Brevet FR2446995A1 — publié le 19800814

La présente invention concerne un procédé de conditionnement d'air et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Elle concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif de conditionnement d'air destinés à déshumidifier et à chauffer de l'air en vue d'obtenir un air conditionné pouvant être utilisé notamment dans des processus de séchage. Ce conditionnement d'air a pour but d'amener un certain débit d1 air aux conditionshygrométriquessouluespar abaissement de la teneur en eau et élévation de la température0 L'air déshumidifié et chaud ainsi obtenu trouve une application toute particulière au séchage de produits à basse température, ctest- à-dire inférieure à 15000, ou à la récupération de calories sur de l'air humide. Parmi les applications envisagées, on peut citer tout spécialement le séchage des produits thermosensibles qui nécessite un conditionnement de l'air afin d'obtenir une forte capacité d'absorption à température modérée. Pour le séchage de tels produits, il est souvent nécessaire d'abaisser le point de rosée à des températures inférieures à OOC, c'est le cas notamment du séchage de films photographiques ou de gélatines. Il existe déjà dans la technique antérieure différents procédés et dispositifs de conditionnement destinés à déshumidifier et à chauffer de l'air. Une première solution consiste à déshumidifier d'abord l'air en le faisant passer dans une batterie froide pouvant autre alimentée en eau glycolée provenant d'une centrale frigorifique ou pouvant être constituée par un groupe frigorifique, et à mettre en température l'air déshumidifié ainsi produit au moyen d'une batterie chaude. La batterie froide et la batterie chaude peuvent être indépendantes ou bien elles peuvent constituer respectivement ltévaporateur et le condenseur d'une pompe à chaleur. Dans ce dernier cas, la pompe à chaleur réalise à la fois la déshumidification de l'air par point froid et le réchauffage de l'air par point chaud. Cette solution présente toutefois des inconvénients étant donné qu'il est nécessaire d'une part de disposer d'un réseau frigorifique, par exemple d'un réseau d'eau glycolée, et que d'autre part l'humidité minimale réalisable est limitée. En effet, cette humidité minimale est de 6,5 g d'eau par kg d'air sec; correspondant à un point de rosée de 70C, si l'on ne veut pas être géné par les problèmes de givrage pouvant apparature du fait que la batterie froide se trouve à des températures inférieures à OOC. En outre, dans le cas où l'on utilise une pompe à chaleur, l'écart de température entre la batterie froide et la batterie chaude peut être élevé, ce qui a pour inconvénient de nécessiter une puissance électrique importante. Il est possible toutefois dans ce dernier cas liorer les performances de 11 ensemble en utilisant un échangeur intermédiaire de type caloduc pour transférer une partie des calories de la source froide vers la source chaude. Une deuxième solution consiste à faire appel à un déshumidificateur chimique au moyen duquel on absorbe l'eau contenue dans l'air au moyen dtune solution chimique hydrophile refroidie par une batterie froide, on réchauffe l'air déshumidifié obtenu au moyen d'une batterie chaude et on régénère la solution absorbante diluée par désorption dans un courant d'air au travers d'une batterie chaude alimentée en vapeur. La solution chimique utilisée peut être par exemple du chlorure ou du bromure de lithium ou du triéthylène-glycol, la batterie chaude de réchauffage peut être alimentée par exemple par de l'eau chaude ou de la vapeur d'eau. La vapeur d'eau utilisée pour la régénération de la solution absorbante est alimentée en vapeur à une température supérieure à 1100C, Cette deuxième solution présente également des inconvénients étant donné que d'une part il est nécessaire de disposer d'un réseau froid et que d'autre part la consommation énergétique de 1'ensemble est importante principalement pour la batterie froide et pour la régénération où une consommation minimale de 2,5 kg de vapeur d'eau est nécessaire pour retirer 1 k g d'eau à la solution absorbante diluée. La présente invention vise à éviter les inconvénients précités et principalement à améliorer la consommation énergétique nécessaire au conditionnement d'air, L'invention concerne plus particulièrement un procédé de conditionnement d'air qui est caractérisé par le fait que l'on déshumidifie de l'air par contact avec une solution absorbante et on régénère la solution absorbante dans un concentrateur à recompression mécanique des vapeurs dans lequel Ireau extraite de la solution absorbante sous forme de vapeur est comprimée jusqu'à une pression correspondant à la température de condensation nécessaire pour réaliser par échange l'évaporation de cette eau. Dans ce procédé, la solution absorbante est de préférence pré chauffée avant sa régénération. La déshumidification par la solution absorbante étant exothermique du fait de la chaleur latente de condensation de l'eau, la température de l'air déshumidifié s'élève ; toutefois, si cette température n'est pas suffisamment élevée, on peut prévoir un chauffage de cet air au moyen d'une batterie chaude. De plus, si cela est nécessaire, on pourra refroidir l'air avant contact avec la solution absorbante pour réaliser l'absorption aux conditions requises par l'équilibre chimique correspondant à la teneur en eau désirée. L'air déshumidifié et chauffé obtenu par ce procédé peut Entre utilisé-pour sécher les produits et peut atre ensuite recyclé dans le procédé. Le dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé de Irinvention comprend un conditionneur constitué par un réacteur traversé par une solution absorbante et pourvu d'une arrivée d'air, d'une sortie d'air et d'une sortie pour la solution absorbante diluée, et pourvu de buses sur 12arrivée de la solution absorbante destinées à pulvériser celle-ci dans le courant d'air, et un régénérateur & r'ecompression mécanique comprenant une entrée reliée par une conduite d'arrivée à la sortie de solution du réacteur, une sortie reliée par une conduite de sortie au réacteur pour retourner la solution régénérée au réacteur, et une sortie pour le condensat produit. Selon une autre caractéristique de l'invention, la conduite d'arrivée est pourvue d'un premier échangeur de chaleur avec la conduite de sortie et d'un second échangeur de chaleur avec la sortie de condensat pour pré chauffer la solution absor bante arrivant au régénérateur0 Si la température de l'air déshumidifié nlest pas suffisamment élevée, le chauffage de cet air est effectué par une batterie chaude reliée à la sortie d'air du réacteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, dans le cas où la déshumidification nécessite une batterie froide pour réaliser 11 absorption aux conditions requises par l'équî libre chimique correspondant à la teneur en eau désirée, cette batterie froide est avantageusement constituée par l'évapora teur d'une pompe à chaleur dont le condenseur constitue la batterie chaude utilisée pour chauffer l'air déshumidifié produits Dans le cas ou on utilise une batterie froide, la pulvérisation de la solution absorbante steffectue sur cette batterie froide au contact de l'air à déshumidifier0 Le type de solution et la concentration de cette solution seront choisis en fonction des conditions hygrométriques requises. L'invention permet ainsi de réaliser toutes les conditions hygrométriques désirées, à condition que la température de l'air produit soit inférieure à 1500C. Comme indiqué plus haut, l'avantage principal l'invention réside dans le fait qu'elle permet une consommation énergétique considérablement réduite. En effet, en ce qui concerne le conditionneur, il n'est pas nécessaire d'utiliser un groupe frigorifique, de plus la batterie chaude peut astre en général supprimée et finalement la pompe à chaleur éventuellement utilisée présente un coefficient de performance excellent. De plus, en ce qui concerne le régénérateur, il n'est pratiquement pas nécessaire d'utiliserdede la vapeur d'eau, ai ce n'est pour faire L'appoints et la consommation spécifique se trouve alors divisée au minimum par 10 par rapport à celle d'un régénérateur à vapeur classique. Par ailleurs, par rapport à l'utilisation d'une pompe à chaleur à point froid correspondant au point de rosée, l1in vention permet de diminuer la consommation énergétique de 25 % et de supprimer les problèmes de givrage. caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre et qui se réfère au dessin annexé, sur lequel la figure unique représente schématiquement un dispositif conforme à l'inventione Le dispositif représenté sur le dessin annexé comprend un conditionneur constitué par un réacteur 10 et une batterie chaude 12.Le réacteur 10 est constitué par un récipient dont la partie inférieure est remplie d'une solution absorbante 14 constituée par une solution chimique hydrophile telle qu'une solution de chlorure ou de bromure de lithium ou de triéthylene glycol, etco Le réacteur 10 est pourvu å sa partie supérieure d'une arrivée d'air 16 destinée à etre alimentée par un certain débit d'air à conditionner et d'une sortie d'air 18 destinée à évacuer l'air déshumidifié et en partie chauffé par la solution absorbante 14.Cet air déshumidifié est amené àia batterie chaude 12 par l'intermédiaire d'une conduite 20o A l'intérieur du réacteur 10 est prévue, en dessous de l'arrivée 16, une batterie froide 22 à travers laquelle passe l'air qui vient en contact avec la solution absorbante 14. La batterie froide 22 et la batterie chaude 12 sont constituées respectivement par l'évaporateur et le condenseur d'une pompe à chaleur 24. L1air déshumidifié et chauffé provenant de la batterie chaude 12 est amené par une conduite 26 à un sécheur 28 destiné par exemple au séchage de pellicules photographiques. Au contact des produits à sécher, la température de l'air conditionné diminue et sa teneur en eau augmente. L'air ainsi récupéré est recyclé par une conduite 30 vers l'entrée 16 du réacteur 10. Le réacteur 10 est en outre pourvu à son extrémité inférieure d'une sortie 32 pour la solution absorbante 14. Cette sortie 32 est destinée à la régénération de la solution 14 pour maintenir sa concentration constante malgré la quantité d'eau qu'elle absorbe. La solution diluée s'écoulant par la sortie 32 est amenée par une conduite 34 à l'arrivée 36 prévue sur la partie supérieure d'un régénérateur 38.Le régénérateur 38 est constitué par un concentrateur à recompression mécanique dans lequel l'eau extraite de la solution absorbante sous forme de vapeur est comprimée jusqu'à une pression correspondant à la température de condensation nécessaire pour réaliser par échange l'~vaporation de cette eau, Ce régénérateur 38 comporte un concentrateur 40 destiné à extraire de la solution absorbante de l'eau sous forme de vapeur. A cet effet, le concentrateur 40 est parcouru par la vapeur d'eau extraite de la solution absorbante, laquelle est comprimée par un compresseur 42. La vapeur ainsi comprimée est amenée au sommet du concentrateur 40 par une conduite 44 comportant une arrivée 46 destinée à faire l'appoint de vapeur.Le condensat obtenu à la base du concentrateur 40 est évacué par une conduite 48o La solution concentrée régénérée est prélevée à la sortie inférieure 50 du régénérateur 38 et retournée par une conduite 52 vers le réacteur 10. Cette conduite 52 est pourvue de buses de pulvérisation telles 54 et 56 destinées à pulvériser la solution régénérée sur la batterie froide 22 et en dessous de l'arrivée d'air 16 du réacteur. Avant sa régénération, la solution absorbante est préchauffée au moyen d'un premier échangeur de chaleur 58 et d'un second échangeur de chaleur 60. L'échangeur 58 possède son entrée coté chaud 62 en série sur la conduite 34 et son entrée côté froid 64 en série sur la conduite 52. L'échangeur 60 comporte son entrée coté chaud 66 en série sur une conduite de dériration 68 reliée à la conduite 34 en un point 70 en amont de l'entrée 62 et en un point 72 en aval de l'entrée 62, et son entrée coté froid 74 en série sur la conduite 48. La conduite 34 présente à proximité de la sortie 32 un embranchement formant une conduite 76 débouchant dans la conduite 52o Il convient de remarquer que 1'on peut utiliser comme solution absorbante une solution de chlorure de lithium dont les propriétés bactéricides autorisent le recyclage de l'air sur des produits alimentaires sans risque de contamination bactérenne. L'invention peut être utilisée non seulement pour le séchage de produits, mais également pour la climatisation des locaux d'habitation ou d'élevage de meme que pour la séparation de deux gaz au moyen d'une solution absorbante de l'un deux, et régénération au moyen d'une recompression mécanique des vapeurs. Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée au mode do réalisation spécifiquement décrit et représenté sur le dessin et que des variantes de détail peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'inventionO REVENDICATIONS 1. Procédé de conditionnement d'air caractérisé par le fait que l'on déshumidifie de l'air par contact avec une solution absorbante et on régénère la solution absorbante dans un concentrateur à recompression mécanique des vapeurs dans lequel l'eau extraite de la solution absorbante sous forme de vapeur est comprimée jusqu'à une pression correspondant à la température de condensation nécessaire pour réaliser par échange l'éva- poration de cette eau. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la solution absorbante est préchauffée avant sa régénération. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on réchauffe l'air après son contact avec la solution absorbante au moyen d'une batterie chaude, 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'air est passé à travers une batterie froide lors de la mise en contact avec la solution absorbante. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'air déshumidifié et chauffé obtenu est utilisé pour sécher des produits et est ensuite recyclé. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la batterie froide et la batterie chaude constituent respectivement la source froide et la source chaude d'une pompe à chaleur0 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend un conditionneur constitué par un réacteur travers par une solution absorbante et pourvu d'une arrivée cl'air, d'une sortie d'air et dtune sortie pour la solution absorbante diluée, et un régénérateur à recompression mécanique comprenant une entrée reliée par une conduite d'arrivée à la sortie de solution du réacteur, une sortie reliée par une conduite de sortie au réacteur pour retourner la solution régénérée au réacteur, comprenant une sortie des vapeurs reliée par une conduite à ltentrée d'un compresseur pour augmenter la pression, d'une conduite reliant la sortie du compresseur à l'entrée de ltélément de chauffe de l'évaporateur pour condenser cette vapeur et d'une sortie pour le condensat produit. 8o Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la conduite d'arrivée est pourvue d'un premier échangeur de chaleur avec la conduite de sortie et d'un second échangeur de chaleur avec la sortie de condensat pour préchauffer la solution absorbante arrivant au régénérateur. 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait qu'il comporte une batterie chaude reliée à la sortie d'air du réacteur. 10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que le réacteur est pourvu d'une batterie froide à travers laquelle passe l'air provenant de Irarriveé air lors de la mise en contact avec la solution absorbante. 11. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé par le fait que la batterie froide est constituée par ltévaporateur d'une pompe à chaleur dont le condenseur constitue la batterie chaude utilisée pour chauffer l'air déshr difié produit. 12. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé par le fait que la conduite de sortie destinée à retourner la solution absorbante régénérée vers le réacteur est pourvue de buses destinées à pulvériser la solution sur la batterie froide. 13. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 12, caractérisé par le fait qu'il est relié à l'entrée d'un sécheur dont la sortie est reliée à l'entrée d'air du réacteur. 140 Application d'un dispositif selon l'une des revendications 7 à 13 pour le séchage de produits. 15. Application d'un dispositif selon l'une des revendications 7 à 13 pour la climatisation des locaux d'habitations ou d'élevage. 16o Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 6 pour la séparation de deux gaz au moyen d'une solution absorbante de l'un d'eux, et régénération de la solution par concentration au moyen d'une recompression mécanique des vapeurs.