Brevet FR2635855A1 — publié le 19900302

GENERATEUR D'AIR CHAUD A CHAUFFAGE DIRECT POUR SECHOIR A GRAIN L'invention concerne un générateur d'air chaud à chauffage direct pour séchoir à grain. On connais déjà de nombreux types de séchoirs à grain. Dans ces séchoirs, il est nécessaire de prévoir un ou plusieurs générateurs d'air chaud pour alimenter le séchoir en air à une température adéquate, et aux différents niveaux du séchoir afin de sécher le grain dans les meilleures conditions. Dans sa forme la plus rudimentaire (brevet français 2 522 797), le générateur d'air chaud du type à air soufflé, est simplement constitué d'un ventilateur équipé d'une source de chaleur (par exemple résistance électrique ou brûleur à gaz...) et souffle directement l'air chaud à travers une conduite dans le séchoir. Un tel générateur d'air chaud a un rendement thermique extrêmement médiocre et ne procure absolument aucune souplesse d'emploi. Par ailleurs, le courant d'air chaud produit n'est pas homogène ni en température, ni en vitesse. Dans un deuxième type de générateur connu (brevet français 2 567 636), le générateur d'air chaud est intégré dans le séchoir, placé en dépression, et ne comporte qu'un simple foyer tel qu'un brûleur à air soufflé. Un tel générateur est en forme de colonne, et comporte une alimentation en air frais à sa base, une gaine de forme appropriée permettant la circulation hélicoldale du courant d'air autour du foyer, et une chambre de mélange supérieure comportant notamment un bouclier. Dans une variante possible d'un tel générateur, il est prévu de ménager une gaine externe d'alimentation en air frais autour de la gaine interne permettant le réchauffage de l'air au contact du foyer. De la sorte, I'air frais est préchauffé lors de son parcours dans la gaine externe, avant de pénétrer dans la gaine interne de réchauffage proprement dite. Le brevet français 2 514 878 décrit aussi un générateur d'air chaud intégré au séchoir placé en dépression et comprenant un brûleur en forme de colonne autour de laquelle une gaine externe d'arrivée d'air frais est ménagée. A la sortie de cette gaine externe, l'air frais est réchauffé puis aspiré par des ventilateurs d'alimentation des différents modules du séchoir. Dans un autre type de générateur d'air chaud connu (brevets français 2556 458, 2 556 459 et 2 556 460), le générateur est extérieur au séchoir proprement dit, en forme de colonne, et comprend une alimentation d'air frais à son extrémité supérieure équipée d'un ventilateur, et un brûleur monté sur sa partie inférieure. La colonne définit deux gaines concentriques dont l'une externe permet l'alimentation d'air frais vers le brûleur, et dont l'autre interne sert au réchauffage proprement dit et à la mise en contact de l'air frais avec les gaz et la flamme du brûleur. La sortie d'air chaud est prévue à la partie supérieure du générateur à travers une conduite qui débouche à l'extérieur. Le brûleur proprement dit est monté à l'extérieur du générateur, sur sa paroi inférieure. Tous ces générateurs d'air chaud connus sont volumineux, et ne procurent pas un rendement thermique suffisant. De plus, ces générateurs connus ne fournissent pas un courant d'air chaud suffisamment homogène en température et en vitesse En particulier, il n'est pas non plus possible avec de tels générateurs connus de réguler de façon précise et la température et la vitesse de l'air fourni. L'invention vise à remédier aux inconvénients cités des générateurs d'air chaud connus, et à pour objet de proposer un tel générateur d'air chaud qui soit plus compact que les générateurs connus tout en fournissant un meilleur rendement thermiques Un autre objet de l'invention est de proposer un générateur d'air chaud qui fournisse un courant d'air chaud homogène en température et en vitesse, et qui permette une régulation ou un réglage plus précis de la vitesse et de la température du courant d'air chaud fourni. Un autre objet de l'invention est de proposer un tel générateur d'air chaud dont toutes les sources de chaleur sont extérieures au séchoir, notamment afin de minimiser les risques d'incendie et de permettre une alimentation du séchoir en air chaud à différents niveaux. L'invention a aussi pour objet de proposer un tel générateur d'air- chaud qui ne nécessite pas de calorifugeage externe Pour ce faire, I'invention propose un générateur d'air chaud à chauffage direct pour séchoir à grain en forme de colonne et comportant deux gaines concentriques : une gaine interne de production et de sortie de l'air chaud délimitée par une paroi interne, et une gaine externe d'alimentation en air frais qui est délimitée par une paroi externe et qJi entoure la gaine interne; au moins une entrée d'air frais et au moins une sortie d'air chaud, ces entrée(s) et sortie(s) étant situées vers une meme extrémité du générateur de sorte que les courants d'air frais et d'air chaud vont en sens contraires dans leur gaine respective ; une source de chaleur ; un tentilateur motorisé forçant le courant d'air à travers le générateur depuis 1' (les) entrée(s) jusqu'à la (au Selon l'invention, le ventilateur motorisé est disposé intégralement à l'intérieur du générateur à la jonction de la gaine externe et de la gaine interne, ce çantilateur et son moteur étant entourés par la paroi externe D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appara?tront à la lecture de la description suivante se référant à la figure unique annexée qui est une vue :.chématique en perspective partielle:nElt éclatée illustrant un mode de réalisation préférentielle d'un générateur d'air chaux son l'invention. L'invention concerne un générateur 1 d'air chaud à chauffage direct pour séchoir à grain. Le générateur 1 selon l'inzention forme un appareil autonome et distinct du séchoir proprement dit qui n'est pas directement concerné par l'invention et qui n'est pas décrit ni représenté sur la figure. Il est bien entendu cependant que si le générateur 1 selon l'invention présente l'avantage de pouvoir entre disposé intégralement à l'extérieur d'u7 séchoir à grain, il peut aussi être intégré, si le besoin s'en fart sentir, à l'intérieur de ce séchoir. Sur la figure, les courants d'air sont représentésé par des flèches. Les flèches filiformes illustrent le trajet du ouvrant d'air frais préalablement à son ré- chauffement au contact de la source de chaleur. PrJ contraire, les flèches épaisses illustrent le passage du ':ouant d'air chaud après réchauffement au =ontact de la source de chaleur. Le générateur 1 d'air chaud selon I'invention à chauffage direct pour séchoir à grain est en forme générale de colonne et comporte deux gaines concentriques 2, 3 : une gaine interne 2 de production et de sortie de l'air chaud QJi est délimitée par une paroi interne 4 et ure gaine externe 3 d'alimentation en air frais qui est délimitée par une paroi externe 5 et qui entoure la gaine interne 2. La paroi externe 5 de la gaine externe 3 forme également la paroi e Le générateur 1 selon l'invention comporte également au moins une entrée d'air frais 6 et au moins une sortie d'air chaud 7. Ces entrée(s) 6 et sortie(s) 7 sont situées vers une même extrémité 8 du générateur 1 de sorte que les courants d'air frais et d'air chaud circulent parallèlement mais en sens contraire dans leur gaine respective 2, 3. Le générateur 1 comporte aussi une source de chaleur 9 ; un ventilateur motorisé 10 forçant le courant d'air à travers le générateur 1 depuis 1' (les) entrée(s) 6 jusqu'à la (aux) sortie(s) 7 ; et une chambre ds mélange il dans laquelle le courant d'air est réchauffé au ontact de la source de chaleur 9. Le courant d'air parcourt donc à travers le générateur 1 un trajet à partir de la (des) entrée(s) 6 et jusqu'à la (aux) sortie(s) 7. Dans toute la suite, les termes "anont" et "aval" se réfèrent au sens de déplacement du courant d'air dans les gaines 2, 3 du générateur 1. Selon l'invention, le ventilateur motorisé 10 est disposé en amont -notamment im-nédiaternent en amont de la source de chaleur 9 et à l'extrémité 12 du générateur 1 qui est opposée aux entrée(s) 6 et sortie(s) 7 d'air, c'est-àdire en partie basse du générateur 1. Le veatilateur motorisé 10 est alimenté par l'air arrivant à l'extrémité 13 de la gaine externe 3 et souffle cet air dans la gaine interne 2 vers la source de chaleur 9. En supposant le générateur 1 en position verticale tel que représenté, les entrée(s) 6 et sorties 7 d'air sont situées à l'extrémité supérieure 8 du générateur 1. Au contraire, l'extrémité inférieure 12 du générateur 1 est fermée par la paroi externe 5. Selon l'invention, le ventilateur motorisé 10 est disposé intégralement à l'intérieur du générateur 1 à la jonction de la gaine externe 3 et de la gaine interne 2, ce ventilateur 10 et son moteur 10' étant entourés par la paroi externe 5 à l'extrémité inférieure 12 du gén rateur 1. Ainsi, le ventilateur motorisé 10 est placé à l'extrémité 13 de la gaine externe 3 et aspire donc l'air frais qui c'est légèrement réchauffé lors de son passage dans la gaine externe 3 au contact de la paroi interne 4 chaude pour insuffler cet air vers le haut dans la gaine interne 2 en vue de son réchauffage au contact de la source de chaleur 9. Selon l'invention, la sortie du ventilateur 10 est connectée à la source de chaleur 9 par l'intermédiaire d'un conduit diffuseur 14 formant le début de la gaine interne 2 et de la paroi interne 4. Ce conduit diffuseur 14 permet d'homogénéiser le flux d'air avant son passage au contact de la source de chaleur 9, et d'en adapter la vitesse en fonction des caractéristiques de cette source de chaleur 9. En particulier, le diffuseur 14 est légèrement divergent, et peut comporter des ailettes directionnelles diposées à l'intérieur de sa section afin d'orienter le courant d'air vers la source de chaleur 9 et de limiter les éventuelles turbulences de ce courant d'air à la sortie du ventilateur 10. Les entrées d'air 15 dans le ventilateur 10 débouchent dans la gaine externe 3. Le ventilateur 10 étant selon l'invention placé à la jonction de la gaine externe 3 et de la gaine interne 2 à la partie inférieure du générateur 1 où le courant d'air est amené à faire un demi-tour, on évite considérablement les phénomènes turbulents néfastes avant la mise en contact de l'air avec la source de chaleur 9. Ainsi, grâce à l'invention, les échanges thermiques au niveau de la source de chaleur 9 sont très nettement améliorés par rapport aux générateurs de l'art antérieur. De plus, le réglage de la vitesse du ventilateur 10 permet le réglage de la vitesse du courant d'air à son entrée dans la gaine interne 2. Ce réglage permet donc de maîtriser de façon très précise la vitesse de l'air au contact de la source de chaleur 9 et à la sortie 7 du générateur 1.De plus, le générateur 10 étant intégré au contact de l'air dans la gaine externe 3, ainsi que son moteur 10', ce moteur 10' qui est généralement un moteur thermique participe directement et de façon économique au pré-chauffage de l'air avant son contact avec la source de chaleur 9. Ces économies d'énergie sont d'autant plus importantes que le générateur 1 selon l'invention comporte un conduit d'alimentation 16 en air de refroidissement pour le moteur 10' du ventilateur 10, ce conduit 16 débouchant à travers la paroi externe 5 sur l'extérieur du générateur pour permettre l'aspiration d'air extérieur, et étant connecté au circuit de refroidissement du moteur 10' du ventilateur 10, I'air à la sortie de ce circuit de refroidissement étant injecté dans le courant d'air traversant le générateur 1, notamment en amont du ventilateur 10. Ainsi, l'air de refroidissement est aspiré de l'extérieur à travers le conduit 16, circule dans le circuit de refroidissement du moteur thermique 10', et rejoint le courant d'air principal traversant le générateur 1 en amont du ventilateur 10, par exemple dans l'une des entrées 15 d'air du ventilateur 10. Le courant d'air à la sortie du ventilateur 10 dans le diffuseur 14 est donc constitué du courant d'air frais qui est entré en 6 dans le générateur 1, qui s'est partiellement réchauffé lors de son trajet dans la gaine externe 3 puis au contact du carter extérieur du moteur 10', et auquel s'est rajouté le courant d'air de refroidissement du moteur 10' qui s'est, lui, réchauffé après circulation dans le circuit de refroidissement du moteur 10'. Afin d'améliorer les performances d'échanges thermiques entre le courant d'air principal et le carter du moteur 10', on peut prévoir de munir ce carter d'ailettes externes appropriées. On pourra aussi munir l'extrémité inférieure 13 de la gaine externe 3 de diverses chicanes permettant d'allonger le trajet du courant d'air frais au voisinage du carter du moteur 10' du ventilateur. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le générateur d'air chaud à chauffage direct pour séchoir à grain comportant une source de chaleur 9 et une chambre de mélange 11 est caractérisé en combinaison en ce que la source de chaleur 9 est constituée d'au moins un brûleur à gaz à veine d'air et en ce que la chambre de mélange il en aval de la source de chaleur 9 comporte un dispositif convergent/divergent 17. La forme des brûleurs à gaz 9 est adaptée en fonction de celle de la gaine interne 2 de telle manière que ces brûleurs 9 soient régulièrement répartis sur la section de cette gaine interne 2 afin d'obtenir un réchauffement de l'air le plus homogène possible sur la section de la gaine interne 2. Dans l'exemple représenté, la source de chaleur 9 est constituée de trois brûleurs à gaz 9 de forme longiligne disposés parallèlement et à distance constante les uns des autres. En variante, on pourra prévoir des brûleurs à gaz 9 circulaires concentriques, ou toute autre forme adaptée à celle de la section de la gaine interne 2.Les différents brûleurs 9 sont alimentés en gaz de combustion par une ou plusieurs conduites 18 représentées ,schématiquement par des traits mixtes pointillés sur la figura Ces brûleurs à veine d'air développent une flamme verticale vers le haut (donc vers l'aval) et sont traversés par le courant d'air provenant du diffuseur 14 précédemment décrit. A leur contact, le courant d'air est donc réchauffé à la température voulue. Le réglage de la puissance de ces brûleurs 9, par exemple aisément obtenu par le réglage du débit de gaz de combustion, permet d'adapter de façon très précise et homogène la température au sein du courant d'air à la sortie de ces brûleurs 9.Le dispositif 17 convergent/divergent permet d'améliorer l'homogénéité du courant d'air chaud à la sortie des brûleurs 9 en supprimant les éventuelles turbulences qu'il comprendait, en améliorant le mélange des différents gaz qu'il comporte, et en adaptant de façon progressive et continue la vitesse du courant d'air jusqu'aux sorties 7 du générateur 1. Selon l'invention, le générateur 1 comporte une plaque transversale à l'entrée 19 du dispositif convergent/divergent 17, cette plaque étant perforée et/ou s'étendant sur une portion seulement de la section de l'entrée 19 du dispositif convergent/divergent 17. Si la plaque est perforée, elle peut être simplement soudée au contact des parois du dispositif convergent/divergent 17. Au contraire, si cette plaque est pleine, elle aura une aire inférieure à celle de la section droite transversale de l'entrée 19 pour ménager des passages périphériques pour le courant d'air. Dans ce dernier cas, cette plaque pourra être fixée par des potences solidaires des parois du dispositif convergent/ divergent 17. Cette plaque pourra prendre toute forme appropriée, notamment annulaire...Une telle plaque permet notamment d'améliorer encore l'homogénéisation du courant d'air, d'en augmenter le caractère laminaire, etd'améliorer la fin de la combustion du gaz des brûleurs. Selon l'invention, chaque sortie 7 d'air chaud est constituée d'un conduit 7 s'étendant perpendiculairement à la gaine interne 2, c'est-à-dire sensiblement horizontalement, débouchant dans cette gaine interne 2 et traversant les parois interne 4 et externe 5 et la gaine externe 3. La gaine interne 2 est fermée hermétiquement à son extrémité libre 20 supérieure en aval de la (des) sorties 7 d'air chaud par un couvercle horizontal 21 associé rigidement à la paroi interne 4. En variante, les conduits 7 formant les sorties d'air chaud peuvent déboucher à travers ce couvercle 21 dans une direction au moins sensiblement verticale tangentielle à celle du courant d'air chaud et être recourbés vers l'extérieur et vers l'horizontal pour traverser la gaine externe 3.On pourra aussi prévoir- une seule sortie 7 constituée par une courbure de la gaine interne 2 ménagée à son extrémité libre supérieure 20 qui n'est alors plus bouchée et qui traverse directement la gaine externe 3 d'un côté du générateur 1. Dans le mode de réalisation préférentiel représenté, le générateur 1 comporte quatre sorties 7 d'air chaud s'étendant dans des directions perpendiculaires ou sensiblement perpendiculaires les unes aux autres, et au moins sensiblement horizontalement. Chaque entrée 6 est constituée de perforations ménagées dans la paroi externe 5 autour de chaque sortie 7. Dans ce cas, l'extrémité supérieure de la gaine externe 3 est fermée hermétiquement par un couvercle horizontal 22. En variante, on peut aussi prévoir que l'entrée 6 de l'air se fasse à travers l'extrémité supérieure de la gaine externe 3 sans couvercle. La combinaison des caractéristiques selon l'invention permet la réalisation d'un générateur d'air chaud pour séchoir à grain particulièrement compact et performant. Un tel générateur d'air chaud est particulièrement adapté au séchoir à grain et peut fournir de l'air à une température pouvant varier entre 1000C et 4000C. Ce générateur d'air chaud selon l'invention présente l'avantage de pouvoir être placé à l'extérieur du séchoir proprement dit, et ce afin notamment de réduire les risques d'incendie. Il permet l'introduction d'air chaud aux différents niveaux de fonctionnement du séchoir. En particulier, l'utilisation d'une source de chaleur 9 à brûleurs à gaz à veine d'air avec un ventilateur motorisé 10 en amont de cette source de chaleur permet l'adjonction en aval dans la chambre de mélange 11 du dispositif convergent/divergent 17. En effet, la température en aval d'un brûleur à gaz à veine d'air est de l'ordre de 4000C à un mètre, alors qu'elle est de l'ordre de 10000C à 12000C à deux mètres d'un brûleur classique à air souffl é. Le moteur 10' du ventilateur 10 a par exemple une puissance comprise entre 50 et 500 kW, notamment de l'ordre de 75 kW. Ce moteur 10' peut être équipé d'un aspirateur interne pour l'aspiration de l'air ambiant à travers le conduit 16. Le ventilateur 10 représenté sur la figure comporte deux entrées latérales 15 pour l'air frais. Un générateur d'air chaud 1 selon l'invention peut avoir une hauteur comprise entre 5 m et 15 m notamment de l'ordre de 10 m, pour délivrer un air chaud dont la température peut être comprise entre 1000C et 5000C, notamment de l'ordre de 4000C, à une vitesse du courant d'air chaud à la sortie comprise entre - 10 m/s et 50 m/s, notamment de l'ordre de 25 m/s. Le débit d'air chaud fourni peut être compris entre 10 et 50 m3/s, notamment de tordre de 20 m > /s. REVENDICATIONS 1/ Générateur d'air chaud à chauffage direct pour séchoir à grain en forme de colonne et comportant deux gaines concentriques (2, 3) : une gaine interne (2) de production et de sortie de l'air chaud délimitée par une paroi interne (4) et une gaine externe (3) d'alimentation en air frais qui est délimitée par une paroi externe (5) et qui entoure la gaine interne (2) ; au moins une entrée d'air frais (6) et au moins une sortie d'air chaud (7), ces entrée(s) (6) et sortie(s) (7) étant situées vers une même extrémité (8) du générateur (1) de sorte que les courants d'air frais et d'air chaud vont en sens contraires dans leur gaine respective (2, 3) ; une source de chaleur (9) ; un ventilateur motorisé (10) forçant le courant d'air à travers le générateur (1) depuis l' (les) entrée(s) (6) jusqu'à la (aux) sortie(s) (7) ; une chambre de mélange (11) dans laquelle le courant d'air est réchauffé au contact de la source de chaleur (9), caractérisé en ce que le ventilateur motorisé (10) est disposé en amont de la source- de chaleur (9) à l'extrémité (12) du générateur (1) opposée aux entrée(s) (6) et sortie(s) (7) d'air, est alimenté par l'air arrivant à l'extrémité (13) de la gaine externe (3)opposée à (aux) entrée(s) (6) d'air, et souffle cet air dans la gaine interne (2) vers la source de chaleur (9). 2/ Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ventilateur motorisé (10) est disposé intégralement à l'intérieur du générateur (1) à la jonction de la gaine externe (3) et de la gaine interne (2), ce ventilateur (10) et son moteur (10') étant entourés par la paroi externe (5). 3/ Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la source de chaleur (9) est constituée d'au moins un brûleur à gaz à veine d'air. 4/ Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la sortie du ventilateur (10) est connectée à la source de chaleur (9) par un conduit diffuseur (14) formant le début de la gaine interne (2). 5/ Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit d'alimentation (16) en air de refroidissement pour le moteur (10') du ventilateur (10), ce conduit (16) débouchant à travers la paroi externe (5) sur l'extérieur pour permettre l'aspiration d'air extérieur et étant connecté au circuit de refroidissement du moteur (10') du ventilateur (10), et en ce que l'air à la sortie de ce circuit de refroidissement est injecté dans le courant d'air traversant le générateur (1), notamment en amont du ventilateur (10). 6/ Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque sortie (7) d'air chaud est constituée d'un conduit (7) s'étendant perpendiculairement à la gaine interne (2), débouchant dans cette gaine interne (2) et traversant les parois interne (4) et externe (5) et la gaine externe (3), et en ce que la gaine interne (2) est fermée à son extrémité libre (20) en aval de la (des) sortie(s) (7) d'air chaud. 7/ Générateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque entrée (6) est constituée de perforations ménagées dans la paroi externe (5) autour de chaque sortie (7). 8/ Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la chambre de mélange (11) en aval de la source de chaleur (9) comporte un dispositif convergent/divergent (17). 9/ Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en combinaison en ce que la source de chaleur (9) est constituée d'au moins un brûleur à gaz à veine d'air et en ce que la chambre de mélange (11) en aval de la source de chaleur (9) comporte un dispositif convergent/divergent (17l 10/ Générateur selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque transversale à l'entrée du dispositif convergent/divergent (17), cette plaque étant perforée et/ou s'étendant sur une portion seulement de la section de l'entrée du dispositif convergent/divergent (17).