Brevet FR2484066A1 — publié le 19811211

La présente invention concerne d'une manière générale un appareil et des procédés de séchage et, plus particulièrement, un appareil et des procédés de séchage dans lesquels on déshumidifie et recycle un fluide de séchage. Dans la plupart des procédés de séchage on élimine un liquide volatile d'un article en chauffant suffisamment cet article pour vaporiser le liquide. Cette chaleur est souvent fournie par un fluide de séchage tel que de l'air chaud circulant au contact de l'article dans une chambre de séchage. Le liquide vaporisé. résultant est mélangé au fluide de séchage et est évacué de la chambre de séchage. Du fait de la simplicité ainsi que du faible cout historique de l'énergie, on relachait généralement simplement le mélange effluent de fluide de séchage et de vapeur dans l'atmosphère. Les armoires de séchage domestiques sont des exemples de cette approche. Cependant, une telle approche utilise inefficacement la chaleur de vaporisation fournie au système. Plus particulièrement, on peut récupérer la majeure partie de la chaleur d'évaporation fournie dans un procédé de séchage, sous forme de chaleur latente, en condensant le liquide vaporisé avant sa décharge du système. Dans certaines applications, comme dans le séchage du bois, on a suggéré l'utilisation d'une pompe à chaleur à compression de vapeur pour permettre la récupération de la chaleur latente disponible. Dans un tel système on récupère la chaleur latente d'un fluide vaporisé déchargé d'une chambre de séchage par condensation sur un évaporateur de pompe à chaleur. On transfert ensuite la chaleur latente récupérée au condenseur de la pompe à chaleur pour sécher le fluide pénétrant dans la chambre de séchage. Bien que les procédés de séchage incluant des pompes à chaleur permettent la récupération de la chaleur latente, le domaine d'utilisation de ces procédés est effectivement limité. Par exemple, l'investissement élevé associé aux appareils de séchage couplés à des pompes à chaleur les rend inacceptables pour beaucoup d'applications. De même, les appareils de séchage couples à des pompes à chaleur sont souvent sujets à l'encrassement des échangeurs de chaleur comme dans certaines applications au séchage du linge. En conséquence, la présente invention a donc pour but de fournir un nouvel appareil perfectionné et un nouveau procédé perfectionné de séchage - dans lesquels on récupère efficacement la chaleur latente de vaporisation, - qui soient économiques et efficaces, éliminent le besoin d'échangeurs de chaleur et soient adaptables à une vaste gamme d'applications. On atteint les buts ci-dessus, selon l'invention, grace à un procédé de séchage dans lequel on extrait continuellement du liquide d'un article, sous forme de vapeur, en mettant en contact l'article dans une chambre de séchage avec un fluide de séchage fourni à la chambre à une température supérieure à la température de vaporisation du liquide. On enlève la vapeur extraite de la chambre sous forme d'un mélange effluent avec le fluide de séchage fourni. On recycle ensuite le fluide de séchage effluent vers la chambre de séchage en accélé- rant tout d'abord le mélange effluent suffisamment pour effectuer la condensation d'au moins une partie de la vapeur extraite.On élimine ensuite la vapeur condensée du mélange effluent dans un dispositif d'extraction de liquide et on envoie le mélange effluent résultant à un dispositif de compression ol on accroit sa pression et sa température avant de le renvoyer dans la chambre de séchage. Dans des réalisations de la présente invention, une partie du mélange effluent retiré de la chambre de séchage est déchargée du procédé avant l'accélération du mélange effluent restant. De même, on peut ajouter une quantité de fluide de séchage d'appoint et de la chaleur supplémentaire au fluide de séchage recyclé pendant le retour du fluide vers la chambre de séchage. La présente invention concerne aussi un appareil pour mettre un oeuvre ce procédé. La suite de la description se réfère à la figure unique qui est un schéma d'un exemple d'appareil pour le séchage du linge construit selon une réalisation de la présente invention. Comme le montre la figure #qui s'applique au séchage du linge, un appareil de séchage selon la présente invention comporte une chambre de séchage 1 qui est alimentée avec un fluide de séchage chaud tel que de l'air par une entrée 2. Dans un procédé de séchage on soutire un mélange effluent de fluide de séchage et de liquide vaporisé de la chambre de séchage par une sortie 3. Le mélange effluent est déshumidifié, chauffé et comprimé dans un processus de recyclage avant son renvoi à la chambre de séchage 1 par l'entrée 2. La chambre de séchage 1 représentée comprend une structure re externe 4 conçue pour diriger du fluide de séchage vers des articles à sécher tels que du linge 5. Afin de rendre optimum l'utilisation du fluide de séchage, la structure externe 4 est de préférence construite de façon à être étanche pendant le fonctionnement de l'appareil. Comme représenté, du linge 5 est contenu dans un tambour perforé rotatif 6, clas- sique de la plupart des armoires de séchage du linge classiques qui agit pour faciliter le chauffage du linge par le fluide de séchage. La partie 3 est disposée à travers la structure externe 4 pour permettre l'évacuation du mélange effluent de fluide de séchage et de liquide vaporisé de la chambre de séchage 1. Un dispositif d'accélération de fluide 7 est branché pour recevoir le mélange effluent de la sortie 3 et pour l'accélérer suffisamment afin de condenser de la vapeur dans le mélange. Plus particulièrement, un dispositif dlaccéléra- tion de fluide 7 accélère continuellement un mélange effluent pour effectuer la condensation de vapeur par une conversion de la chaleur latente en énergie cinétique. Comme le montre la figure, le dispositif d'accélération de fluide se compose avantageusement d'une tubulure convergente ayant une partie rapidement convergente 8 dans laquelle un mélange effluent est rapidement accéléré, proche des conditions de condensation. Le profil de la tubulure se transforme ensuite en une partie relativement lentement convergente 9 dans laquelle le degré d'accélération du mélange est réduit pendant que de la vapeur se condense.De cette manière, on condense efficacement de la vapeur tout en réduisant le non-équilibre thermodynamique associé aux applications à grande vitesse proches des conditions du point de rosée d'un fluide qui typiquement abaisse le point de rosée par rapport aux conditions d'équilibre. Les deux parties (8 et 9) de la tubulure convergente sont également profilées pour réduire les pertes d'énergie par friction afin de rendre maximum le rendement du cycle. De même, les parties de la tubulure sont avantageusement conçues pour éviter la formation de forces de cisaillement qui pourraient autrement agir pour réduire la taille des gouttes du condensat. De cette manière on améliore la collecte ultérieure du condensat qui dépend de la taille des gouttes. Afin d'accélérer un mélange effluent à une vitesse convenable pour que la condensation ait lieue, la partie 9 de la tubulure a une section droite d'écoulement minimum prédéterminée pour une chute de pression donnée dans la tubulure. Cependant la vitesse de condensation requise dépend également de la vapeur à condenser. pour l'application de la figure dans laquelle le mélange effluent se compose d'air et de vapeur d'eau, la vitesse de condensation requise est d'au moins environ -Mach 0,5, et est mieux encore comprise entre Mach 0,65 et Mach 0,9 environ. En correspondance, la section droite d'écoulement minimale de la tubulure pour une telle application est de préférence comprise entre environ 0,30 cm2 et 3,0 cm2. Dans cette gamme, on peut accroitre la section d'écoulement pour permettre un plus grand débit, ou la diminuer pour obtenir une condensation plus complète de la vapeur. Le dispositif 7 d'accélération du fluide est branché à sa sortie à un dispositif 10 d'extraction de liquide dans lequel on retire la vapeur condensée du mélange effluent. Bien que cela ne soit pas limitatif, le dispositif 10 d'extraction de liquide illustré sur la figure est un séparateur à inertie dans lequel on utilise l'accélération centrifuge pour séparer la vapeur condensée relativement lourde du mélange effluent. En conséquence, l'entrée du séparateur à inertie conduit à une partie bifurquée d'où un premier conduit mène droit en avant à une première sortie 11 pour le liquide extrait et d'où un second conduit diverge suivant une cou-roure réglée pour mener a une seconde sortie 12 pour le reste du mélange effluent s'é coulant dans le dispositif 10. On prévoit un dispositif de purge approprié 13 à la sortie 11 du liquide extrait pour piéger la vapeur condensée et l'enlever du système sans rompre le processus de séparation par inertie comme par une grande chute de pression. Il est avantageux que le dispositif 10 d'extractlon de liquide soit capable d'extraire complètement le condensat, car toute humidité contenue dans le mélange déchargé par la sortie 12 doit être ensuite comprimé ce qui a pour résultat un gaspillage dispendieux d'énergie sans effet compensatoire de séchage lors du recyclage vers la chambre de séchage 1. Cependant, l'extraction totale de la vapeur condensée nécessite classiquement du travail supplémentaire du compresseur qui peut outrepasser tous les avantages retirés. Ainsi, bien que l'extraction totale du liquide soit souvent souhaitable, elle n'est pas indispensable à la mise en oeuvre de la présente invention Le mélange effluent déshumidifié résultant évacué par la seconde sortie 12 du dispositif 10 d'extraction de liquide est renvoyé comme fluide de séchage à la chambre de séchage 1 après compression appropriée. En conséquence, la sortie 12 est reliée ét communique avec un dispositif de compression 14. Comme représenté, le dispositif de compression 14 comprend un compresseur centrifuge 15 entrainé par un moteur 16 et ayant une entrée 17 et une sortie 18. Le dispositif de compression 14 est dimensionné convenablement pour chauffer le fluide déchargé par la sortie 12 et en accroître la pression. vers celle rencontrée dans la chambre de séchage 1. La sortie 18 du compresseur est reliée et communique avec l'entrée 12 de la chambre de séchage pour compléter le processus de recyclage du fluide de séchage. Dans une réalisation recommandée de la présente invention, on inclut un orifice de décharge 10 communiquant avec le trajet d'écoulement du mélange effluent entre la sortie 3 de la chambre de séchage et l'entrée du dispositif 7 d'accélération du fluide. On prévoit également un moyen 20 tel qu'un orifice d'entrée communiquant avec l'entrée 2 de la chambre de séchage pour y admettre du fluide de séchage d'appoint. De plus, on peut disposer un moyen de chauffage 21 tel que le dispositif de chauffage à résistance de la figure en contact thermique avec le fluide de séchage s'écoulant de la sortie du dispositif de compression 14 vers l'entrée 2 de la chambre de séchage. En fonctionnement, un fluide de séchage chaud comme de l'air pénètre dans la chambre de séchage 1 par l'entrée 2 et y est mis en contact avec des articles à sécher tels que du linge 5. Par ce procédé on confère suffisamment de chaleur au linge pour provoquer l'évaporation d'au moins une partie du liquide qu'ils contiennent. La vapeur résultante est mélangée avec le fluide de séchage et évacuée sous forme d'un mélange effluent par la sortie 3 de la chambre de séchage. Le mélange effluent est convenablement accéléré par le dispositif 7 d'accélération du fluide de sorte que suffisan- ment d'énergie thermique soit convertie en énergie cinétique pour assurer la condensation d'au moins une partie du liquide vaporisé contenu dans le mélange effluent. De préférence, pratiquement tout le liquide vaporisé est condensé dans ce processus d'accélération. Le mélange effluent résultant comprenant le fluide de séchage qui a pénétré dans la chambre de séchage par l'entrée 2, et la vapeur condensée dans le dispositif 7 d'accélération du fluide est envoyé vers le dispositif 10 d'extraction de liquide. Dans ce dispositif 10 la vapeur condensée est extraite du mélange résultant par exemple par accélération centrifuge. Le liquide extrait est recueilli dans la vidange 13 et évacué. Le mélange effluent déshumidifié résultant est envoyé au dispositif de compression 14 par la sortie 12. Le fluide pénétrant dans le dispositif de compression 14 est de préférence exempt de liquide vaporisé et de condensat. Cependant, il peut comporter certains de ces constituants selon les considérations conceptuelles indiquées ci-dessus. Le dispositif de compression 14 fournit un vide suffisant à l'entrée 17 pour provoquer l'écoulement du fluide de la chambre de séchage 1 à travers le dispositif 7 d'accélération du fluide, jusque dans le dispositif de compression 14 Le fluide pénétrant dans le dispositif de compression 14 y est chauffé et suffisamment comprimé pour permettre le renvoi du fluide à la chambre de séchage 1. Bien que généralement suffisamment de chaleur soit ajoutée pendant la compression dans le dispositif 14, on peut ajouter de la chaleur supplémentaire au fluide de séchage à l'aide du moyen de chauffage auxiliaire 21. Classiquement, on peut utiliser sélectivement ce moyen pour accroître la vitesse de séchage dans la chambre 1 ou pour aider à atteindre rapidement des conditions d'équilibre pendant le fonctionnement initial du système. De même, on prévoit des orifices 19 et 20 pour permettre un réglage supplémentaire de la température du fluide de séchage. Ainsi, on peut extraire du mélange effluent humide par l'orifice de sortie 19 avant d'effectuer un travail sur celuici. On fournit alors du fluide de séchage déshumidifié d'appoint relativement frais par l'orifice d'entrée 20 pour effectuer un abaissement de la température du fluide de séchage pénétrant dans la chambre de séchage 1. A titre d'exemple, dans une armoire de séchage du linge la chambre de séchage 1 est maintenue à la pression atmosphérique tandis que la température maximale du linge est limitée à 630C. Le système est conçu pour une vitesse de séchage convenable pour extraire 54 g d'eau par minute. Pour cet exemple, on supposait que 10 % du fluide de séchage sont continuellement relachés dans l'atmosphère et réintroduits ensuite pendant le processus. Le dispositif d'accélération du fluide est une tubulure convergente ayant une section droite d'écoulement minimale d'environ 2 cm2 et qui est efficace pour accélérer le mélange effluent de fluides qui y pénètre à un nombre de Mach d'environ 0,86. On a supposé des rendements moyens de 0,6 pour le dispositif de compression 14 et de 0,75 pour le dispositif 10 d'extraction de fluide ainsi que des pertes parasites classiques et des exigences de puissance de 400 W. Ainsi, une armoire de séchage du linge utilisant la présente invention nécessiterait environ une énergie de 404Q kJ pour sécher une charge de 3,17 kg de linge à partir d'une rétention d'eau d'environ 70 % jusqu'à une rétention d'environ 4 %. Au contraire, une armoire de séchage classique nécessite habituellement une énergie de 7.280 kJ pour un séchage équivalent. REVENDICATIOMS 1 - Procédé de séchage dans lequel on extrait continuellement du liquide d'un article sous forme d'une vapeur en mettant en contact l'article dans une chambre de séchage (1) avec un fluide de séchage fourni à une entrée (2) de cette chambre à une température excédant la température de vaporisation du liquide et on 1' évacue de cette chambre dans un mélange effluent avec le fluide de séchage, procédé caracté- risé en ce que le fluide de séchage dans le mélange effluent est recyclé à l'entrée de la chambre de séchage en (a) dirigeant le mélange effluent vers un dispositif d'accélération d'écoulement (7) (b) accélérant ce mélange effluent dans ce dispositif d'accélération de l'écoulement pour effectuer la condensation d'au moins une partie de la vapeur ;; (c) dirigeant le mélange effluent depuis le dispositif d'accélération de l'écoulement vers un dispositif dlextrac- tion de liquide (10) (d) effectuant l'extraction dans le dispositif d'extra tion de la vapeur condensée du mélange effluent (e) dirigeant le mélange effluent résultant depuis le dispositif d'extraction de liquide vers un dispositif de compression (14) (f) effectuant un accroissement de la température et de la pression du mélange effluent résultant dans le dispositif de compression ; et (g) renvoyant ce mélange effluent résultant depuis le dispositif de compression à l'entrée de la chambre de séchage. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange effluent est accéléré dans le dispositif d'accélération de l'écoulement (7) à une vitesse dgau moins Mach 0,5. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange effluent est accéléré dans le dispositif d'accélération de l'écoulement à une vitesse comprise entre Mach 0,65 et Mach 0,9 environ, 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute de la chaleur supplémentaire au mélange effluent résultant pendant son renvoi depuis le dispositif de compression (14) à l'entrée (2) de la chambre de séchage (1). 5 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on retire une quantité- du mélange effluent du procédé de séchage avant l'accélération du mélange effluent restant dans le dispositif d'accélération de l'écoulement (7). 6 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une quantité de fluide de séchage d'appoint est ajoutée au mélange effluent résultant pendant son renvoi à l'entrée de la chambre de séchage. 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pratiquement toute la vapeur contenue dans le mélange effluent est condensée pendant son accélération dans le dispositif d'accélération de l'écoulement. 8 - Procédé selon la revendication l,ou 7, caractérisé en ce que pratiquement toute la vapeur condensée dans le dispositif d'accélération de l'écoulement est extraite du mélange effluent dans le dispositif d'extraction de liquide (10) et est évacuée du procédé de séchage. 9 - Appareil de séchage caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de séchage (1) ayant une entrée (2) et une sortie (3), un dispositif d'accélération de fluide (7) ayant une entrée communiquant avec la sortie de la chambre de séchage, un dispositif (10) pour extraire du liquide d'un mélange de fluides disposé en communication avec une sortie du dispositif d'accélération de fluide (7) et ayant une première sortie (11) pour le liquide extrait d'un mélange effluent de fluides et une seconde sortie (S2) pour au moins une partie du reste du mélange effluent, une vidange (13) relié à la première sortie (11) du dispositif d'extraction de liquide (10), et un dispositif de compression (14) ayant une entrez (17) disposée en communication avec la seconde sortie (12) du dispositif d'extraction de liquide et ayant une sortie (18) disposée en communication avec l'entrée (2) de la chambre de séchage (1). 10 - Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif d'accélération de fluide (7) comprend une tubulure convergente. 11 - Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif d'accélération de fluide (7) comprend une tubulure convergente ayant une section droite minimale d'écoulement comprise entre 0,30 cm2 et 3,0 cm2 environ. 12 - Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif d'extraction de liquide comprend un séparateur à inertie. 13 - Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que la chambre de séchage (1) est étanche. 14 - Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un orifice de sortie (19) disposé en communication entre la sortie (3) de la chambre de séchage (1) et l'entrée du dispositif d'accélération de fluide (7). 15 - Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, un moyen (20) pour admettre du fluide de séchage d'appoint disposé en communication avec l'entrée (2) de la chambre de séchage. 16 - Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de chauffage (21) disposé en contact thermique avec un trajet d'écoulement entre la sortie (18) du dispositif de compression (14) et l'entrée (2) de la chambre de séchage (1) pour permettre le chauffage du fluide qui s'écoule entre.