Brevet FR2518895A1 — publié le 19830701

i La présente invention concerne un procédé de séchage d'un gaz selon lequel un courant principal cir- cule dans une zone de séchage d'un échangeur d'humidité par régénération, ayant un lit d'une substance absorbant l'humidité, ce lit étant mis au contact, après la zone de séchage, avec une zone de régénération dans laquelle un gaz de régénération circule dans le lit à contre- courant du courant principal L'invention-concerne en outre un dispositif destiné à la mise en oeuvre de ce procédé. La régénération est effectuée dans les échangeurs d'humidité de ce type par un gaz de régénération qui est chauffé afin que son aptitude à prélever l'humidité soit accrue Dans les échangeurs fixes d'humidité, ayant au moins deux lits, l'un d'eux est régénéré pendant que l'au- tre est en phase de séchage, le lit lui-même étant habi- tuellement muni de dispositifs de chauffage La capacité de séchage du gaz de régénération lorsqu'il passe dans différentes parties du lit est ainsi affectée à chaque passage par le chauffage assuré par les dispositifs in- corporés de chauffage. La situation est différente dans les échangeurs d'humidité du type dans lequel le lit comporte une struc- ture à rotor dont la garniture est mise au contact de la zone de séchage et de la zone de régénération par ro- tation continue du rotor De tels échangeurs d'humidité ne peuvent pas comporter ou ne peuvent comporter que très difficilement des dispositifs de chauffage incorporés et en conséquence le gaz de régénération doit être pré- chauffé avant de pénétrer dans le lit du rotor Un autre problème posé est qu'une partie de la chaleur de régéné- ration stockée =dans le lit du rotor pendant la régé- nération, est entraînée par le rotor dans la zone de sé- chage et s'y dégage Cette partie de la chaleur de régéné- ration qui est ainsi consommée autrement que par l'évaporation de l'eau dans le rotor représente une perte véritable, et cette perte augmente lorsque la température de régéné- ration augmente En conséquence, dans les échangeurs d'hu- midité du type qui comporte un lit ou garniture sous forme d'un rotor, il n'est pas avantageux de chauffer l'air de régénération à une température trop-élevée Au contraire, le volume de gaz de régénération doit être accru, avec les inconvénients que cela comporte Dans une variante, comme souvent réalisé en pratique, une par- tie de la chaleur conservée dans le rotor peut être éva- cuée avant pénétration dans la zone de séchage par dispo- sition, entre la zone de régénération et la zone de séchage, d'une zone de refroidissement dans laquelle le rotor est refroidi par un petit courant d'air Le rôle principal de cette disposition est habituellement d'assurer le re- froidissement du rotor afin qu'il n'échauffe pas l'air de séchage de manière superflue La chaleur prélevée par l'air de refroidissement peut être récupérée par mélange avec l'air de régénération, mais cette caractéristique nécessite des dispositions spéciales sous forme d'un ven- tilateur supplémentaire ou d'un type quelconque dé dis- positif de réduction, rendant complexe et coûteux le dis- positif global. L'invention-concerne essentiellement un procédé et un dispositif de séchage de gaz tel que l'air de régé- nération prelève une plus grande quantité d'humiidité par unité de poids que dans les échangeurs classiques d'humi- dité de ce type Elle concerne aussi le refroidissement du lit du rotor avant qu'il ne pénètre dans la zone de séchage, lorsqu'il a quitté la zone de régénération, sans que des dispositifs particuliers tels que-des ventilateurs ou des-dispositifs de réduction soient nécessaires dans l'échangeur. z Plus précisément, selon l'invention, le gaz de régénération, après circulation dans le lit, recircule sans traverser le lit et, après chauffage supplémentaire, passe à travers le lit par au moins une zone supplémentaire de régénération. L'échangeur d'humidité destiné à-la mise en oeuvre de ce procédé comporte un circuit qui comprend des conduits destinés à faire recirculer le gaz de régé- nération, après un premier passage dans le rotor, sans qu'il revienne dans le lit, le gaz de régénération étant renvoyé dans le rotor par au moins une zone supplémentaire de régénération, un dispositif de chauffage assurant le chauffage du gaz de régénération avant qu'il ne pénètre à nouveau dans le rotor. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur laquelle la figure unique représente un mode de réalisation avantageux de dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, cette figure étant un schéma éclaté en pers- pective représentant les principaux éléments du dispositif de séchage ou de l'échangeur d'humidité destiné à la mise en oeuvre du procédé de séchage selon l'invention. Dans la description qui suit, le dispositif de séchage est décrit en référence au séchage d'air humide, et on suppose que le gaz de régénération est aussi de l'air, bien que l'invention ne soit évidemment pas limitée à une telle caractéristique. La figure ne représente que les parties essen- tielles du dispositif, les éléments tels que lé bo 5 tier et les ventilateurs qui assurent la circulation de l'air étant supprimés par raison de clarté Ainsi, le dispositif de séchage comporte un rotor 10 de séchage par régénération contenant un lit qui peut être formé par exemple de minces feuilles planes et ondulées qui alternent, formées d'une matière convenable, notamment métallique, par exemple d'aluminium, de fibres de verre ou analogues La matière a elle-même l'aptitude de prélever l'humidité et/ou elle est imprégnée d'une substance hygroscopique telle que le chlorure de lithium, ou d'une matière solide de sorbption telle que des tamis moléculaires ou analogues Les feuilles planes et ondulées qui alternent sont enroulées en spirale les unes sur les autres afin qu'elles forment un corps 25188 95 de rotor 10 qui-contient ainsi un grand nombre de conduits axiaux qui débouchent aux deux faces d'extrémités du ro- tor Dans le mode de réalisation représenté, le rotor - a un moyeu central creux ou cavité cylindrique 12, dans - un but décrit dans la suite Le rotor 10 est monté de manière qu'il puisse tourner dans le boîtier (non repré- senté) par exemple par support de sa circonférence externe par des rouleaux, et il-est entraîné à faible vitesse dans le sens de rotation indiqué par les flèches, à l'aide par exemple d'une courroie sans fin entraînée par un moteur et passant à sa circonférence. Le courant d'air à sécher, appelé courant prin- cipal d'air, traverse le rotor 10 de gauche à droite sur la figure comme indiqué par les flèches 14 L'air 14 cir cule dans la zone de séchage du rotor 10 par exemple sous la commande d'un dispositif à ventilateur (non représenté). Apres la zone de séchage, dans le sens de rotation du rotor 10, une zone de régénération est disposée et, dans celle-ci, l'humidité prélevée par le rotor 10 est chassée par de l'air préchauffé de régénération. Selon l'invention, les zones de régénération et de refroidissement sont réalisées de la manière sui- vante: le courant d'air pénétrant comme indiqué par la flèche 16 est divisé en deux courants 18, 20, un premier courant 18, qui a été préchauffé par le dispositif 22 de chauffage, jouant le rôle du gaz de régénération, tra- versant le rotor 10, alors que l'autre courant 20, qui joue le rôle d'un gaz de refroidissement, passe dans le rotor 10 sans être chauffé après le courant chauffé 18, compte tenu du sens de rotation. Le rotor 10 est divisé en une zone de régénéra- tion, une zone de refroidissement et une zone de séchage par un capuchon 24 d'extrémité muni de cloisons 26 a-26 d,- d'une manière bien connue dans la technique. Le courant 20 utilisé comme matière de refroi- dissement et qui refroidit le lit du rotor avant que le lit ne pénètre dans la zone de séchage, est chauffé pendant son passage à travers le rotor 10 et l'air ainsi chauffé est rassemblé au courant d'air 18 de régénération après le passage de celui-ci à travers le rotor Les courants 18, 20 se mélangent ensuite en formant un courant unique 32 d'air dans un conduit 30 formé dans un capuchon 28 d'extrémité du côté gauche du rotor 10 sur la figure. Le conduit 30 renvoie alors ce courant d'air et le fait circuler dans le moyeu ou dans l'espace cylindrique 12 du rotor 10 Le courant 32 qui recircule, par circulation dans le moyeu 12, est chauffé par un dispositif 34 repré- senté schématiquement sous forme d'un serpentin de chauf- fage et qui de préférence placé à l'intérieur du moyeu creux 12 Le courant d'air 32 ainsi chauffé est renvoyé à la face droite d'extrémité du rotor 10 sur la figure par un conduit 36 formé dans le capuchon 24 et il circule dans le rotor 10 par une autre zone de régénération déli- mitée par les cloisons 26 a et 26 b du capuchon 24 Cette seconde zone de régénération, considérée dans le sens de rotation du rotor 10, se trouve en amont de la première zone de régénération qui est délimitée par les cloisons 26 b et 26 d du capuchon 24 d'extrémité. Le rôle de la circulation du courant d'air de régénération dans le rotor plus d'une fois, par exemple deux fois (courants d'air 18 et 32) dans cet exemple est de provoquer un prélèvement d'une plus grande quantité d'humidité par kilogramme que dans un dispositif classique de séchage dans lequel l'air de régénération ne passe qu'une seule fois dans le rotor. Si l'on suppose à titre illustratif qu'on veut sécher de l'air à 00 C et 50 % d'humidité relative et que -l'air de régénération est dans les mêmes conditions, l'uti- lisation d'un procédé classique de régénération (en une seule étape) permet de chauffer l'air de régénération à 700 C par exemple Théoriquement, cet air de régénération peut alors atteindre une température de sortie de 340 C et une humidité relative de 50 %, sa teneur en humidité augmentant d'environ 2 g/kg à 17 g/kg. Si au contraire on divise par deux le volume d'air de régénération mais on transmet la même quantité de chaleur divisée également entre les deux étapes consé- cutives, la première étape correspond pratiquement au procédé classique de séchage décrit précédemment Cet air qui est alors à une température de 340 C comme pré- cédemment, est à nouveau chauffé de 70 'C à 104 'C et cir- cule dans le rotor, et il laisse celui-ci cette fois à une température de 51 'C avec une teneur en humidité de 41 g/kg Dans la seconde étape de séchage, l'air de régéné- ration prélève 41 17 = 24 g et en conséquence,-avec l'air de régénération, il prélève 41 2 39 g/kg au lieu de 15 g comme dans le cas classique Ainsi, l'air de régénération prélève plus de 2 x 15 g/kg, et le dispo- sitif de séchage a donc une plus grande capacité ou donne une meilleure rentabilité dans l'installation qui comporte plusieurs étapes successives de régénération. Dans le cas d'une -régénération en une seule étape, on peut considérer, en théorie, le chauffage d'un courant d'air de régénération ayant un volume moitié à 'C, en une seule étape Cependant, ceci provoque des pertes importantes dues à la partie de la chaleur de régé- nération qui est conservée dans le lit du rotor lors de la régénération et qui passe avec le rotor dans la zone de séchage et y est entraînée Etant donné ces pertes, il n'est-pas intéressant de chauffer un courant réduit d'air de régénération à la température de 1400 C considérée dans cet exemple. Dans une régénération en deux étapes selon l'in- vention d'autre part, la température est maintenue à une valeur plus fable de 70 'C dans la première étape et de 104 WC dans la seconde étape En conséquence, au total, la température du rotor et en conséquence la quantité de chaleur perdue dans l'air de séchage sont considéra-_ blement plus faibles que dans le cas de 140 WC si bien qu'on peut encore obtenir une augmentation de capacité ou une meilleure rentabilité par rapport au procédé clas- 22518895- sique de régénération, la température de 700 C étant con- sidérée dans cet exemple. Une régénération en deux ou plusieurs étapes (comme indiqué précédemment) présente aussi des avantages essentiels car l'air de refroidissement 20 peut être chassé par le même ventilateur et sans perte de charge supplémen- taire dans le rotor parallèlement à l'air 18 de la première étape de régénération, afin qu'il soit ensuite mélangé à ce dernier en formant le courant d'air 32 et en étant chauffé d'une manière supplémentaire avant la seconde étape de régénération De cette manière, la chaleur fournie par le rotor dans la zone de refroidissement est récupérée et utilisée à l'avantage du processus de régénération sans que des ventilateurs supplémentaires, des dispositifs de réduction supplémentaires ou des dispositifs analogues supplémentaires soient nécessaires pour le renvoi de l'air de refroidissement-dans la zone de régénération comme dans les dispositifs classiques de séchage par régénération à une seule étape. L'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté, mais peut donner lieu à des variantes dans son cadre Ainsi, la recirculation de l'air vers la seconde étape de régénération peut être réalisée à l'extérieur du rotor et non par le moyeu 12, mais la configuration représentée permet une construction compacte et réduit au maximum les trajets de circulation. REVENDICATIONS 1 Procédé de séchage d'un gaz, selon lequel un- courant principal circule dans une zone de séchage d'un échangeur d'humidité à régénération ayant un corps ( 10) contenant un lit absorbant l'humidité, ce lit étant mis en contact, après la zone de séchage, avec une zone de régénération dans laquelle un gaz de régénération, chauffé- en dehors du corps ( 10) circule dans le lit à contre- courant du courant principal, caractérisé en ce que le gaz de régénération, après circulation dans le lit, recir-' cule sans passage à travers le lit et, après chauffage supplémentaire, circule à travers le lit par'au moins une zone supplémentaire de régénération. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de régénération circule dans le lit par une ou plusieurs zones supplémentaires de régénération avant, la première zone indiquée de régénération. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un gaz de refroidissement est conduit à travers le lit parallèlement au gaz de régénéra- tion avant que le lit pénètre à nouveau dans la zone de séchage, et le gaz de refroidissement chauffé de cette manière est mélangé au gaz de régénération provenant de la première zone indiquée de régénération avant 'que le gaz de régénération soit à nouveau chauffé et pénètre dans la zone ou les zones supplémentaires de régénération. 4 Procédé selon l'une quelconque'des revendications 1 à 3, caractérisé en ce-que le gaz de régénération pro- venant de la première zone de régénération recircule dans au moins un conduit séparé formé dans l'échangeur d'humi- dité. Echangeur d'humidité destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, du type qui Comprend un corps d'échangeur d'humidité sous forme d'un rotor ( 10) tournant de façon continue et contenant un lit absorbant contenant des conduits par lesquels un gaz est dirigé entre deux faces d'extrémités ( 24, 28) du rotor, et un dispositif formant des cloisons ( 26 a-26 d, 30) qui divisent lesdites faces en zones de séchage et de régénération en forme de secteur, le gaz ( 14) à sécher étant conduit à travers la zone de séchage et un gaz préchauffé de régénération ( 18) étant conduit à travers la zone de régénération, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit formé par des conduits ( 30, 26 a, 26 b) de recirculation du gaz de régénération ( 18), après son premier passage à travers le rotor ( 10), sans passage en sens inverse à travers le lit, et destiné a diriger à nouveau le gaz de régénération à travers le rotor par au moins une zone supplémentaire de régénération ( 26 a, 26 b), un dispositif de chauffage ( 34) étant disposé de manière qu'il chauffe le gaz de régénération avant sa nouvelle entrée dans le rotor ( 10). 6 Echangeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rotor cylindrique ( 10) d'échange d'humidité a un moyeu creux ( 12) par lequel le gaz de régénération recircule avant son entrée dans la zone supplémentaire de régénération ( 26 a, 26 b). 7 Echangeur selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif ( 26 c, 26 d) formant des cloisons destinées à délimiter une zone de refroidissement dans laquelle un gaz de refroidissement ( 20) est dirigé à travers le rotor ( 10) en amont de la zone de séchage dans le sens de rotation de celle-ci, et du dispositif à conduit 130) afin que le gaz de refroi- dissement ( 20) et le gaz de régénération ( 18) provenant- de la première zone indiquée de régénération soient mélangés.