une chatne de régulation classique t4 adaptée pour maintenir un degré hygrométrique sensiblement constant ou une-température sensiblement constante de l'air évacué en 19 dans l'atmosphère. En admettant que la température to de l'air extérieur admis en 2 dans le circuit de fluide froid de l'échangeur de chaleur 4 varie entre environ OOC et environ 300C suivant la saison, le jour et la nuit, et que les débits d'air circulant dans les deux circuits de l'échangeur de chaleur 4 sont sensiblement égaux et constants, l'échangeur de chaleur 4 est dimensionné pour une température to de l'air extérieur sensiblement égale à 300C de telle façon que la température t4 de l'air sortant en 19 ait une valeur légèrement supérieure au point de rosée de la vapeur contenue dans l'air sortant en 19. Par exemple, t4 pourra être supérieur d'environ 3 à 50C à la valeur du point de rosée.Compte tenu du coefficient global de transfert de l'échangeur 4, ceci permet de déterminer la surface totale d'échange de ltéchangeur qui est concrétisée par un certain nombre de tubes ou de plaques. Lorsque la température to de l'air extérieur est à sa valeur minimale, par exemple OOC, du fait de la surface d'échange existante (trop grande) de l'échangeur 4 la température t4 de l'air sortant pourrait passer à une valeur inférieure au point de rosée et une partie du solvant (vapeur d'eau) contenu dans 1 t air sortant se condenserait en gouttelettes qui formeraient des boues avec les fines particules résiduelles contenues dans l'air sortant.Ceci peut être évité en court-circuitant une partie du circuit de fluide froid de l'échangeur de chaleur 4 en admettant une quantité plus ou moins grande d'air extérieur à travers l'entrée auxiliaire 12 en fonction du degré hygrométrique de l'air sortant en 19 ou, plus commodément, en fonction de la température t k de l'air sortant. La chatne de régulation 14 qui commande l'obturateur variable 13 de l'entrée 12 peut par exemple comprendre un capteur de température 15 dont le signal de sortie est comparé par un comparateur 16 à une valeur de référence tref correspondant à une température légèrement supérieure au point de rosée de la vapeur. Le signal d'erreur, positif ou négatif, fourni par le comparateur 16 est convenablement amplifié par un amplificateur 17 et utilisé pour commander un dispositif d'actionnement réversible 18 apte, selon ie cas, à ouvrir ou à fermer de manière progressive l'obturateur variable 13. Cet obturateur variable 13 peut être de n1 importe quel type, à volet, à papillon, à aubes, ou encore du genre diaphragme d'objectif photographique.Le dispositif d'actionnement 18 peut être aussi de n'importe'quel type, tel que vérin hydraulique ou pneu matique à double effet, moteur e1e'cie réversible pas à pas, moteur électrique réversible associé à un ensemble vis et écrou ou à un ensemble pignon et crémaillère. Avec U-1 tel agencement, lorsque, par temps froid, la température t4 de l'air sortant tend à s'abaisser au-dessous de la température de référence treks la channe de régulation 14 réagit de manière à ouvrir partiellement ou en totalité l'obturateur variable 13. Au contraire, lorsque la température t4 tend à dépasser la température de référence trek, la channe de régulation 14 réagit de manière à fermer partiellement ou totalement l'obturateur variable 13. Bien entendu, l'entrée auxiliaire 12 devra être placée le long de l'échangeur 4 à un niveau tel que, lorsque la température to de l'air extérieur a sa valeur minimale et que l'obturateur variable 13 est complètement ouvert, la températeur t4 reste sensiblement égale à la température de référence tref et, de toute façon, supérieure au point de rosée de la vapeur. Dans la pratique, l'entrée auxiliaire 12 se trou vera en général à un niveau situé entre l'entrée 2 et le ventila tueur 3, mais elle pourra également être placée, lorsque la température t0 pourra prendre des valeurs très basses, au même niveau que le ventilateur 3, ctest-à-dire à la sortie du circuit de fluide froid de l'échangeur 4. À: titre indicatif, dans le cas d'une installation de séchage par air chaud pour la fabrication de lait en poudre, dans laquelle l'air chaud est admis dans la chambre de séchage 1 à une température t2 d'environ - 19000, dans laquelle l'air sortant du ventilateur 19 est admis à l'entrée du circuit de fluide chaud de l'échangeur de chaleur 4 à une température t3 d'environ 7000, et dans laquelle le point de rosée de la vapeut contenue dans l'air sortant en 19 est d'environ 380C, la channe de régulation 14 est agencée pour maintenir la température t4 de l'air sortant à une valeur sensiblement constante d'environ 420C.Dans ces conditions, lorsque 11 échangeur de chaleur est dimensionné pour une température to de l'air extérieur égale à 30 Cw il est possible de préchauffer l'air extérieur à une température t2 d'environ 55 à 580C. Ceci peur met de garantir, pour le dispositif de chauffage 5 une consommation moyenne d'énergie, en équivalent vapeur, d'environ 1,45 kg de vapeur par kg d'eau évaporée, au lieu de 1,7 kg pour les installations conventionnelles, c' est-à-dire une consommation d'énergie calorifique d'environ 14 ss plus faible que la consommation moyenne habituellement relevée dans lés installations conventionnelles. Il est bien entendu que la forme d'exécution de l'inven- tion qui a été décrite ci-dessus a été donnée à titre d'exemple purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 10 Installation de séchage par air chaud du type comprenant une chambre de séchage, un circuit pour l'alimentation de la chambre de séchage en air chaud, comportant un dispositif de prélèvement d?air extérieur et un dispositif de chauffage de l'air prélevé pour le porter à une température prédéterminée, un circuit pour ltévacuatlon de l'air chaud chargé de vapeur hors de la chambre de séchage vers l'extérieur, et un échangeur de chaleur air-air dont le circuit de fluide chaud est connecté en série dans le circuit d'évacuation d'air chaud chargé de vapeur, et dont le circuit de fluide froid est connecté en série dans le circuit d'alimentation en air chaud en amont du dispositif dé chauffage, caractérisé en ce que le circuit de fluide froid de I'échangeur de chaleur 4 comporte, une entrée auxiliaire 42 d'air extérieur,~ qui esi-pou-rvue d'un obturateur variable 13 commandé par une chaîne de régulation classique 14 en fonction du degré hygrométrique ou d'une grandeur liée au degré hygrométrique de l'air sortant du circuit de fluide chaud de l'échangeur 4, et qui est disposé de manière à court-circuiter, lorsque 11 obturateur est ouvert, au moins une partie du circuit de fluide froid de l'échangeur 4. 20 Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chaste de régulation 14 est agencée pour réagir à la température de l'air sortant du circuit de fluide chaud de l'échangeur 4.