Brevet FR2514877A1 — publié le 19830422

La présente invention concerne un dispositif de dis- tillation pour une machine de nettoyage chimique et se rapporte notamment à un dispositif d'entraînement d'une pompe à chaleur qui est prévue pour la distillation d'agents de nettoyage, notamment de solvants organiques utilisés dans ces machines afin de séparer par évaporation et con- densation ces agents de nettoyage de façon économique des substances dissoutes et mélangées à ces derniers en vue du recyclage des solvants dans le processus de nettoyage. Le dispositif de distillation d'une machine de nettoyage chimique est constitué essentiellement, comme cela est connu par un évaporateur, un conduit tubulaire, un refroidisseur, un séparateur d'eau et un réservoir Le solvant souillé lors du processus de nettoyage est soumis à évaporation dans un évaporateur en alimentant ce dernier en énergie thermique Les impuretés se déposent en tant que résidus Les vapeurs de solvant sont condensées dans le refroidisseur et le distillat est refroidi Le refroidisseur est alimenté en eau froide L'énergie thermique nécessaire au processus d'évaporation est transmise à l'eau de refroi- dissement et est perdue de ce fait pour le processus de distillation subséquent Pour cette raison la distilla- tion dans une machine de nettoyage chimique constitue un processus consommant beaucoup d'énergie et depuis long- temps on cherche à trouver un procédé qui permet de réaliser une économie d'énergie. Par le brevet DD 145 659 et la demande de brevet DE 2 639 604,il est connu d'utiliser des pompes à chaleur dans des domaines techniques o il s'agit de tirer parti d'une chaleur provenant de sources naturelles Une pompe à chaleur de ce type est composée principalement d'un com- presseur, d'un condenseur, d'un évaporateur et d'un dispo- sitif de détente Le compresseur est entraîné par une turbine. Le compresseur et la turbine forment chacun une machine autonome et ils sont reliés, l'un à l'autre, par un arbre La turbine est entralné par un gaz ou par de la vapeur Le gaz ou la vapeur d'échappement de la turbine est conduite dans un échangeur de chaleur monté en série avec la pompe à chaleur et qui permet d'utiliser l'énergie thermique résiduelle des gaz ou de la vapeur d'échappement. Une pompe à chaleur de ce type fonctionne à des températures qui sont inférieures à 600 C et elle ne peut pas être utilisée paur la distillation dans des machines de nettoyage chimique. Dans certaines pompes à chaleur le compresseur est un compresseur à piston de type connu et il ne convient également pas pour une pompe à chaleur destinée à fonc- tionner à des températures de distillation élevées L'uti- lisation d'une turbine d'entraînement séparée pour le com- presseur de la pompe à chaleur constitue en outre une solution onéreuse et l'ensemble est très encombrant. La présente invention a pour objet de créer un dispositif à pompe à chaleur qui peut être utilisé pour le procédé de distillation dans une machine de nettoyage chimique tout en permettant d'économiser de l'énergie. Les problèmes exposés ci-dessus sont résolus conformément à l'invention par un dispositif de distillation qui est caractérisé en ce qu'il comporte une pompe à cha- leur comprenant, en tant que compresseur, un turbocom- presseur à suralimentation dont la turbine est alimentée par un fluide de commande et le compresseur par un fluide caloporteur et en ce que le fluide d'entraînement sortant de la turbine est utilisé à d'autre fins. L'importance de l'invention réside dans le fait qu'elle crée une pompe à chaleur qui est conçue de façon à pouvoir être utilisée dans des machines de nettoyage chimique pour la distillation de solvants qui fonction- nent avec un fluide caloporteur à point d'ébullition élevé et qui comporte un dispositif d'entraînement particulier permettant une mise en oeuvre économique du procédé de distillation. 25148 7 Les pompes à chaleur connues fonctionnent à des températures inférieures à 600 C etutilisent, en tant que fluide caloporteur, des agents frigorifiques à bas point d'ébullition. La présente invention a pour objet de créer une pompe à chaleur qui peut être utilisée dans un domaine nouveau dans lequel il s'agit de transformer de la chaleur dépassant 100 IC comme cela est le cas, par exemple, lors de la distillation de liquides Il a été constaté qu'il est 1 o possible de mettre en oeuvre un processus de distillation en utilisant l'énergie thermique existante et sans être obligé de prévoir une alimentation en énergie séparée et importante lorsqu'on réussit de ramener de nouveau la cha- leur de condensation du refroidisseur dans l'évaporateur en tant que chaleur d'évaporation Le principe d'une pompe à chaleur permet cette transformation Le problème réside cependant dans le fait qu'il faut trouver un fluide calopor- teur qui convient aux températures supérieures à 1000 C régnant pendant le processus, ainsi qu'un dispositif d'en- trainement approprié à ce fluide caloporteur L'invention prévoit notamment l'utilisation de la vapeur d'eau en tant que fluide caloporteur étant donné que la vapeur d'eau présente des avantages du point de vue thermique En raison de la température élevée et de l'absence de tout effet de lubrification, l'utilisation de la vapeur d'eau dans le cir- cuit des pompes à chaleur comportant les compresseurs connus présente des grandes difficultés Ce problème est résolu de façon surprenante par la présente invention qui prévoit l'utilisation d'un turbocompresseur à suralimentation en tant que dispositif d'entraînement Le turbocompresseur à sura- limentation permet de comprimer et de transporter la vapeur d'eau grâce à la turbine de suralimentation du compresseur. En tant que fluide d'entraînement l'invention prévoit de la vapeur d'eau qui est utilisée cinétiquement dans la turbine et ensuite thermiquement. L'invention permet de réaliser des économies d'énergie importantes car l'utilisation d'un compresseur à suralimentation en tant que dispositif d'entraînement des pompes à chaleur a permis d'élargir le domaine d'utilisation de ces dernières, notamment en ce qui concerne les économies en énergie. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'inven- tion est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexé. La figure unique représente schématiquement une pompe à chaleur utilisée en tant que dispositif de distilla- tion dans une machine de nettoyage chimique. La pompe à chaleur suivant l'invention comprend un dispositif d'entraînement 10, deux échangeurs de chaleur 20, 30, un dispositif de détente 40 et des conduits tubu- laires de liaison 15, 23, 41, 33 Le dispositif d'entraînement est un turbocompresseur à suralimentation qui comprend, de façon connue, une partie d'entraînement 1 l et une partie de compression 12 La partie d'entraînement 11 est constituée par une turbine axiale ou radiale et présente des raccords 13,14 pour le fluide de commande La turbine d'entraînement il est reliée avec une turbine de compression 12 par l'inter- médiaire d'un arbre traversant une paroi de séparation du carter La turbine de compression 12 est reliée au circuit de la pompe à chaleur au moyen de conduits tubulaires 15,33. L'échangeur de chaleur 20 et le condenseur 21 de la pompe à chaleur d'une part, et l'évaporateur 22 du dispositif de distillation, d'autre part, sont montés en aval du turbo- compresseur à suralimentation 10 L'échangeur de chaleur 20 est relié avec l'échangeur de chaleur 30, d'une part, du côté de la pope à chaleur, par des conduits 23, 41 contenant une soupape de détente 40, et, d'autre part, du côté de distillation par un conduit 25 L'échangeur de cha- leur 30 constitue l'évaporateur 31 de la pompe à chaleur et en même temps le condensateur 32 du dispositif de distillation. Le circuit de la pompe à chaleur est formé par l'intermé- 14877 diaire du conduit 33 reliant l'échangeur de chaleur 30 au tur- bocompresseur à suralimentation 10 Sur son côté de distilla- tion, l'échangeur de chaleur 20 présente un raccord 24 pour l'alimentation en solvant L'échangeur de chaleur 30 comporte un raccord 34 pour l'évacuation du distillat. Le dispositif de l'invention fonctionne de la façon suivante: La turbine d'entraînement 11 du turbocompresseur à suralimentation 10 est alimentée en fluide de commande qui entraîne en rotation la turbine 11 La vitesse de rotation est supérieure à 10 000 t/mn Le fluide d'entraînement est un liquide ou un gaz présentant une pression appropriée En tant que gaz on peut utiliser de l'air comprimé, du gaz de chauffage ou de préférence, de la vapeur d'eau Le fluide de commande pénètre dans la turbine il par le raccord 13 Dans la turbine d'entraînement 11, on utilise le pouvoir énergétique du fluide de commande Après sa détente le fluide quitte la turbine d'entraînement il par le raccord 14 Le fluide d'entraîne- ment présente de plus une énergie thermique qui est ensuite exploitée en conduisant par exemple la vapeur épuisée dans le dispositif de distillation Il est ainsi possible de pré- chauffer le solvant à distiller au moyen de la vapeur épuisée. Une autre possibilité consiste dans une distillation directe des résidus du distillat. La turbine 11 entraîne la turbine de compression 12 qui constitue le dispositif de transport de la pompe à cha- leur La pompe à chaleur fonctionne avec un fluide calopor- teur qui présente un point d'ébullition élevé et on utilise par exemile de la vapeur d'eau La turbine de compression 12 peut mettre en circulation le fluide caloporteur proposé sans exiger une lubrification supplémentaire Le turbocompresseur à suralimentation utilisé en tant que dispositif d'entraîne- ment pour une pompe à chaleur n'est pas encombrant du fait que la partie d'entraînement et la partie de compression for- ment une unité La turbine 12 comprime le fluide calopor- teur dont la température se trouve ainsi augmentée Le fluide arrive ensuite par l'intermédiaire du conduit 15 dans l'échangeur de chaleur 20 qui comprend, d'une part, le condenseur 21 de la pompe de chaleur et, d'autre part, l'évaporateur 22 du dispositif de distillation A l'intérieur du condenseur 21, le fluide caloporteur transmet sa chaleur, en se condensant, vers l'évaporateur du dispositif de distil- lation De ce fait le solvant, par exemple du tétrachloré- thane est évaporé à l'intérieur de l'évaporateur du disposi- tif de distillation Les vapeurs de solvant, provenant de l'évaporateur 22, arrivent dans le condenseur 32 de l'échan- geur de chaleur 30 par l'intermédiaire du conduit 25 Le solvant s'écoule dans l'évaporateur 22 par le raccord 24. Dans la zone de la pompe à chaleur, le fluide caloporteur condensé dans le condenseur 21 est transporté,au moyen du turbocompresseur à suralimentation 10 et par l'inter- médiaire du conduit 23, vers la soupape de détente 40 et, à partir de cette dernière, le fluide caloporteur détendu s'écoule dans l'évaporateur 31 de l'échangeur de chaleur 30 en passant par le conduit 41 Lors de son évaporation dans l'évaporateur 31, le fluide caloporteur absorbe de la cha- leur qui est prélevée des vapeurs de solvant du condenseur 32 du dispositif de distillation Lors de ce procédé, les vapeurs de solvant sont condensées et le distillat quitte le-dispositif de distillation par le raccord 34 Le fluide caloporteur absorbe la chaleur de condensation des vapeurs de solvant, laquelle après s'être enrichie, au cours du recyclage, de la chaleur de compression du turbocompresseur , est transmise au condenseur 21 et de ce fait également à l'évaporateur 22 du dispositif de distillation, en vue d'entretenir le processus de distillation De cette manière il est possible de procéder à la distillation de liquides en profitant au maximum de la chaleur produite et en ne consommant que de faiblesquantités d'énergie d'apport Un avantage particulier de l'invention réside dans le fait qu'elle permet, grâce à l'utilisation d'un turbocompresseur à suralimentation en tant que dispositif d'entraînement de la pompe à chaleur, de distiller économiquement des liquides à point d'ébullition élevé et supérieur à 1000 C. Dans une forme de réalisation pratique l'invention prévoit d'utiliser en tant que dispositif d'entraînement de la pompe à chaleur, un turbocompresseur à gaz d'échap- pement tel qu'il est utilisé dans des véhicules automo- biles Dans le cas o la puissance, le débit et la pression du côté de la turbine d'entraînement et du côté de la turbine de compression d'un turbocompresseur ne sont pas adaptés aux exigences de la pompe à chaleur, il est possible conformément à l'invention de modifier le turbocompresseur de façon correspondante On peut, par exemple, modifier les roues de turbine ou prévoir des buses d'injection La présente invention ntest pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et concernant un dispositif de distillation pour des solvants à point d'ébullition élevé et destiné à des machines de nettoyage chimique L'invention concerne également les pompes à chaleur utilisées dans des domaines comparables. REVENDICATIONS 1 Dispositif de distillation notamment pour une machine de nettoyage chimique, comportant tant un évaporateur, un conduit tubulaire, un refroidisseur, un séparateur d'eau et un réservoir, caractériséUen ce qu'il comporte une pompe à chaleur comprenant en tant que compresseur un turbocompresseur à suralimentation ( 10) dont la turbine ( 11) est alimentée par Un fluide de commande et le compresseur ( 12) par un fluide caloporteur et en ce que le fluide d'entraînement sortant de la turbine est utilisé à d'autres fins. 2 Dispositif de distillation suivaht la revendi- cation 1, caractérisé en ce que le turbocompresseur à suralimentation est un turbocompresseur à gaz d'échappement. 3 Dispositif de distillation suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le turbo- compresseur à suralimentation est un turbocompresseur modi- fié à gaz d'échappement. 4 Dispositif de distillation suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fluide de commande est un liquide ou un gaz. Dispositif de distillation suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fluide de commande est la vapeur d'eau. 6 Dispositif de distillation suivant la revendi- cation 5, caractérisé en ce que la vapeur d'eau est exploitée cinétiquement et thermiquement. 7 Dispositif de distillation suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la vapeur d'échappement du turbocompresseur est conduite dans le dispositif de distillation. 8 Dispositif de distillation suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est une substance à point d'ébullition élevé. 9 Dispositif de distillation suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en-ce que le fluide caloporteur est de la vapeur d'eau.