Brevet FR2535445A1 — publié le 19840504

Installation de séchage. La présente invention se rapporte aux installations de séchage. Certains produits, notamment ceux de l'agriculture; comme les céréales, le mais, les fourrages, lespulpes, le bois coupé, sont récoltés à des taux d'humidité élevés, souvent variables selon les conditions météorologiques du moment de leur récolte. I1 est nécessaire de les sécher, pour assurer leur bonne conservation et leur commercialisation. Le séchage de ces produits diffère donc d'une année à l'autre en raison des conditions de la récolte. D'autre part le séchage doit être opéré rapidement : pour certains produits au début du stockage et pour d'autres, tels que le mals, avant même de les stocker, car l'ensilage des grains très humides provoque immédiatement la fermentation, d'où l'échauffement aux conséquences très dangereuses. Il existe des séchoirs pour ces produits, dont le principe est de brûler des hydrocarbures (fuel ou gaz) et de sécher le grain par des gaz chauds obtenus par le mélange des gaz de combustion avec de l'air ambiant. Ce procédé n'est pas économique au point de vue énergie, car il évacue dans l'atmosphère l'air sortant du séchoir, enrichi", au point de vue énergétique, par l'évaporation de l'humidité 'du grain. La pompe à chaleur constituée par une machine frigorifique est plus économique, au point de vue énergie, car elle permet de récupérer intégralement la chaleur fournie pour évaporer l'humidité du grain. I1 est ainsi possible de faire fonctionner le processus sans fournir d'autre énergie que celle qui est nécessaire pour entraîner le compresseur frigorifique. Cependant la généralisation du séchage par la pompe à chaleur se heurte à des difficultés économiques. En effet, le coût d'investissement d'une pom- pe à chaleur est élevé par rapport à une simple chambre de combustion d'hydrocarbures. D'autre part, l'opération de séchage d'un produit doit se faire rapidement, elle dépasse rarement quelques mois d'utilisation du séchoir. I1 en résulte un amortissement d'investissement de la pompe à chaleur dont la durée est trop importante dans l'économie contemporaine. L'objet de la présente invention est donc, d'une part, d'améliorer le rendement de la pompe à chaleur et, d'autre part, de permettre son utilisation polyvalente sur plusieurs produits ou en association avec des séchoirs exploités dans l'industrie. L'installation de séchage suivant l'invention comprend une enceinte pour le produit à sécher, dans laquelle débouchent un conduit d'entrée communiquant avec une prise d'air neuf et un conduit de sortie se subdivisant hors de l'enceinte en une première branche pouvant déboucher à l'atmosphère et en une seconde branche recyclant l'air, et une pompe à chaleur ayant successivement sur un circuit de fluide frigorigène un évaporateur, un compresseur , un conden Seur.- ,et un sousrefroidisseur de liquide.Elle est caractérisée en ce qu'elle comprend, interposé entre la seconde branche et le conduit d'entrée, un caisson dans lequel sont logés d'amont en aval suivant le sens de passage de l'air, l'évaporateur et le condenseur , la prise d'air neuf débouchant dans le caisson de manière à ce que l'air recyclé soit en contact d'échange thermique avec l'évaporateur et à ce que le mélange d'air neuf et d'air recyclé soit en contact d'échange thermique avec le condenseur. Pour récupérer toute l'enthalpie de l'air chargé d'humidité, il faut le recycler sur le séchoir. C'est aussi la condition d'un fonctionnement indépendant des variations météorologiques. Cependant, il y a excès de calories dû au travail de la compression du fluide frigorigène et des récupérations opérés sur le-moteur thermique si la pompe à chaleur est entraînée par un tel moteur (gaz ou diésel). Cet excès doit être évacué à l'exte- rieur pour que l'équilibre du séchoir soit assuré. C'est pourquoi, suivant un perfectionnement, il est prévu un dispositif pour augmenter le débit dans la prise d'air neuf quand la température de l'air dans la seconde branche s'élève, et unr.toyen par surpression pour ouvrir la première branche à l'atmosphère quand le débit dans la prise d'air neuf augmente. La pompe à chaleur entraînée par moteur thermique (gaz ou diésel) présente la meilleure utilisation de l'énergie, si on tient compte du rendement de la production et de la distribution d'électricité. Il faut pour cela récupérer toute la chaleur habituellement perdue par des moteurs thermiques, c'est-à-dire celle de refroidissement des cylindres et celle des gaz brulés. Dans le cas du moteur à gaz, les gaz brûlés peuvent être injectés dans l'air de séchage, au moyen d'une tuyère, qui assure leur mélange intime avec cet air. D'autre part, s'il y a plusieurs moteurs thermiques, il est préférable d'intégrer la chaleur de l'eau des cylindres et celle des gaz brûlés dans la partie ou se termine le séchage. En effet le niveau de températures ainsi atteint est largement supérieur à celui que peut produire la pompe à chaleur. Il est donc intéressant de terminer la séchage avec de l'air le plus chaud. C'est pourquoi 1' installation suivant l'invention, à -moteur thermique d'entrainement du compresseur de la pompe à chaléur., est caractérisuée par un dispositif d'injection des gaz brûlés du moteur dans le circuit pour l'air entre le condenseur et l'enceinte etZou un échangeur de chaleur monté sur le circuit de l'air dans-le caisson entre le condenseur et l'enceinte et alimenté par l'eau de refroidissement des -cylindres du moteur. Suivant une variante pour une installation de séchage comprenant un premier étage de séchage suivi d'un second étage de séchage plus poussé, le premier étage comprend une enceinte dans laquelle débouche un conduit d'entrée communiquant avec une prise d'air neuf par l'intermédiaire d'un caisson et un conduit de sortie se subdivisant hors de l'enceinte en une première. branche pouvant déboucher à 1 'atmos- phère et en une seconde branche ramenant l'air à l'entrée du caisson et une pompe à chaleur ayant un moteur thermique d'entrat ment de son compresseur et ayant un évaporateur qui est logé dans le caisson et qui échange de la chaleur avec l'air qui arrive par la seconde branche, et le second étage comprend des éléments semblables au premier si ce n'est que la première branche du conduit de sortie du second étage débouche non à l'extérieur mais dans le conduit d'entrée du premier étage, et il est prévu des moyens amenant les gaz brûlés des moteurs des compresseurs des deux étages au conduit d'entréé du second étage. I1 est intéressant de déplacer le séchoir avec ses machines, au lieu de transporter les produits à sécher, qui sont beaucoup plus volumineux. On peut ainsi programmer une campagne de séchage de longue durée et opérer par exemple à la réception des organismes de stockage. Dans ce cas, l'installation comprend deux parties mobiles : le séchoir proprement dit ou enceinte qui reçoit les produits à sécher, et les machines de traitement d'air par pompe à chaleur entraînée par un moteur thermique (gaz ou diésel). Un autre cas est celui d'une installation de séchage industriel qui a des disponibilités pour traiter des produits agricoles. Cette installation se présente toujours sous forme d'un tunnel de séchage, équipé de machines pour déshumidifier.l'air. I1 s'agit alors d'adapter, pour le tunnel, des dispositifs permettant d'exposer le grain à l'action de l'air sec. Dans un tunnel les produits sont présentés sur un chariot, qui se déplace de temps en temps depuis l'entrée jusqu'à la sortie du tunnel. Le chariot pour les produits agricoles doit présenter trois caractéristiques : - facilité de remplissage en grain, - facilité de vidange du grain, - pénétration de l'air sec au coeur du grain traité. L'invention vise à -cet effet un chariot à châssis portant une caisse grillagée caractérisée par un dispositif d'insufflation d'air dans la caisse, qui est monté sur le châssis. De préférence, le dispositif d'insufflation comprend un conduit d'insufflation à moto-ventilateur monté sur la caisse et communiquant avec un diffuseur s'étendant dans un plan médiateur de la caisse, avantageusement suivant la direction longitudinale du chariot. I1 peut être nécessaire de contrôler et de limiter la température à laquelle on. sèche le produit. Ce contrôle peut être exigé par la nature du produit séché, Si celui-ci ne supporte pas une température élevée. Quand il s'agit de produits agricoles, horti coles-ou autres produits vivants, on peut obtenir la stabilisation du lot (empêcher la fermentation) en abaissant la température. Si, par exemple, le séchage dure plusieurs mois, il est souhaitable de refroidir les lots qui seront séchés les-derniers. I1 peut arriver également que le séchage s'opère dans une enceinte où travaillent des ouvriers, ce qui est, par exemple, le cas de l'industrie céramique. Dans ce cas, il est intéressant d'avoir deux régimes de fonctionnement. 1 ) de jour, pendant la présence des ouvriers, quand les conditions de travail doivent être acceptables, 20) de nuit, hors de la présence des ouvriers, on peut choisir les conditions optimum du séchage. La différence entre les deux régimes est le rejet à l'extérieur d'une partie de la chaleur récupérée. L'invention propose à cet effet une installation de séchage comprenant une enceinte pour le produit à sécher, dans laquelle débouchent un conduit d'entrée communiquant avec une prise d'air neuf et un conduit de sortie, et une pompe à chaleur ayant sur un circuit de fluide frigorigène un condenseur principal, caractérisée en ce que le condenseur principal est logé dans un caisson interposé entre les conduits d'entrée et de sortie, la pompe à chaleur comprend un condenseur auxiliaire en dehors du caisson et il est prévu des moyens pour court-circuiter le condenseur auxiliaire ou pour le monter en série avec le condenseur principal en amont de celui-ci sur le circuit du fluide frigorigène de la pompe à chaleur. De préférence, des ventilateurs refroidissent le condenseur auxiliaire. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple la figure 1 est un schéma d'une installation de séchage suivant l'invention, la figure 2 est un schéma d'une installation de séchage suivant l'invention à plusieurs étages, les figures 3 et 4 sont des vues en élévation et de côté d'un chariot de séchage suivant l'invention, et la figure 5 est un schéma d'une installation suivant l'invention à condenseur auxiliaire. Dans les figures 1 et 5 le circuit du fluide frigorigène est représenté en traits gras fléchés. Dans l'installation suivant la figure 1, le séchoir ou enceinte 1 se trouve dans le circuit d'air qui est pulsé par un ventilateur 2, après avoir subi un traitement dans un caisson 3 étanche à l'air. La pompe à chaleur est constituée par un compresseur de fluide frigorigène 4, entrainé par un moteur thermique 5. La source froide est l'évapora- teur 6, échangeur placé à l'entrée-du caisson 3 uniquement dans le circuit d'air recyclé qui est séparé ae l'arrivée d'air neuf par une cloison au début du caisson 3. La source chaude est le condenseur 7, qui reçoit lui un mélange d'air neuf et d'air recyclé. Un échangeur 8 alimenté en eau de refroidissement des cylindres du moteur 5, suit le condenseur 7 dans le caisson 3q Dans la prise d'air neuf 9 ou de préférence dans la partie du caisson 3 où elle débouche, se trouve un échangeur 10, dans lequel le fluide frigorigène, liquéfié dans le condenseur 7, est refroidi par l'air neuf endessous de la température de condensation.Ce sous-refroidissement augmente la production frigorifique de 30 à 50 %. A l'entrée d'air neuf se trouve un registre il mû par un moteur 12. Ce moteur est commandé par un régulateur 13 qui contrôle la température d'air recyclé au moyen de la sonde 14. L'air sortant du caisson 3 entre dans l'enceinte 1 par un conduit d'entrée 15, en ressort par un conduit de sortie 16 se subdivisant en une première branche 17 allant à l'atmosphère par un orifice 18 et en une seconde branche 19 débouchant à l'entrée du caisson 3. La température dans l'enceinte est toujours supérieure à la température ambiante. Quand la température de l'enceinte s'élève, le régulateur 13 augmente l'ouverture d'admission d'air neuf et provoque le rejet par surpression de l'air saturé d'humidité par l'orifice 18. Ce dispositif assure ainsi l'équilibre thermique du système et présente deux avantages - l'augmentation du débit d'air neuf améliore le sous-refroidissement du liquide et le rendement de la pompe à chaleur, - la chaleur excédentaire s'évacue à l'en droit où l'air contient beaucoup d'humidité; le séchage s'accélère. Enfin une sonde d'hygromètre 20 indique le degré hygrométrique de l'air sortant. Cette sonde est étaLonnée pour donner un signal sonore et lumineux indiquant que le taux d'humidité final du produit est atteint. La figure 2 représente l'application du dispositif à un séchoir à grain ayant-un premier étage de séchage 21, un deuxième étage 22 et un étage de refroidissement du grain sec 23. Le grain à sécher arrive par la trémie 24 et sort sec par la trémie 25. L'air qui véhicule l'humidité est injecté dans l'étage 21 par la gaine 26 et repris par la gaine 27. Il est ensuite recyclé, reçoit un appoint d'air neuf par la prise d'air neuf 28, déshumidifié dans le caisson de traitement 29 et réinjecté par le ventilateur 30 dans la gaine 26. Le même circuit est établi à l'étage 22 avec les éléments 26', 27', 28', 29' et 30'. Toutefois l'eau des cylindres des deux moteurs 32 et 32' des compresseurs des pompes à chaleur associées à chaque étage, qui est à 850C, est collectée vers l'échangeur 31' qui se trouve dans le caisson 29'. D'autre part, les gaz brûlés, s'il s'agit des moteurs à gaz, sont collectés dans une tuyauterie et injectés au refoulement du ventilateur 30' dans une tuyère 35. Pour rétablir l'équilibre thermique des deux étages, une tuyauterie 36 d'évacuation d'air chaud sortant de l'étage 22 l'injecte dans l'aspiration du ventilateur 30. Ceci provoque l'évacuation, par suppression, d'une quantité équivalente d'air saturé d'humidité par la sortie 37. Les figures 3 et 4 représentent un chariot 41 monté sur quatre roues et-équipé pour sécher le grain. Sur son châssis 42 se trouve une caisse métallique 43 avec pourtour grillagé fixé sur les montantes, ce qui retient le grain et permet à l'air de passer. Un moto-ventilateur 44 est monté sur la gaine 43 et communique avec une gaine de soufflage 45. Celle-ci communique avec un diffuseur 46 en tôle perforée dont les trous diffusent l'air dans le grain. Le diffuseur 46 s'étend dans le plan médiateur de la caisse 43 suivant la direction longitudinale du chariot. Le chariot est pourvu d'un portillon de vidange 47. Le moteur du ventilateur est alimenté en courant par un câble souple 48. La figure 5 est un schéma d'une installation de séchage permettant le contrôle de la température de soufflage de l'air. L'enceinte 51 est conditionnée par un caisson de traitement d'air 52. A l'entrée de ce caisson, il existe deux flux d'air dans deux tronçons du caisson 52 montés en parallèle - l'air repris 53 traverse un filtre 55, l'évaporateur 56 et le séparateur -des gouttes 57, - l'air neuf 54 traverse le filtre 55 et le sous-refroidisseur de liquide frigorigène 58. Ensuite, les deux flux d'air se mélangent et passent dans le condenseur 59. Le-ventilateur 60 refoule l'air traité vers l'enceinte 51. Font également partie de la pompe à chaleur : le compresseur frigorifique 61, le condenseur extérieur 62, aéré par des ventilateurs 63 et le réservoir de liquide frigorigène 64. La vanne automatique à trois voies 65, qui est télécommandée manuellement ou asservie à un appareil de régulation, opère le changement de régime. Quand on veut baisser la température dans 1 'enceinte 51, la vanne 65 ouvre le passage des gaz frigorigènes comprimés dans la direction a, vers le condenseur extérieur 62. La chaleur est alors évacuée vers l'exté- rieur et le condenseur 59 contribue seulement à sous-refroidir le liquide frigorigène et améliore ainsi le rendement de la machine frigorifique. Quand on veut récupérer entièrement la chaleur de la source chaude, la vanne 65 s'ouvre dans la direction b et vers le condenseur 59 et lue condenseur extérieur 62 est isolé du circuit frigorifique par la vanne 65 et le clapet anti-retour 66 monté sur un conduit mettant les deux condenseurs 59 et 62 en communication. REVENDICATIONS 1. Installation de séchage, comprenant une enceinte (1) pour le produit à sécher, dans laquelle débouchent un conduit d'entrée (15) communiquant avec une prise d'air neuf (9) et un conduit de sortie (16) se subdivisant hors de l'enceinte (1) en une première branche (17) pouvant déboucher à l'atmosphère et en une seconde branche (19) recyclant l'air, et une pompe à chaleur ayant successivement sur un circuit de fluide frigorigène un évaporateur (6), un compresseur (4) et un condenseur (7), caractérisée en ce qu'elle comprend, interposé entre la seconde branche (19) et le conduit d'entrée (15), un caisson (3) dans lequel sont logés d'amont en avai suivant le sens de passage de l'air l'évaporateur (6) et le condenseur (7), la prise d'air neuf (9) débouchant dans le caisson (3) de manière à ce que l'air recyclé soit en contact d'échange thermique avec l'évaporateur (6) et à ce que le mélange d'air neuf et d'air recyclé soit en contact d'échange thermique avec le condenseur (7). 2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée par un échangeur de chaleur (10) qui, sur le circuit de l'air, est interposé entre la prise d'air neuf (9) et le condenseur (7) et, sur le circuit de fluide frigorigène, est interposé entre le condenseur (7) et l'évaporateur (6). 3. Installation suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée par un dispositif (11 à 14) pour augmenter le débit dans la prise d'air neuf (9) quand la température de l'air dans la seconde branche (19) s'élève. 4. Installation suivant la revendication 3, caractérisée par un moyen par surpression pour ouvrir la première branche (17) à l'atmosphère quand le débit dans la prise d'air neuf (9) augmente. 5. Installation suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par une sonde (20) hygrométrique montée sur la première branche (17) et commandant un dispositif avertisseur quand le taux d'humidité devient inférieur à un seuil donné. 6. Installation suivant l'une des revendications 1 à 5, comprenant un moteur thermique (22) d'entraînement du compresseur de la pompe à chaleur, caractérisée par un dispositif d'injection (35) des gaz brûlés du moteur (22) dans le circuit pour l'air entre le condenseur et l'enceinte (22). 7. Installation suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée par un échangeur de chaleur (8) monté sur le circuit de l'air dans le caisson (3) entre le condenseur (7) et l'enceinte (1) et alimenté par l'eau de refroidissement des cylindres du moteur (5) 8. Installation de séchage comprenant un premier étage (21) de séchage suivi d'un second étage de séchage (22) plus poussé, caractérisée en ce que le premier étage (21) comprend une enceinte dans laquelle débouche un conduit d'entrée communiquant avec une prise d'air neuf (28) par l'intermédiaire d'un caisson (29) et un conduit de sortie se subdivisant hors de l'enceinte en une première branche (37) pouvant-déboucher à l'atmosphère et en-une seconde branche ramenant l'air à l'entrée du caisson (29) et une pompe à chaleur ayant un moteur (32) d'entraînement de son compresseur et ayant un évaporateur qui est logé dans le caisson et qui échange de la chaleur avec l'air qui arrive par la seconde branche, et le second étage (23) comprend des éléments semblables au premier si ce n'est que la première branche (36) du conduit de sortie du second étage (22) débouche non à l'extérieur mais dans le conduit d'entrée du premier étage (21), et il est prévu des moyens (35) amenant les gaz brûlés des moteurs (32, 32') des compresseurs des deux étages (21, 22) au conduit d'entrée du second étage (22)-. 9. Installation de séchage comprenant une enceinte (51) pour le produit à sécher, dans laquelle débouchent un conduit d'entrée communiquant avec une prise d'air neuf (54) et un conduit de sortie (53), une pompe à chaleur ayant sur un circuit de fluide frigorigène un condenseur principal (59), caractérisée en ce que le condenseur principal (59) est logé dans un caisson (52) interposé entre les conduits d'entrée et de-sortie, la pompe à chaleur comprend un condenseur auxiliaire (62)en dehors du caisson (52) et il est prévu des moyens pour court-circuiter le condenseur auxiliaire (62) ou pour le monter en série avec le condenseur principal (59) en amont de celui-ci sur le circuit du fluide frigorigène de la pompe à chaleur. 10. Installation suivant la revendication 9, caractérisée par des ventilateurs (63) refroidissant le condenseur auxiliaire (62). 11. Installation suivant la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que lesdits moyens comprennent une vanne à trois voies (65) sur un conduit faisant communiquer le compresseur (61) de la pompe à chaleur avec l'un ou l'autre des condenseurs (59, 62) et par un clapet anti-retour (66) monté sur un conduit faisant communiquer les deux condenseurs (59, 62) et empêchant tout passage dans le sens du condenseur principal (59) au condénseur auxiliaire cr (62) 12. InstallPation suivant l'une des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que la partie du caisson (52) en amont suivant le sens de passage de l'air est subdivisée en deux tronçons montés en parallèle, l'un qut communique avec la sortie (53) de l'enceinte (51) et dans lequel est logé l'évaporateur (56) de la pompe à chaleur, l'autre qui communique avec l'entrée d'air neuf (54) et dans lequel est logé un échangeur de chaleur (58) alimenté par le fluide frigorigène condensé. 13. Installation de séchage comprenant une enceinte pour le produit à sécher sur un circuit d'air de séchage et une pompe à chaleur dont l'évapo- rateur est en relation d'échange thermique avec l'air de séchage, caractérisée en ce que tant l'enceinte que la pompe à chaleur sont montées sur des châssis mobiles permettant de les déplacer. 14. Chariot de séchage comprenant un châssis (42) portant une caisse grillagée (43), caractérisé par un dispositif d'insufflation (44 à 46) d'air dans la caisse (43), qui est monté sur le châssis (42). 15. Chariot suivant la revendication 14, caractérisé en ce que le dispositif d'insufflation comprend un conduit d'insufflation (45) à- moto-venti- lateur (44) monté sur la caisse (43) et communiquant avec un diffuseur (46) s'étendant dans un plan médiateur de la caisse (43), avantageusement suivant la direction longitudinale du chariot.