Brevet FR2541760A1 — publié le 19840831

Séchoir chauffé par énergoe solaire et pompe à chaleur. L'invention concerne les séehoirs chauffés par énergie solaire et pompe a chaleur. Elle concerne donc tout à la fois les techniques de séchage par convection, par conduction, ou par une combinaison de la convection et la conduction, ainsi que les techniques d'utilisation de l'énergie solaire, des pompes à chaleur, et d'utilisation combinée de l'énergie solaire et des pompes a chaleur. Dans les installations de séchage les plus courantes, la chaleur nécessaire au séchage est fournie par des sources d'énergie classique, telles que électricité, combustibles divers ou vapeur. Depuis le développement des économies dsénergie on a été conduit a utiliser de l'énergie solaire, des pompes à chaleur ou une combinaison des deux. Cependant, aucun essai nna encore donné satisfaction, notamment sur le plan de la rentabilité écono unique, En effet, les capteurs solaires sont onéreux et les pompes à chaleur, également onéreuses, ont des coefficients de performance insuffisants avec les techniques actuelles d'utilisation conjointe. Pour l'utilisation de 1 'énergie solaire seule il existe actuellement des tours de séchage de grains, fourrages ou autres produits agricoles, qui fonctionnent à l'énergie solaire. Ces tours sont peintes en noir et enveloppées d'une couverture transparente laissant subsister entre elle et les murs un intervalle de quelques centimètres dans lequel circule l'air à chauffer, l'ensemble constituant ainsi un capteur solaire a air. Ltair chaud arrivant au-dessous du toit, lui-meme transparent, est insufflé a travers le produit à sécher.Ce type de séchoir présente l'inconvénient de ne pas pouvoir fonctionner quand le soleil ne brille pas, ce qui en réduit la rentabilité, malgré le faible coût du système de captation de l'énergie solaire et la gratuité de cette énergie. Des séchoirs a pompes à chaleur ont aussi déjà être construits pour sécher en particulier des matériaux de construction. Ils sont tous à circuit fermé : de l'air, chauffé à travers le condenseur de la pompe à chaleur, est soufflé à travers ou sur le produit à sécher où il se charge d'humité. Il traverse ensuite l'évaporateur de la pompe à chaleur où il se trouve asséché et où il restitue la chaleur latente de vaporisation de l'eau du produit séché. Etant donné que l'air circule en circuit fermé, ce mode de fonction nement est difficile à appliquer à des séchoirs fonctionnant en continu, c'est-à-dire -où les produits à sécher sont alimentés et extraits en permanence, et qui sont les plus rentables.De plus, ce mode de fonctionnement en circuit fermé ne permet de récupérer que la chaleur latente de vaporisation de l'eau. On connalt également un- exemple d'utilisation conjointe d'un capteur solaire et d'une pompe à chaleur, illustré sur la fig. 1 annexée. Dans cette installation on a un capteur solaire a chauffant un fluide caloporteur, généralement de l'eau, qui circule entre le capteur solaire a et un échangeur b dans lequel les calories sont reprises par l'évaporateur c d'une pompe à chaleur d dont le condenseur e assure le chauffage de espace à chauffer, qui n'est pas forcément un séchoir. Cependant, le but essentiel de cette combinaison n'est pas de réaliser une installation à fonctionnement permanent, mais uniquement d'améliorer le rendement du capteur solaire a.En effet, comme le fluide caloporteur qui arr-ive à la base du capteur a a été refroidi en b par le circuit de la pompe à chaleur, la température moyenne dans le capteur a est plus faible, et le rendement en est amélioré. Par contre, lorsque le soleil ne brille pas suffisamment, l'installation ne peut pas fonctionner faute de pouvoir en régénérer la source froide de la pompe à chaleur. te but de l'invention est de réaliser un séchoir combinant un capteur solaire et une pompe à chaleur de telle manière que le rendement énergétique se trouve amélioré par rapport aux installations existantes, et que la rentabilité soit également améliore grâce à un fonctionnement permanent, même lorsque l'rapport solaire est faible ou nul. L'invention consiste à prélever de lvair-ambiant et le faire circuler en circuit ouvert pour passer successivement à travers un capteur solaire à air qui le préchauffe dans la mesure de ses possibilités, puis dans l'enceinte contenant le produit à chauffer et dans laquelle l'air ou le produit ou les deux se trouvent chauffés par le condenseur d'une pompe à chaleur, 17air ainsi chargé d'humidité passant ensuite par l'évaporateur de la pompe à chaleur qui le refroidit jusqu'à une température inférieure à sa température de prélevement, et de préférence proche de la température de givrage. D'autres particularités de l'invention apparaltront dans la description qui- va suivre de divers modes de réalisation pris comme exemple et repré sentés sur le dessin annexé, sur lequel : la fig. 1, comme exposé plus haut, illustré un des états de la technique; la fig. 2 représente schematiquenent un séchoir à convection seul; la fig. 3 un séchoir à convection et conduction; la fig. 4 un autre exemple de séchoir à convection seule, de type cylindrique; et la fig. 5 un autre exemple de séchoir à convection et à conduction. Dans l'exemple de la fig. 2, l'air ambiant est aspiré à travers un capteur solaire à air 1 dans lequel il s'échauffe dans la mesure des possibilités de ce capteur, c'est-à-dire selon l'efficacité du capteur et lsintensité du soleil. Il est ensuite refoulé par un ventilateur 2 successivement à travers le condenseur 3 d'une pompe à chaleur 4 et à travers la matière à sécher 5. I1 traverse ensuite l'évaporateur -6 de la pompe à chaleur où la vapeur d'eau, provenant en particulier de la matière séchée, se condense et où la température de l'air est abaissée aux environs de O0Ç. Dans l'exemple de réalisation de la fig. 3, on retrouve les même éléments que précédemment à la seule différence que le condenseur 3a de la pompe à chaleur 4, au lieu de compléter le chauffage de l'air, chauffe par conduc tion la matière à sécher 5. Il est bien sûr possible d'envisager en variante qu'une partie du condenseur chauffe l'air tandis qu'une autre partie chauffe directement la matière à sécher. Dans les deux cas, on part donc de l'air à la température ambiante que l'on préchauffe dans le capteur solaire 1, lequel fournit-un appoint de chaleur dans la mesure où le soleil brille, tandis qu'à la sortie, non seulement la vapeur d'eau se trouve condensée et extraite en 7 après récupération de sa chaleur latente de vaporisation, mais en outre l'air est rejeté en 8 à l'atmosphère à une température inférieure à sa température d'entrée après que l'installation ait par conséquent récupéré également la chaleur sensible de cet air entre sa température d'entrée et celle de sortie. On voit ainsi que gracie à l'inventions non seulement le rendement énergétique est amélioré, mais en outre l'installation peut fonctionner même lorsque l'intensité du soleil est faible ou nulle. L'invention, notamment le mode de réalisation à convection seule de la fig. 2, peut s' appliquer particulièrement à une tour cylindrique de séchage à l'énergie solaire analogue à celle décrite plus haut et représentée sur la fig. 4. te dispositif se compose d'un mur cylindriqne 9 terminé à la partie inférieure par une trémie 10 et à la partie supérieure par un plafond 11, le tout étant recouvert extérieurement d'une peinture noire ou d'un revêtement approprié absorbant l'énergie solaire. L'ensemble est doublé extérieurement d'une enveloppe 12 et d'une couverture 13 transparentes laissant subsister en particulier un espace d'air de quelques centimètres entre le mur 9 et l'enveloppe 12.L'air extérieur pénètre par la périphérie à la base de l'enveloppe cylindrique 12 et s'échauffe en passant en contact notamment de la paroi 9 pour s'accumuler dans l'espace compris entre la couverture 13 et le plafond 11, lequel continu à le chauffer. Il est alors- repris au sommet de cet espace par une canalisation 14 qui le conduit au bas du silo dans la trémie 10 en s'échauffant au passage dans une chambre 15 qui comporte le condenseur 16 de la pompe à chaleur 17 et un ventilateur de refoulement 18. Une autre canalisation 19 récupère l'air humifié à la partie supérieure du-silo et le conduit surl'évaporateur 20 de la pompe à chaleur qui le refroidit comme précédemment jusqu' à une température relativement basse. L'intérieur du silo est cloisonné à l'aide de plateaux de séchage disposés de telle manière que la matière, distribuée par une trémie supérieure 21 et évacuée par la base 22 de la trémie 10, puisse découler de plateau en plateau par des déplacements alternativement centrifuges et centripètes réalisés par exemple au moyen de bras rotatifs à raclettes non représentés. La matière ainsi étalée sur une grande surface et circulant en continu se trouve dessé chée par l'air chaud qui circule en sens inverse. Ce séchoir convient- particulièrement bien pour le séchage du corps granuleux tel que les céréales. D'autre part, l'utilisation du toit comme capteur solaire est particulièrement adaptée aux pays tropicaux où le soleil est généralement pro.che de la verticale à midi. Au contraire pour les pays éloignés de l'équateur, c'est un mur vertical qui sera plus particulièrement adapté à la saison d'hiver. Un dernier mode de réalisation représenté sur la fig. 5 constitue un séchoir à convection et à conduction du type tunnel. On y retrouve les mimes éléments que dans l'exemple de la fig. 3, représentés par les mêmes références, l'air circulant ici de la gauche vers la droite de la figure comme représenté par la flèche 23, tandis que la matière à sécher 5a circule a volonté dans le meme sens ou en sens inverse sur un convoyeur approprié 24, par exemple du type à bande, à raclettes ou à vis d'Archimède, dont le fond est chauffé par le condenseur 3a de la pompe à chaleur. Les capteurs solaires à air 1 peuvent servir de toit à l'iústallation, et ils sont plus ou moins inclinés en direc- tion de l'équateur selon la latitude du lieu d'implantation du séchoir afin d'assurer la captation maximum d'énergie solaire. Ce séchoir convient particulièrement aux corps pâteux, pulvérulents, granuleux ou fibreux,. en particulier des produits ou sou-s-produits de l'agriculture ou de l'industrie agro-alimentaire. REVENDICATIONS 1. Séchoir à chauffage par pompe à chaleur avec apport variable d'énergie solaire, caractérisé par le fait qu'il comporte un circuit d'air ouvert, allant d'une entrée d'air ambiant vers une sortie (8) à l'atmosphère, en passant successivement par - un capteur solaire à air (1) qui préchauffe cet air d'une manière optimale selon les possibilités de ce cap-teur; - une chambre de séchage dans laquelle les matières à sécher (5, 5a) se trouvent chauffées directement par conduction à partir du condenseur (3a) de la pompe à chaleur (4), ou indirectement par convection à partir du condenseur (3) de cette pompe à chaleur, ou encore d'une manière mixte;; - puis par l'évaporateur (6) de la pompe à chaleur qui refroidit cet air humidifié jusqu'à une température très basse, de l'ordre de OOC, afin de récupérer à la fois la chaleur latente de vaporisation de liteau et la chaleur sensible de l'air jusqu a une température de sortie inférieure à la température d'entrée. 2. Séchoir selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les matières à sécher (5, 5a) circulent en continu dans la chambre de séchage, à contre courant ou à courants parallèles par rapport à l'air. 3. Séchoir selon la revendication 2, du type à chauffage par convection, caractérisé par le fait qu'il comporte une tour à plateaux et raclettes dont les murs (9) et le toit (11) sont recouverts d'un revêtement absorbant le rayonnement solaire et enveloppés d'une couverture transparente (12, 13) qui laisse subsister entre elle et les murs un espace d'air de manière à constituer le capteur solaire à air proprement dit en même temps que la protection de ltensemble de l'installation. 4. Séchoir selon une des revendications 1 et 2, du type à conduction ou mixte caractérisé par le fait qu'il comporte un tunnel muni d'un convoyeur approprié (24) dont le fond est chauffé par le condenseur (3a) de la pompe -à chaleur et dont le toit constitue le capteur solaire à air (1).