Brevet FR2499221A1 — publié le 19820806

La présente invention concerne une installation comportant une enceinte isothermique et une pompe à chaleur et susceptible d'effectuer en boucle fermée la climatisation en chaud et froid ainsi que la régulation hygrométrique de l'air de l'enceinte. Le but de l'invention est de proposer une installation polyvalente capable de réaliser la déshumidification, en climatisation en chaud, de produits très variés tels que le tabac, les noix, les châtaignes, les pruneaux, les fourrages ou autres céréales, les peaux, les pierres, etc... afin d'obtenir un séchage optimal avec le minimum d'énergie, capable, d'autre part, de réaliser une climatisation en froid pour la conservation de denrées telles que plants de vigne, de fraisiers ou d'autres semis et capable, enfin, de réaliser une climatisation en chaud ou en froid pour la reproduction ou le traitement d'espèces vivantes telles qu'escargots,oies, volailles, etc... Le principe de la pompe à chaleur est bien connu et l'on sait déjà réaliser la climatisation et la déshumidification de l'air d'un local à l'aide de pompe à chaleur. Brièvement, dans ce type d'installation de l'air provenant du local à climatiser et auquel on ajoute dans une certaine proportion de l'air neuf est envoyé sur l'évaporateur de la pompe à chaleur, disposée à l'extérieur du local, au contact duquel l'air se refroidit et perd de son humidité. L'air passe ensuite sur le condenseur de la pompe à chaleur où il se réchauffe et est soufflé par une gaine appropriée vers le local. I1 est possible également avec ce genre d'installation non plus de climatiser en chaud, c'est-à-dire de maintenir l'intérieur du local à une température supérieure à celle de l'extérieur, mais de rafraîchir dans une certaine mesure l'air intérieur par un système de volets de commutation des flux d'air dans la pompe à chaleur et un circuit d'extractiondechaleur en direction de l'extérieur. Toutefois, le refroidissement de l'air introduit dans le local est relatif et limité en sorte qu'un tel système ne peut pas être rappliqué à la réalisation d'une chambre froide. Par ailleurs, on connait également des enceintes isothermiques dont l'intérieur est régulé en chaud ou en froid, en circuit fermé, à l'aide d'une pompe à chaleur extérieure à l'enceinte. Toutefois, la commutation chaud/froid est obtenue par inversion dans la pompe à chaleur du sens de circulation du fluide frigorigène, l'évaporateur devenant le condenseur et le condenseur évaporateur. Une installation de ce type est décrite dans le brevet FR. N0 71-17395. Elle pose des problèmes, notamment de rendement du fait que le fluide frigorigène se trouve dans deux phases différentes liquide ou gazeuse selon qu'il se trouve dans l'évaporateur ou le condenseur et qu'un meme échangeur dimensionné de façon optimale pour constituer un évaporateur ne l'est plus du tout pour jouer le roule de condenseur. La présente invention vise à palier les divers inconvénients des installations connues actuellement de conditionnement à partir d'une pompe à chaleur en proposant une installation de conditionnement en cycle fermé de l'air d'une enceinte isothermique à l'aide d'une pompe à chaleur extérieure à l'enceinte et capable de réguler la température dans l'enceinte aussi bien en chaud qu'en froid, par rapport à la température extérieure, et de manière remarquablement économique. A cet effet, l'invention a pour objet une installation de régulation de la température et du degré d'humidité de l'air d'une enceinte isothermique, comprenant une pompe à chaleur classique extérieure à l'enceinte et reliée à cette dernière par une première gaine conduisant l'air de l'enceinte sur l'évaporateur de la pompe à chaleur et une seconde gaine amenant l'air de soufflage de la pompe à l'enceinte, ladite pompe à chaleur comportant, en outre, un circuit d'extraction de chaleur constitué d'un orifice d'entrée d'air extérieur, un orifice de rejet vers l'extérieur et un conduit interne reliant les deux orifices et dans le trajet duquel sont disposés un ventilateur et une partie du condenseur, ladite installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte, à l'intérieur de l'enceinte, un évaporateur auxiliaire disposé dans un conduit de recyclage interne de l'air de l'enceinte dans lequel est monté un système de ventilation, l'evapora- teur auxiliaire étant branché sur le circuit du fluide frigorigène de la pompe à chaleur, en parallèle avec l'évaporateur de cette dernière, par l'intermédiaire de vannes de commutation mettant en ou hors service l'un ou l'autre à volonté des deux évaporateurs, des volets mobiles d'obturation des orifices de raccordement des deux gaines susdites à l'enceinte étant prévus pour isoler cette dernière du circuit de la pompe à chaleur lorsque l'évaporateur auxiliaire est en service. Une telle installation permet, lorsque l'évaporateur de la pompe à chaleur est seul en service et que les volets d'obturation de l'enceinte sont ouverts, la régulation en chaud en cycle fermé de l'air de l'enceinte avec déshumidification de cet air. Ce dernier, entraîné par le ventilateur de la pompe à chaleur est extrait de l'enceinte, passe sur l'évaporateur, puis sur le condenseur et est soufflé en retour vers l'enceinte, réchauffé et déshumidifié. Cette même installation peut être utilisée tout aussi bien en régulation en froid pour constituer, par exemple une chambre froide, auquel cas il suffit de mettre l'Fvapora- teur de la pompe à chaleur hors service et l'évaporateur auxiliaire en service, de brancher le système de ventilation associé à l'évaporateur auxiliaire, de fermer les volets d'obturation des gaines de raccordement de l'enceinte à la pompe à chaleur et de mettre en service ledit circuit d'extraction de chaleur de la pompe à chaleur pour que cette dernière assure le froid nécessaire par l'évaporateur auxiliaire. Dans ce mode de fonctionnement, l'enceinte est totalement isolée de la pompe à chaleur et l'air froid intérieur est recyclé en boucle par le système de ventilation interne, le ventilateur de soufflage de la pompe à chaleur étant bien entendu arrêté. Si l'on veut, en outre, dans ce mode de fonctionnement réguler également le degré d'humidité de l'air de l'enceinte on prévoit dans ledit conduit de recyclage interne un bac humidificateur contenant de l'eau réchauffée par tout moyen approprié. On réalise ainsi une installation polyvalente d'une conduite très simple et pratique, d'une remarquable économie au niveau des consommations d'énergie et susceptible sans aucun aménagement de très nombreuses applications. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description d'une installation conforme à l'invention, appliquée au séchage du tabac blond, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels - Fig. 1 représente une vue partielle en perspective et en semi-éclaté d'une installation conforme à l'invention; - Fig. 2 représente schématiquement une vue transparente et en perspective de la pompe à chaleur de type connu incor porée à l'installation de la Fig. 1 - Fig. 3 représente schématiquement en coupe longitudinale l'installation de la Fig. 1, et - Fig. 4 illustre suivant une vue en perspective un dispo sitif de contrôle de dessication associé à l'installation. L'installation représentée schématiquement sur la Fig. 1 comprend une enceinte isothermique 1 et une pompe à chaleur 2 extérieure, montées sur un socle en béton 3. La pompe à chaleur 2 est reliée à l'enceinte 1 par une première gaine 4 d'aspiration de l'air intérieur de l'enceinte et par une seconde gaine 5 de soufflage. On a représenté par ailleurs en 6 sur la Fig. 1, une gaine d'aspiration d'air extérieur et en 7 une gaine de rejet vers l'ex- térieur, ainsi qu'en 8 l'armoire électrique de commande. La Fig. 2 représente schématiquement une pompe à chaleur convenant particulièrement à l'installation selon l'invention. I1 s'agit d'une pompe de type connu et plus particulièrement une pompe de déshumidification de type SAHEL construite par la société Leroy-Somer. Cette pompe comprend, entre autres, un compresseur 9, un évaporateur 10, un condenseur 11, un ventilateur de soufflage 12, ainsi qu'un circuit d'extraction de chaleur reliant l'orifice d'air extérieur 6 à l'orifice de rejet 7 et dans lequel est disposé un ventilateur de rejet 13 et une partie du condenseur 11, ce circuit d'extraction étant isolé du circuit principal de conditionnement d'air de la pompe par un cloisonnage interne 14. Ce type de pompe à chaleur étant parfaitement connu n'a pas besoin d'être décrit en détail tant en ce qui concerne sa structure que son fonctionnement. Les éléments de cette pompe nécessaire à la compréhension de l'invention sont schématisés sur la Fig. 3 avec les mêmes nu méros de référence. L'enceinte 1 est par exemple parallélépipédique et réalisée en panneaux sandwich de 80 mm d'épaisseur, avec des parois extérieure et intérieure métalliques entre lesquelles est interposé un matériau isolant tel que du poly uréthane. L'accès à l'intérieur de l'enceinte 1 se fait à une extrémité par une porte isotherme 15 dégageant toute la largeur de l'enceinte. L'enceinte 1 communique avec la pompe à chaleur 2 par la gaine de recyclage 4 débouchant par un orifice rectangulaire 16 situé à la partie inférieure de l'enceinte, à l'opposé de la porte 15 et s'étendant sur presque toute la largeur de l'enceinte. Cette gaine 4 est chargée de conduire l'air de l'enceinte à recycler sur l'évaporateur 10 de la pompe à chaleur avec interposition d'une grille de dépoussiérage sym bolisée en 17. La gaine de soufflage 5 débouche dans l'enceinte 1 par un orifice 18 pratiqué dans le toit et est chargée d'introduire l'air traité sous l'impulsion du ventilateur 12 de la pompe à chaleur. Comme on peut l'observer sur la Fig. 1, l'orifice 18 pratiqué dans le toit de l'enceinte 1 est rectangulaire et s'étend sur presque toute la largeur de l'enceinte afin d'avoir une répartition uniforme de l'air dans l'enceinte, cette répartition uniforme étant parfaite par un faux-plafond 19 disposé parallèlement au toit de l'enceinte et pourvu d'orifices 20 régulièrement répartis. Sur la paroi de fond de l'enceinte est fixé un caisson 21 parallélépipédique dont l'extrémité supérieure débouche dans l'intervalle 22 entre le faux-plafond 19 et le toit de l'enceinte. A sa partie inférieure, le caisson 21 débouche sensiblement au ras de l'orifice 16. Ce caisson 21 est destiné à constituer un conduit de recyclage de l'air intérieur de l'enceinte pris à la partie inférieure du caisson et transféré dans l'espace 22 après traitement. A cet effet, dans le caisson 21 est monté un évaporateur 23 dit auxiliaire, au dessus duquel est disposé un système de ventilation 24 comprenant dans le mode de réalisation représenté à la Fig. 1 deux ventilateurs dont qn a figuré les bouches de soufflage 24a et 24b. Les orifices 16 et 18 peuvent être obturés par des volets, respectivement 25 et 26,susceptibles de prendre deux positions : l'une,d'ouverture (représentée sur les Fig. 1 et 3) et l'autre, de fermeture. Dans la position d'ouverture,le volet 25 est retenu par des crochets sur le rebord inférieur d'un bac a condensats incliné 28 disposé à la partie inférieure du caisson 21, cependant que dans sa position d'ouverture le volet 26 repose sur le faux-plafond 19 et obstrue sensiblement le passage entre le caisson 21 et l'espace 22. A l'évaporateur auxiliaire 23 est associé à l'intérieur du caisson 21 un humidificateur 29, dont le principe est bien connu, et qui contient de l'eau susceptible d'être réchauffée. L'évaporateur auxiliaire 23 est branché sur le circuit du fluide frigorigène de la pompe à chaleur, en paral lèle avec l'évaporateur 10. A cet effet, l'évaporateur auxiliaire 23 est relié par une canalisation 30 à la canalisation 31 reliant le compresseur 9 à l'évaporateur 10, par l'intermédiaire d'un organe de commutation symbolisé en 32. L'évaporateur 23 est également relié par une canalisation 33 dans laquelle est interposée un détendeur 34, à la canalisation 35 reliant le condenseur 11- a l'évaporateur 10. Dans le circuit de cette canalisation 35, on a représenté symboliquement en 36 la bouteille de réserve de fluide frigorigène e eet en 37 le détendeur associé a l'évaporateur 10, la canalisation 33 étant reliée par un organe de commutation 38 interposé en amont du détendeur 37. Les organes de commutation 32 et 38 peuvent etre des vannes à double-voie ou bien tout simplement des vannes ordinaires au nombre de quatre interposées dans les canalisations 30,31 et 33, 35. L'installation représentée sur la Fig. 1 comporte, en outre, un peson 39 de contrôle de dessication de feuilles de tabac 40, l'une des applications possibles étant le séchage du tabac blond. Ce peson 39 est schématisé en perspective sur la Fig. 4. Il est disposé près de la porte 15 de l'enceinte pour faciliter le contrôle direct des feuilles de tabac témoins 40 suspendues au peson 39. Celui-ci comprend un support horizontal 41 disposé à l'extérieur de l'enceinte 1 et reposant sur l'organe mobile 42 du peson lui-même 43 monté sur le toit de l'enceinte. Aux extrémités du support 41 est suspendu un rack 44 portant les feuilles témoins 40, le rack 44 étant à l'intérieur de l'enceinte, suspendu par exemple par des cordages 45 traversant le toit de l'enceinte. Le fonctionnement de l'installation représentée et décrite ci-dessus est le suivant. On va décrire ce fonctionnement dans le cadre du séchage du tabac blond qui est une des applications particulièrement intéressantes de l'invention. Tout d'abord on rappellera que l'objectif de l'invention est de réaliser une enceinte ou cellule 1 polyvalente, c'est-à-dire capable de sécher divers produits tels que tabac blond, noix, châtaignes, fromages, etc... et, également d'effectuer une simple régulation thermique (positive ou négative par rapport à la température extérieure) pour la conservation de produits alimentaires, agricoles ou industriels (viandes, plants de vigne, fraises, etc...). Dans le cadre du séchage du tabac blond l'installation est capable de déshumidifier et de réchauffer en cycle fermé l'air de la cellule 1 grâce à la pompe à chaleur 2. A cet effet, les volets 25 et 26 sont mis en position ouverte comme représenté à la Fig. 3. L'évaporateur auxiliaire 23 et le système de ventilation 24 sont en position hors service, le circuit du fluide frigorigène dans la pompe à chaleur 2 étant le circuit traditionnel constitué par l'évaporateur 10 et le condenseur 11. La pompe à chaleur 2 fonctionne normalement selon le processus connu, les réglages de température et d'hygrométrie de l'air réintroduit dans la cellule étant effectués selon la nature des produits à sécher et de la phase de sé chage considérée avec les moyens habituels qu'il n'est pas nécessaire de décrire. Au cours du fonctionnement de cette installation en vue du séchage par exemple de feuilles de tabac 40 introduites en racks à la manière habituelle dans l'enceinte isotherme, l'air de la cellule circule en boucle fermée suivant une trajectoire matérialisée sur les Fig. 1 et 3 par les flèches S. Ainsi, l'air de la cellule est aspiré par le ventilateur 12 dans la gaine 4, passe sur l'évaporateur 10 où il se refroidit et perd une partie de son eau, passe ensuite sur le condenseur 11 où il se réchauffe et est soufflé, réchauffé et déshumidifié,par la qaine 5 dans l'espace 22. De-là, il est réparti de manière homogène par les orifices 20 en direction des racks (non représentés) de feuilles de tabac pour y prélever à nouveau un peu d'humidité, et ainsi de suite jusqu'au degré de siccité désiré contrôlé en permanence par le peson 39. En effet, au fur et à mesure que le tabac perd de son humidité, il s'allege et cet allègement est traduit par le peson dont l'indication, visible de l'extérieur, per- met de déterminer le degré de siccité en question. Le rack étalon 44 du peson 39 est bien entendu pesé au préalable. L'air de soufflage en 5 est éventuellement réglé en température à l'aide de résistances électriques symbolisées en 46 et réhumidifié par une buse gicleur (non representée) à la manière bien connue. L'application d'une telle installation au séchage du tabac blond est particulièrement avantageuse car elle permet d'abaisser les couts d'exploitation de l'ordre des 2/3 par rapport aux techniques employées actuellement pour ce séchage qui utilisent le fuel ou bien le gaz et sont grosses consommatrices d'énergie. En dehors de cette considération d'économie d'e- nergie, cette installation selon l'invention présente l'intérêt fondamental de pouvoir être immédiatement convertie à d'autres fonctions de régulation thermique en chaud ou en froid, chose que ne peuvent absolument pas faire les cellules actuelles de séchage de tabac blond. C'est ainsi qu'une réfrigération de l'intérieur de la cellule peut être immédiatement réalisée à des fins de conservation de divers produits par une opération simple et rapide consistant à faire circuler le fluide frigorigène non plus dans l'évaporateur 10 mais dans l'évaporateur auxiliaire 23 en manoeuvrant en conséquence les vannes de commutation 32, 38, en obturant les volets 25, 26, en arrêtant le ventilateur 12 et en mettant en service le ventilateur de rejet 13 (Fig. 2) ainsi que le système de ventilation 24. L'air de la cellule 1 circule alors à l'intérieur de celle-ci, suivant une boucle fermée passant à l'intérieur du caisson 21 (flèches R). Les calories collectées par le condenseur 11 sont évacuées vers l'extérieur par le ventilateur 13. I1 est à noter que l'hygrométrie de cet air peut être régulé, à la manière classique, grâce à l'humidificateur 29. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre, au contraire, toutes les variantes, notamment celles concernant l'agencement de l'évaporateur auxiliaire 23 et du système de ventilation associé 24, ainsi que celui du système du type peson 39 de contrôle de dessication par variation du poids du produit traité. REVENDICATIONS 1. Installation de régulation de la température et du degré d'humidité de l'air d'une enceinte isothermique (1) comprenant une pompe à chaleur (2) classique extérieure à l'enceinte et reliée à cette dernière par une première gaine (4) conduisant l'air de l'enceinte sur l'évaporateur (10) de la pompe à chaleur et une seconde gaine (5) amenant l'air de soufflage de la pompe à l'enceinte, ladite pompe à chaleur comportant, en outre, un circuit d'extraction de chaleur constitué d'un orifice (6) d'entree d'air extérieur, d'un orifice (7) de rejet vers l'extérieur et d'un conduit interne reliant les deux orifices et dans le trajet duquel sont disposés un ventilateur (13) et une partie du condenseur (11), ladite installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte, à l'intérieur de l'enceinte, un évaporateur auxiliaire (23) disposé dans un conduit (21) de recyclage interne de l'air de l'enceinte dans lequel est monté un système de ventilation (24), l'évaporateur auxiliaire étant branché sur le circuit du fluide frigorigène de la pompe à chaleur,en parallèle avec l'évaporateur (10) de cette dernière, par l'interm6- diaire de vannes de commutation (32,35) mettant en ou hors service l'un ou l'autre à volonté des deux évaporateurs, des volets mobiles (25,26) d'obturation des orifices de raccordement des deux gaines (4,5) susdites à l'enceinte (1) étant prévus pour isoler cette dernière du circuit de la pompe à chaleur (2) lorsque l'évaporateur auxiliaire (23) est en service. 2. Installation suivant la revendication 1 carac tériséeence que la seconde gaine (5) ou gaine de soufflage, débouche dansunespace (22) délimite entre le plafond de l'enceinte (1) et un faux-plafond (19) percé d'orifices (20) régulièrement répartis. 3. Installation suivant les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les orifices (16,18) de raccordement de l'enceinte (1) aux première et seconde gaines (4,5) sont rectangulaires et s'étendent sur presque toute la largeur de l'enceinte. 4. Installation suivant les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'évaporateur auxiliaire (23) et le système de ventilation associé (24) sont disposés dans un caisson (21) vertical fixé sur la paroi de fond de l'enceinte (1), l'orifice supérieur du caisson (21) débouchant dans ledit espace (22) délimité par le faux-plafond (19), cependant que l'orifice inférieur se trouve au voisinage immédiat de l'orifice (16) de raccordement de l'enceinte a la première gaine (4). 5. Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'évaporateur auxiliaire (23) comporte un bac à condensats (28) incliné disposé sous l'orifice inférieur dudit caisson (21). 6. Installation suivant l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce qu'à l'évaporateur auxiliaire (23) est associé un humidificateur (29). 7. Installation suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, un dispositif de contrôle de dessication constitué par un peson ou analogue (39)disposé à l'extérieur de l'enceinte (1) et sollicité par un support (41) auquel est suspendu à l'intérieur de l'enceinte un produit témoin (40).