Brevet FR2491603A1 — publié le 19820409

DESCRIPTION La présente invention est relative à un procédé d'économie d'énergie sur des appareils de séchage. Cette invention concerne en particulier les séchoirs dont l'apport de chaleur pour deshydrater les produits est sous forme d'air ou de gaz à moyenne ou basse tem pérature. Ce type de séchoir est utilisé dans de nombreux secteurs de l'industrie : Agro-alimentaire en particulier malterie, chimie, pharmacie,... lorsque le produit à sécher risque d'être détérioré s'il est porté à une température élevée. Divers procédés ont été proposées, permettant d'améliorer le rendement thermique de tels séchoirs. C'est ainsi qu'il est connu d'utiliser une pompe à chaleur à cycle de fluide type fluorocarbone, qui récupère une partie de la chaleur de l'air ou des gaz humides sortant du séchoir, qui élève le niveau de température de cette chaleur par l'action d'un compresseur de fluide type fluorocarbone et qui transmet la chaleur ainsi récupérée à l'air ou aux gaz entrants. Ce procédé présente comme inconvénient -d'utiliser un fluide organique, du type fluorocarbone en particulier, dont la stabilité est médiocre et les coefficients d'échange thermique faibles. De plus l'utilisation d'un compresseur mécanique pose des problèmes d'entretien et le rendement énergétique n'est pas toujours satisfaisant, car seule est transmis au système, lténergie mécanique servant a faire fonctionner le compresseur, alors que pour produire cette quantité d'énergie mécanique il a fallu consommer, dans la plupart des cas, trois fois plus d'énergie sous forme de chaleur. La présente invention a pour but de remédier à ces incoiivenients et à cet effet, elle a pour objet un procédé d'économie d'énergie des appareils de séchage du type dans lequel on récupère une partie de la chaleur de l'air ou des gaz sortant du séchoir par évaporation de l'eau à basse température, on comprime cette vapeur d'eau dans un dispositif statique utilisant comme énergie de compression de la vapeur d'eau à haute pression, on condense la vapeur d'eau comprimée pour céder la chaleur récupérée et celle provenant de la vapeur deeau haute pression, à l'air ou aux gaz recyclés entrant dans l'appareil de séchage, ltévaporation, la compression et la condensation pouvant s'éffectuer dans différents étages successifs. Elle a également pour objet une installation d'économie dlénergie des appareils de séchage du type comprenant un ou plusieurs éV2pOrateurs d'eau pla cés dans les gaz sortants des appareils de séchage, un ou plusieurs dispositifs de compression statique du type éjecteur pour comprimer la vapeur d'eau par de la vapeur haute pression provenant d'une chaudière re, un ou plusieurs condenseurs, qui condensent tout ou partie de la. vapeur comprimée sortant de chaque éjecteur. Ce procédé et cette installation présentent comme avantage le fait qu'on utilise de la vapeur d'eau comme fluide caloporteur, quton comprime la vapeur d'eau par un appareil statique, transmettant au système la totalité de la chaleur de la vapeur d'eau haute pression utilisée pour la compression, qu'on utilise selon les cas plusieurs étages d'évaporation, de compression, de condensation, pour augmenter la chaleur récupérée et diminuer les surfaces d'échange thermique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre : Les dessins annexés sont donnés uniquement a titre d'exemples non limitatifs La fig. 1 est une vue schématique d'une installation suivant un premier mode de réalisation conforme a l'invention. La fig. 2 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation conforme à l'invention. L'installation représentée à la fig. 1 sert à économiser l'énergie d'un séchoir. Elle comprend, à titre d'exemple, deux étages d'évaporation, trois étages de compression et trois étages de condensation, le nombre de ces différents étages pouvant varier suivant les cas afin d'optimiser l'installation. La figure 1 montre un séchoir à plateaux (1), comportant des produits à sécher (2) et à travers lesquels entre un courant d'air chaud (3). Cet air cède sa chaleur pour sécher les produits et sort du séchoir sous forme d'un gaz humide (4). Le gaz (4) passe à travers l'évaporateur (5)et à travers l'évaporateur (6), puis est rejetté à l'atmosphère. Les évaporateurs (5) et (6) sont alimentés en eau de façon parallèle par la canalisation (19) et la pompe de recyclage (18), laquelle recycle l'eau non évaporée provenant des évaporateurs (5) et (6), et les condensats provenant des condenseurs (il), (12) et (13) par l'in- termédiaire de la canalisation (14) et du dispositif de détente (21).La vapeur produite dans l'évaporateur (6) est reliée au dispositif de compression statique (8), du type éjecteur. qui comporte une tuvère de défunte de vapeur haute pression reliée par la canalisation (16) à la chaudière (15), une chambre de mélange vapeur détendue/vapeur aspirée provenant de l,ôvaporateur (6), un vellturi de compression du mélange, dont le refoulement est relié au condenseur (11). Dans l'exemple figure l, la vapeur produite par ltévaporateur (5) est aussi reliée au condenseur (11) par la canalisation (20). La vapeur, qui n'est pas condeiisée dans le condenseur (11), est aspiree par l'ô- jecteur (9), qui est alimenté en vapeur haute pression par la chaudière (15) et dont le mélange de vapeur comprimée est en communication avec le condenseur (12).La vapeur qui n'est pas condensée dans le condenseur (12), est aspirée par l'éjecteur (10), qui est alimentée en vapeur haute pression par la chaudière (15) et dont le mélange de vapeur comprimée est en communication avec le condenseur (13). Ce dernier condenseur (13) est di mensionné pour condenser la totalité du mélange de va peur à la sortie de l'éjecteur (10).Les condensats, produits par les condenseurs (11), (12) et (13) sont collectés par l'intermédiaire de tubes en U ou de purgeurs dans la canalisation (14), et dirigés vers la pompe-(17) qui alimente la chaudière (15), et vers les deux évaporateurs (5) et (6) par l'intermédiaire d'un dispositif de détente (21) et de ra pompe de recyclage (18). Llair (3) entrant dans l'installation, traverse successivement le condenseur (li), le condenseur (12), le condenseur (13) avant d'entrer dans le séchoir (l). Le fonctionnement de cette installation est le suivant La récupération de chaleur s'effectue sur le gaz (4) sortant du séchoir (1), qui cède son énergie calorifique à de l'eau s'évaporant à travers deux éva- porateurs à surface d'échange (5) et (6). La température de l'eau s'évaporant dans l'évaporateur (5) est plus élevée que celle dans l'évaporateur (6). La vapeur d'eau produite dans ltévaporateur (5) est d'abord en partie condensée dans le conden seur (11), la chaleur de condensation étant utilisée pour chauffer l'air jusqu a une température voisine de la température de ltévaporateur (5). Dans l'exemple figure 1, on comprime la vapeur d'eau provenant de l'évaporateur (6) pour alimenter également le condenseur (11). La vapeur non condensée dans le condenseur (11) est comprimôedans l'éjecteur (9), la vapeur non condensée dans le condenseur (12) est comprimée dans l'éjecteur (10), ce système permettant d'élever les températures de condensation et de chauffer ainsi successivement l'air (3) dans les condenseurs (12) et (13). Les éjecteurs fonctionnent â partir de vapeur haute pression produite par la chaudière (15) dont l'alimentation en eau est assurée par le retour d'une partie des condensats a travers la pompe (17). Le restant des condensats est détendu dans le dispositif (21) et repris par la pompe de recyclage (18) pour s 'ôvapo- rer dans les évaporateurs (5) et (6). L'installation représentée en figure 2 est un autre mode de réalisation de l'invention, qui comporte un étage d'évaporation, un étage de compression et deux étages de condensaton. Le séchoir (1) est muni de plateaux sur lesquels se trouvent les produits à sécher(2) qui sont traversés par de l'air chaud entrant (3) et qui sort sous forme d'un gaz humide (4). Le gaz humide traverse l'échangeur (22), avant d'être rejeté à l'atmosphère.L'autre circuit de ltéchangeur (22) est de l'eau qui entre par l'intermédiaire de la pompe (24) et qui sort pour alimenter la chambre de détente (23), à travers un dispositif de détente (26). Une partie des condensats provenant des condenseurs (11) et (12) arrivent dans cette chambre (23) par l'intermédiaire du dispositif de détente (21). L'eau est reprise par la pompe (24). La vapeur d'eau produite dans la chambre (23) est reliée au condenseur (11) par la canalisation (27). La vapeur qui n'est pas condensée dans le condenseur (11) est dirigée vers l'éjecteur (8), qui est alimenté en vapeur haute pression par la chaudière (15). Le mélange de vapeur sortant de l'ôjecteur (8) est relié au condenseur (12). Les condensats sont collectés dans la canalisation (14). Une partie est repris par la pompe (17), qui alimente la chaudière (15). Le restant est de tendu dans le dispositif (21) et dirigé vers la chambre de détente (23). L'air entrant passe à travers le condeiiseur (11) et le condenseur (12), avant de traverser les produits à sécher (2). Le fonctionnement de l'installation est le suivant Le gaz (4) qui sort du se choir est refroidi dans l'échangeur (22), ce qui élève la température de l'eau circulant dans cet échangeur. Cette eau est introduite par un système de détente dans une chambre où la pression est plus faible que la pression dtôquilibre liquide - vapeur. Il y a vaporisation brutale d'une petite partie de l'eau, avec refroidissement jusqu'à la.tempera- ture d'équilibre. La vapeur ainsi produite est condensée en partie dans le condenseur (11) qui réchauffe l'air entrant. Le restant est comprimé dans l'éjecteur (8), de façon à élever la température de condensation de la vapeur et à permettre l'rechange thermique dans le condenseur (12). Les condensats sont retournés, une partie vers la chaudière par pompage, le restant vers la chambre (23) par un dispositif de détente (21). L'échangeur (22) peut comporter une surface d'échange, empêchant le contact entre l'eau qui s'rez chauffe et le gaz humide qui se refroidit. Dans d'autres cas, cet échangeur est à contact direct, par pulvérisation d'eau dans le gaz humide ce qui réduit les problèmes de pollution, de corrosion et d'encrassage. Le procédé et l'installation décrits dans le présent brevet présentent un interêt énergétique important, car ils permettent de réduire la consommation de chaleur des séchoirs. En malterie, par exemple, la ré cupération de chaleur sur le gaz humide sortant à 340C d'une touraille à deux plateaux par une installation comprenant un évaporateur, trois éjecteurs, et quatre condenseurs économise 30 5' de l'énergie calorifique nécessaire pour chauffer l'air entrant. Par rapport à une pompe à chaleur à compression mécanique, l'invention a comme avantage d'utiliser un appareil statique, sans pièce mobile , donc sans usure mécanique, et de nécessiter comme énergie de compression de la chaleur sous forme de vapeur haute pression qui est intégralement transmise à l'air ou au gaz entrant. Une pompe à chaleur à compression mécanique ne transmet que lténergie mécanique nécessaire au fonctionnement du compresseur, alors que la chaleur utili sée pour produire cette énergie mécanique est environ deux fois et demi plus élevée. La vapeur d'eau est, d'autre part, un fluide thermique à bas prix, dont le coefficient d'échange tant en ébullition, qu'en condensation et convection, est très élevé, par rapport à d'autres fluides tels que les fluides organiques. L'utilisation de plusieurs étages d'évaporation et de condensation à températuresdifférentes,et de différents compresseurs statiques, permet d'optimiser l'installation d'économie d'énergie, et de faire fonctionner les échangeurs de chaleur avec les écarts de températuresles mieux adaptés aux fluides. Par exemple si l'évaporation de la vapeur d'eau a lieu à 30 C.Il est plus intéressant de préchauffer l'air jusqu'à 250 C sans compression de la vapeur d'eau, puis de comprimer la vapeur d'eau jusqu'à une pression correspondant à une tem pérature de condensation de 50 C, pour rechauffer l'air à 450 C, enfin decomprimer dans un deuxième éjecteur la vapeur jusqu'à une pression correspondant à une température de condensation de 700 C pour chauffer l'air à 650C, plutôt quede comprimer directement la vapeur d'eau jusqu' à une pression correspondant à une température de 70 C pour chauffer l'air de 10 C à 650 C. L'évaporation, la compression, la condensation dans differents étages permet d'augmenter-l'énergie récupérée. Elle n'est possible que dans la mesure où le compresseur est peu onéreux, ce qui est le cas des compresseurs statiques du type éjecteur. REVENDICATIONS 1. Procédé d'économie d'énergie sur des appareils de séchage du type dans lequel on récupère une partie de la chaleur des gaz sortant du séchoir par éva- poration d'eau, caractérisé en ce qu'on comprime la vapeur d'eau évaporée par action de vapeur d'eau haute pression dans un dispositif de cem- pression statique, et condense la vapeur d'eau comprimée pour réchauffer l'air entrant dans le séchoir. 2. Procédé d'économie d'énergie suivant la revendica tion 1, caractérisé en ce qu'on réalise une évapo ration à plusieurs niveaux correspondant a des températures et des pressions diffôrentes d'éva poration. 3. Procédé d'économie d'énergie suivant l'une quelcon que des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'on effectue la compression dans plusieurs é tages avec des pressions différentes. 4. Procédé d'économie d'énergie suivant l'une quelcon que des revendications 1 à 3,caractérisé en ce qu' on réalise une condensation à plusieurs niveaux correspondant à des températures et des pressions différentes de condensation. 5. Procédé d'économie d'énergie suivant l'une quelcon que des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'évaporation a lieu par détente d'eau préalable ment réchauffée par les gaz sortant du séchoir et introduite dans une enceinte dont la pression est plus faible que la pression d'équilibre liquide/ vapeur correspondant à la température de l'eau entrant. 6. Installation (fig. 1) pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un évaporateur (5) récupérant la chaleur des gaz (4) sortant du séchoir, au moins un dispositif de compression statique (9) utilisant de la vapeur d'eau haute pression pour assurer la compression de la vapeur d'eau provenant des évaporateurs, et au moins un condenseur (11) cédant à l'air entrant dans le séchoir (3), la chaleur provenant de la con densation de la vapeur d'eau sortant des éVapOrateurs et des dispositifs de compression statique. 7. Installation suivant la revendication 6 caractérisée en ce que le dispositif de compression statique est un éjecteur (9) comportant une tuyère de détente de la vapeur d'eau haute pression, une chambre de me- lange d la vapeur aspirée et de la vapeur haute pres sion détendue, et un venturi de compression du me- lange. 8. Installation (fig. 2) suivant l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que lté- vaporateur est une chambre de détente (23) alimen tée par un circuit d'eau (25) rechauffée dans un échangeur (22) place sur les gaz (4) sortant du sé choir.