Brevet FR2665518A1 — publié le 19920207

Chaîne destinée à réguler la température et l'hygrométrie d'un fluide de séchage et enceinte de séchage utilisant une telle chaîne. Le séchage artificiel de produits est une opération souvent délicate, longue et parfois onéreuse. Lorsque les produits destinés à être séchés contiennent au départ une quantité importante d'eau, cette eau est évacuée par le fluide de séchage qui constitue le seul vecteur possible de cette évacuation. Si le fluide de séchage, qui est généralement constitué par de l'air ou de l'air contenant des résidus de combustion, lèche successivement plusieurs produits à sécher, il est inévitable que l'hygrométrie dudit fluide soit plus importante aux abords du nième produit qu'elle ne l'était lorsque le fluide est parvenu au premier produit. Par ailleurs, pour d'évidentes raisons d'économies d'énergie, on cherche généralement à recycler au moins partiellement le fluide de séchage, c'est à dire à le faire passer plusieurs fois sur les produits à sécher.En conséquence, l'hygrométrie du fluide varie avec le nombre de cycles subits par le dit fluide. L'utilisation d'échangeurs de température sur le fluide extrait permet de façon classique de réduire ces variations d'hygrométrie, mais ces échangeurs représentent un investissement important et ont un rendement d'autant plus médiocre que la température moyenne de séchage est plus basse. Lorsque la température de séchage est inférieure à 100 degrès C, il peut arriver que le gain énergétique obtenu grâce à ces échangeurs soit annulé par la surconsommation des ventilateurs de soufflage, surconsommation induite par les pertes de charge générées par la configuration dudit échangeur. Il est extrêmement difficile, en utilisant les moyens connus, d'obtenir une veine de fluide de séchage dont les caractéristiques, notamment en matière d'hygrométrie et de température soient homogènes à l'instant t mais puissent être rapidement modifiées de façon à être à l'instant t+l différentes de ce qu'elles étaient à l'instant t tout en conservant une homogénéité des caractéristiques de la dite veine. Seules des installations complexes et d'un coût d'acquisition et d'exploitation extrêmement élevé peuvent actuellement permettre d'approcher un tel résultat, sans toutefois y parvenir totalement. Or, pour de nombreuses applications, que ce soit dans le domaine industriel, médical ou agro-alimentaire, on a besoin de sécher simultanément plusieurs produits dans des conditions strictement identiques. A titre d'exemple indicatif, et sans que cet exemple ait quelque caractère limitatif que ce soit, la présente invention ayant des applications dans l'ensemble des domaines évoqués ci-dessus, on traitera le cas du séchage des prunes vertes, opération consistant à extraire une partie de l'eau contenue dans ces fruits fraîchement récoltés pour les transformer en pruneaux. Pour cette application particulière, la régularité de la qualité gustative des fruits dépend essentiellement de l'homogénéité de la veine d'air dans laquelle ils sont immergés durant le séchage. De plus la qualité globale sera fonction de la précision avec laquelle les paramètres de température et d'hygrométrie auront été gérés durant le séchage. L'invention propose un moyen simple et peu onéreux, tant sur le plan de l'investissement que sur celui du coût de fonctionnement, de résoudre les difficultés exposées ci-dessus. Elle permet d'obtenir une veine d'air de séchage particulièrement homogène dans l'espace, tant pour ce qui concerne son débit que sa température et son hygrométrie; elle permet également de faire varier très rapidement et très précisément les caractéristiques de ladite veine, et ce en fonction de cycles mémorisés ou recalculés en temps réel. Appliquée au séchage des prunes d'ente en vue de leur transformation en pruneaux, I'invention a permis d'obtenir des résultats extrêmement probants, notamment en matière de qualité d'aspect, de qualité gustative et de respect de l'hygrométrie résiduelle des pruneaux. Il est important de souligner que ces excellents résultats constatés sur l'ensemble du lot, étaient accompagnés d'un écart type très faible, c'est à dire que la qualité des fruits obtenus ne dépendait en aucune façon de la position des dits fruits dans l'enceinte de séchage au moment des opérations. Par ailleurs le coût énergétique et la durée de traitement ont été sensiblement réduits avec un appareillage selon l'invention par rapport à ce qui est habituellement obtenu avec les plus performants parmi les fours classiques connus. Pour parvenir aux résultats évoqués ci-dessus, la chaîne de régulation est du type comprenant, de façon classique, des capteurs d'informations, une centrale de calcul et des moyens d'action. elle est caractérisée en ce que les capteurs d information comprennent, outre des sondes sensibles aux variations de température et d'hygrométrie, au moins un dispositif permettant de mesurer en continu les variations de poids de l'ensemble des produits soumis au séchage. ce dispositif pourra être une balance sur laquelle seront posés les empilements de produits à sécher. Avantageusement, ces capteurs d'information comprendront également au moins une sonde immergée (piquée) dans l'un des produits à sécher. La chaîne de régulation est également caractérisée en ce qu'elle comprend une unité centrale, par exemple composée d'un micro-ordinateur, laquelle unité centrale dispose d'une mémoire contenant au minimum d'une part un certain nombre de points du diagramme de l'air humide (au moins cinq points) ou les algorithmes permettant de recalculer ces points et d'autre part la courbe d'évolution optimale de température en fonction du temps correspondant aux produits à sécher, cette courbe pouvant être programmée avant chaque séquence de séchage en fonction des caractéristiques spécifiques des produits à traiter.Une autre caractéristique essentielle de l'invention est que les moyens d'action pilotés par l'unité centrale comprennent des moyens de réglage préférentiellement proportionnels de la vitessc d'au moins trois ventilateur dont un d'extraction et deux de soufflage, des moyens d'action sur des registres et des moyens de réglage de la puissance calorifique fournie. Pour exploiter au mieux les performances de la régulation selon l'invention, il convient d'aménager une enceinte ayant un temps de réponse le plus court possible. Cette propriété est obtenue en limitant autant que faire se peut l'inertie thermique de l'ensemble enceinte+fluide et notamment la quantité d'air en mouvement. On limitera par conséquent les gaines de ventilations, et on réalisera les circuits de distribution, d'extraction et de recyclage d'air les plus courts possibles. Dans cette optique, on réalisera un circuit d'air principal comprenant une enceinte de forme sensiblement parallélépipédique, ladite enceinte étant intégralement parcourue par la veine de fluide de séchage entrant par l'une de ses parois et sortant par la paroi opposée. L'air sera insufflé directement dans l'enceinte par un ventilateur, préférentiellement positionné au dessus de la dite enceinte et relié à celle ci par l'intermédiaire d'un caisson de diffusion placé le long de la paroi d'entrée de l'enceinte et muni de dispositifs de renvois à 90 degrés.Ce ventilateur sera alimenté par un brûleur, avantageusement débouchant dans une gaine cylindrique positionnée au dessus de l'enceinte. Pour limiter l'inertie totale du système et en simplifier la construction, il sera avantageux de placer un deuxième ventilateur de soufflage, symétrique du premier par rapport à un axe vertical passant par le milieu de l'enceinte et débouchant dans le volume intérieur de ladite enceinte par des moyens identiques à ceux utiIisés pour le premier ventilateur. Ce circuit principal sera complété par un ou plusieurs orifices d'introduction d'air frais munis d'ouvertures réglables aménagés directement dans les parois de l'enceinte principale.Ces ouvertures réglables seront préférentiellement de type ventelles fermées lorsque la pression intérieure est supérieure ou égale à la pression extérieure et ouvertes dans le cas inverse.Une telle disposition permet d'obtenir un ensemble extrêmement compact, présentant un encombrement au sol particulièrement réduit et limitant au strict nécessaire la quantité de matériaux utilisés ainsi que le volume total contenu dans le circuit, donc l'inertie thermique de l'ensemble contenu + contenant.On s'efforera de limiter le volume total des gaines de ventilation et des carters de ventilateurs à une valeur inférieure ou au plus égale à 10 pour cent du volume utile, représenté par le volume intérieur de l'enceinte. Dans le même esprit, on plaçera sur la partie supérieure de l'enceinte un ventilateur d'extraction débouchant directement à l'intérieur de ladite enceinte. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère aux figures ci jointes, (planche unique) représentant un schéma d'implantation d'une chaîne de régulation et d'un four adapté, le four étant vu de face (Fig. 1 ) et vu de côté (Fig.Q). On constate que l'unité centrale (1) recoit des informations provenant d'une part d'une mémoire de masse (2) et d'autre part de sondes (4 à 8). Cette unité centrale (1) peut également recevoir des données et des ordres par l'intermédiaire d'un clavier (3); on introduira notamment par ce moyen les caractéristiques des produits placés dans le four pour chaque séquence de séchage.La mémoire de masse contiendra d'une part les courbes optimisées d'évolution de la température et de l'hygrométrie en fonction du temps, les dites courbes étant mémorisées pour chaque type et quantité de produits susceptibles d'être introduits dans l'enceinte (14) et d'autre part les courbes représentatives du diagramme de l'air humide. Bien entendu, et de façon connue en soi, les courbes citées ci dessus pourront être indifféremment mémorisées sous forme de points ou d'équation ou encore recalculées par un logiciel résidant dans la mémoire de masse (2) ou dans l'unité centrale (1) en fonction des caractéristiques des produits introduites par l'opérateur au moyen du clavier (3). En complément des informations et données mémorisées en (2) ou introduites par l'intermédiaire du clavier (3), L'unité centrale (1) recoit des informations provenant des sondes et capteurs suivants: - au moins une sonde de température (4) - au moins une sonde d'hygrométrie (5) - une sonde d'analyse de composition des gaz (6) à l'intérieur de l'enceinte (14) - une sonde de mesure de la vitesse (7) des gaz de séchage. - Une information provenant des capteurs (8a,8b) et permettant de calculer le poids des produits en cours de traitement dans l'enceinte (14). L'information concernant le poids des supports de produits (tables, chariots, claies...) ayant été préalablement transmise à l'unité centrale (1). - Une sonde (9) immergée dans l'un des produits (20) en cours de traitement et permettant de suivre l'évolution de la température interne dudit produit. Cette liste n'est en aucune façon limitative et l'on pourra placer d'autres sondes, notamment positionnées en différents endroits de l'enceinte (14) sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. De même, pour certaines applications, pourra-t'on supprimer un ou plusieurs parmi les types de sonde évoqués ci-dessus. En fonction des informations dont elle dispose en mémoire et de celles qu'elle recoit durant les opérations de séchage, l'unité centrale (1) effectue les calculs imposés par le déroulement du programme et envoi des ordres à chacun des quatre équipements ci dessous: - le premier ventilateur de soufflage (l0a) - le second ventilateur de soufflage (lOb) - L'unité d'apport de calories (12) qui peut être soit un brûleur de gaz ou de fuel , soit encore un ensemble de résistances électrique soit enfin une combinaison de moyens thermiques et électriques. - Le ou les ventilateurs d'extraction (11). Une caractéristique essentielle de l'invention est que l'ambiance à l'intérieur de l'enceinte (14) est constamment maintenue aux limites de saturation en vapeur d'eau et que la mise en fonction du ventilateur d'extraction (11) est déclenchée par l'unité centrale (1) dès que mais seulement au moment où les informations reçues depuis les sondes et capteurs (4 à 9) et traitées par le programme indiquent que les limites du diagramme de l'air humide sont en passe d'être franchies.Une autre caractéristique de l'invention est que l'évolution des températures à l'intérieur de l'enceinte peut être ajustée en temps réel de façon extrêmement précise et rapide (absence de temps de réponse) grâce à la très faible inertie de la masse d'air en mouvement et des gaines contenant ladite masse d'air.Une troisième caractéristique est que l'évolution du poids des produits séchés est transmise en temps réel à l'unité centrale (1) grâce aux capteurs (8). La perte pondérale ayant pour seule cause l'évaporation de l'eau initialement contenue dans les produits à sécher, le traitement de cette information par l'unité centrale (1) allié à l'analyse de l'atmosphère dans l'enceinte (14) permet une régulation optimisée du traitement. Cette mesure en temps réel du poids des produits traités est essentiellement intéressante pour la mise au point du logiciel de régulation de l'enceinte. Une fois les informations collectées et la séquence permettant de maintenir l'ambiance à l'intérieur des limites du diagramme de l'air humide réalisée, on pourra, dans une variante, ne pas placer de dispositif de surveillance de l'évolution du poids des produits traités. Revendications -1- Chaîne de régulation plus particulièrement destinée à contrôler la température et l'hygrométrie d'une enceinte, du type comprenant des capteurs d'information, une unité centrale (1) et des moyens d'action caractérisée en ce que les capteurs d'information comprennent au moins un dispositif (8a, 8b) permettant de mesurer en continu les variation de poids des produits introduits dans l'enceinte (14) et en ce que la centrale de calcul (1) est munie d'une mémoire (2) contenant soit au moins cinq points du diagramme de l'air humides soit les algorithmes ou formules permettant de recalculer ces points. -2- Chaîne de régulation selon revendication 1 caractérisée en ce que les capteurs d'information comprennent également une sonde (9) immergée dans l'un des produits traités. -3- Chaîne de régulation selon revendication 1 caractérisée en ce que la mémoire (2) de l'unité centrale (1) contient au moins une courbe d'évolution de la température en fonction du temps correspondant au produits à sécher. -4- Chaîne de régulation selon revendication I caractérisée en ce que l'unité centrale (1) envoie des ordres à deux ventilateurs de soufflage (10a, lOb) à une unité d'apport de calories (12) et à un ventilateur d'extraction (11). -5- Chaîne de régulation selon revendication 4 caractérisée en ce que l'unité d'apport de calories (12) est constituée par un brûleur de gaz ou de fuel. -6- Chaîne de régulation selon revendication 1 caractérisée en ce que la mise en fonction du ventilateur d'extraction (11) est déclenchée par l'unité centrale (1) dès que mais seulement au moment où les limites du diagramme de l'air humide sont en passe d'être franchies. -7- Enceinte (14) destinée au séchage de produits (20) caractérisée en ce qu'elle est munie d'une chaîne de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes.