Brevet FR2723970A1 — publié le 19960301

L'invention concerne un procédé de nettoyage en milieu liquide de pièces d'étoffes ou de vêtements et une installation pour sa mise en oeuvre. Dans les techniques de nettoyage en milieu liquide actuellement utilisées, on procède d'abord à un lavage par mise en contact des pièces à nettoyer avec le liquide, constamment épuré, par brassage à l'intérieur d'un tambour rotatif, ou par pulvérisation du liquide sur les pièces en mouvement. Dans une seconde phase, on extrait mécaniquement une proportion plus ou moins élevée du liquide, par des techniques variées d'essorage ou de pressage. Finalement, le reste du liquide doit être extrait des pièces au cours d'une opération dite de séchage. Celle-ci doit être poussée jusqu'à l'élimination totale du liquide, en particulier quand il s'agit de solvants organiques de nature souvent toxique, même à très faible dose. La plupart des machines de nettoyage par solvant mettent en oeuvre un procédé de séchage en circuit fermé à circulation d'air. La chaleur nécessaire à l'évaporation du solvant restant après essorage mécanique est apportée par l'air en circulation. Le solvant entraîné est ensuite condensé dans la partie froide du circuit. Les besoins de chauffage et de refroidissement sont d'autant plus proches de l'équivalence que les températures d'évaporation et de refroidissement sont voisines. En fait, les machines de nettoyage modernes sont équipées d'un système de pompe à chaleur qui permet de récupérer environ 50 % de l'énergie thermique nécessaire. Le brevet français FR-2 696 480 incorporé en référence décrit un procédé de séchage sous vide par extraction, dite "azéotropique" avec de la vapeur d'eau détendue. Ce procédé présente un certain nombre d'avantages sur les procédés classiques : rapidité du séchage, élimination complète du solvant, qualité du nettoyage, absence de charges électrostatiques. Toutefois, avec l'utilisation de solvants peu volatils, de la famille des hydrocarbures, actuellement envisagés, cette technique, comme les autres plus classiques, consomme beaucoup d'énergie. Dans l'état actuel de la technique, les machines utilisées sont assez bien adaptées à l'utilisation de solvants tels que le perchloréthylène. Toutefois, ce solvant présente un niveau de toxicité qui le condamnerait à moyen terme s'il n'est pas possible de réduire effectivement les émissions au voisinage de zéro, ce que les machines classiques à séchage à l'air ne permettent pas vraiment. Celles-ci résultent d'ailleurs d'un compromis en ce qui conceme les capacités spécifiques de traitement. Dans ces machines, il faut en effet deux fois plus de capacité de "contenant" pour le séchage que pour le lavage. La capacité de tambour adoptée résulte donc d'un compromis entre ces deux valeurs. D'autre part, I'utilisation comme solvant d'hydrocarbures tel que l'undécane, dans les machines de type classique, pose des problèmes de sécurité qu'on pallie en opérant sous gaz inerte, produit par un générateur d'azote assez coûteux. En outre, du fait de la faible volatilité du solvant, la durée du séchage est pratiquement doublée (par rapport au solvant chloré). Le nouveau procédé et les moyens de sa mise en oeuvre, objet de la présente invention apportent une réponse aux insuffisances et aux imperfections des techniques actuelles ainsi qu'aux besoins exprimés par les utilisateurs. Ainsi, selon un premier aspect, I'invention concerne un nouveau procédé de séchage sous vide. Selon une de ses caractéristiques essentielles, I'invention concerne un procédé de nettoyage en milieu liquide de pièces d'étoffes ou de vêtements comprenant une étape sous vide réalisée sous une pression comprise entre 1,5.103 et 5.103 Pa en présence de vapeur destinée à servir de vecteur pour l'élimination dudit liquide et injectée sous une pression comprise entre 104 et 1,5.104 Pa. Cette étape de séchage est avantageusement effectuée à une température comprise entre 35 et 50su. Cette température est assurée avantageusement en portant la paroi de l'enceinte où est effectué le séchage à une température comprise entre 40 et 55in, assurant ainsi un transfert direct de chaleur. Selon une variante de l'invention, I'extraction de solvant est réalisée dans un processus dans lequel la vapeur injectée est de la vapeur d'eau. La vapeur d'eau est de préférence surchauffée à une température comprise entre 80 et 1500C avant son injection. Les conditions de température et de pression de la vapeur injectée permettent de réaliser, à la différence du système réalisé dans le brevet FR2 696 480, un système essentiellement non azéotropique d'extraction du solvant. Il s'agit d'un système bi-variant qui permet d'optimiser les conditions d'extraction du solvant. Selon une autre variante, le procédé de l'invention met en outre en oeuvre un système de pompe à chaleur à haute performance obtenue grâce à la faible différence des températures des parties chaude et froide qui peut être comprise entre 50 et 60in. Le coefficient pratique de performance est ainsi voisin de 3. Ce dispositif fournit l'ensemble des besoins en chaleur et en refroidissement. Ainsi, un générateur de chaleur fournit de la vapeur basse pression, par exemple comprise entre 104 et 1,5.104 Pa et en même temps de l'eau de chauffage à une température de l'ordre de 40 à 550C selon les besoins. Les caractéristiques ci-dessus se traduisent 1) Par un gradient d'extraction élevé, accélérant le processus, en particulier quand il s'agit de solvants dits "lourds" tels que, par exemple l'undécane. 2) L'utilisation de vapeur d'eau à basse pression pour le balayage, évite les inconvénients inhérents à l'emploi de vapeur à 3 à 5.105 Pa fournie par les générateurs classiques, vapeur dont la détente à l'intérieur de la machine n'est pas exempte de risques de condensation comme le montre le diagramme de Mollier bien connu de l'homme du métier. Ce diagramme montre que, dans les conditions de la présente invention, la vapeur de balayage évolue très au-dessus de la courbe de saturation, ce qui n'est pas le cas lorsqu'on détend la vapeur à 3 à 5.105 Pa à l'intérieur de la machine. 3) Une consommation d'énergie réduite même par rapport à celle des machines classiques avec pompe à chaleur, le gain étant d'au moins 30 %. 4) Pas de consommation d'eau. 5) Une émission résiduelle de solvant extrêmement basse. La concentration de solvant dans la machine à l'ouverture, est inférieure à 25 ppm alors que les meilleures machines, respectant d'ailleurs les nomes actuelles, présentent des concentrations au moins 10 fois plus importantes. Un autre avantage de ce procédé de séchage selon l'invention est que, s'il convient parfaitement bien dans le cas des procédés de nettoyage en milieu liquide utilisant, comme c'est le cas le plus souvent à l'heure actuelle, des solvants organiques et plus particulièrement des solvants chlorés, en particulier le perchloréthylène, il pourra également être mis en oeuvre avec des solvants de type hydrocarbure, en particulier des hydrocarbures saturés ou non en C8 à C12 par exemple l'undécane, ou des dérivés de ces hydrocarbures de type esters ou alcools éventuellement en mélange avec de l'eau et susceptibles de convenir pour le nettoyage. Ceci présente un avantage particulier de l'invention car il n'est pas exclu que ce type de solvants soit amené dans l'avenir à remplacer les solvants chlorés largement utilisés à l'heure actuelle. L'invention concerne également, selon un deuxième aspect, une installation pour la mise en oeuvre du procédé précédemment décrit. Cette installation comprend selon l'une de ses caractéristiques essentielles une enceinte étanche de séchage comprenant un tambour rotatif et des moyens permettant de réaliser un vide compris entre 1,5.103 et 5.103 Pa dans ladite enceinte pendant l'étape de séchage, ainsi que des moyens de fourniture et d'injection de vapeur dans ladite enceinte. Les moyens permettant d'établir ledit vide sont avantageusement constitués d'une pompe à vide et d'un éjecteur à air placé sur le dispositif d'aspiration de ladite pompe à vide. En effet, les pompes à vide à anneau liquide à 2 étages utilisées jusqu'ici ne permettent guère l'obtention de vides inférieurs à 4.103 Pa et, ceci à condition d'ailleurs, de refroidir l'anneau liquide à 15'C minimum. En outre, au voisinage de cette pression, on évite difficilement la cavitation due à une vaporisation de l'eau à l'intérieur de la pompe, endommageant celle-ci rapidement. Ainsi, selon l'invention, on utilise avantageusement une pompe à anneau liquide. Toutefois, un dispositif d'éjecteur à air est placé à l'aspiration de la pompe à vide, il est alimenté par de l'air à la pression atmosphérique prélevé au refoulement de la pompe, il y a recyclage, et c'est l'éjecteur qui extrait directement sur la capacité et permet d'obtenir un vide avantageusement de l'ordre de 1300 Pa, inaccessible avec la pompe seule. Le résultat est spectaculaire car le régime d'extraction du solvant se situe alors à un niveau de températures nettement inférieur. L'utilisation de ce nouveau dispositif de vide permet d'extraire les vapeurs de solvant à une température d'équilibre de l'ordre de 150C au lieu de 300C au moins avec la pompe seule.Le gradient de température, gourvernant la vaporisation du solvant, est pratiquement multiplié par 2, passant de 150C à 30in. Un autre avantage est d'éviter ainsi tout risque de cavitation de la pompe à vide. Ainsi, dans l'installation de la présente invention comme dans celle décrite dans le brevet FR-2 696 480, la pompe à anneau liquide fonctionne en circuit fermé mais le niveau de vide peut être nettement amélioré grâce à l'adjonction d'un éjecteur à air placé sur le circuit d'aspiration de cette pompe à vide. Selon une variante avantageuse de l'invention, l'installation comporte également des moyens de chauffage du tambour rotatif. Ces moyens sont avantageusement constitués par des moyens de chauffage direct du tambour. Ce chauffage direct pourra être, en particulier, réalisé au moyen d'un circuit d'eau chaude à 40 à 55vu, constituant la surface cylindrique du tambour, en utilisant, par exemple, un serpentin en tube inox de 20 mm de diamètre, par exemple avec spires espacées de 3 mm. Avec un tel dispositif, ou tout autre équivalent, le transfert de chaleur est beaucoup plus efficace et le rendement thermique est multiplié par trois. La vapeur d'eau à basse pression est généralement surchauffée avant son injection dans l'enceinte de séchage. L'installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention comprend également des moyens de chauffage et de refroidissement mettant en oeuvre des quantités de chaleur d'autant plus voisines que le processus s'effectue à plus basse pression. C'est ainsi qu'un dispositif de pompe à chaleur s'applique ici dans des conditions d'efficacité exceptionnelles. Il est en effet possible d'opérer entre des températures de 60 et 5iC. Il en résulte un coefficient de performance théorique de 333/55 = 6,05. On peut donc espérer un coefficient pratique de 3, c'est-à-dire qu'avec un compresseur de 6 kW, on peut générer autant de vapeur qu'une chaudière de 18kW. Mais, en outre, ce système fournit également la puissance de refroidissement équivalente aux environs de 5 à 8*C. Le procédé et l'installation de l'invention sont illustrés par la description ci-dessous d'un mode de réalisation de l'invention faite au regard de la figure unique 1. La figure 1 est un schéma d'une installation pour la mise en oeuvre de l'invention. Certaines parties concernant des matériels communs à toutes les machines de nettoyage, en particulier réservoirs de solvants, équipements de régulation, ne sont pas représentés, dans un but de simplification. L'installation représentée comprend les équipements suivants - La machine proprement dite, comprenant une enceinte étanche 1 munie d'une porte de chargement et un tambour rotatif 2 pourvu d'un dispositif de chauffage. En suivant les effluents liquides et gazeux, on trouve successivement - un filtre à liquide 5 pour l'élimination des particules solides (épingles, boutons, etc...), - un filtre des gaz et vapeurs 6, - un condenseur des vapeurs 7, - les condensats sont recueillis dans un réceptacle 8, - les vapeurs non condensées et les gaz sont extraits par un dispositif de vide comprenant: une pompe à vide 10, . un éjecteur à gaz 11, 1, un séparateur/refroidisseur 17. Les liquides recueillis sont traités dans un récipient de décantation 14. Un système de pompe à chaleur fournit à l'installation les besoins en chaleur et en froid. Il comprend essentiellement - un compresseur à fréon 18, - un générateur de chaleur 15 foumissant de la vapeur à basse pression: 0,8 à 2.104 Pa injectée dans la machine, pratiquement sans détente, en passant par le réchauffeur 3, - de l'eau chaude à 40/55il, mise en circulation par la pompe 20 et introduite au tambour rotatif par l'arbre central de transmission, - les besoins en refroidissement sont fournis séparément au séparateur 12 et au condenseur 7 par les évaporateurs 17 et 19 respectivement, munis chacun de leur détendeur, reliés à la capacité de réserve 16. Selon une autre variante, on peut remplacer les deux évaporateurs 17 et 19 par un seul évaporateur pour refroidir l'eau qui circule ensuite pour refroidir le condenseur 7 et le séparateur 12. Les gaz non condensables passent au travers d'un adsorbeur à charbon actif 13. Ils sont envoyés dans la capacité à volume variable 4 et sont réintroduits dans la machine, en fin de cycle, pour rétablir la pression atmosphérique et permettre l'ouverture de la porte. La description précédente des principaux équipements de l'installation représentée sur le schéma de la figure 1 est complétée ci-dessus par celle du fonctionnement de la même installation, en référence au schéma de la figure 1. La phase de lavage est effectuée par circulation de solvant, introduit en jet directement dans le tambour 2 en rotation alternée, depuis la face avant de 1. Le solvant s'écoule par le filtre 5 et la vanne 22. Il est repris par une pompe de circulation et passe dans un filtre épurateur, non représentés, avant d'être recyclé. Le lavage est souvent complété par une opération de rinçage avec le solvant qui vient d'être distillé. L'extraction mécanique d'une proportion plus au moins grande du solvant retenu par les vêtements est effectuée par essorage. Le tambour est mis en rotation rapide à une vitesse qui peut être ajustée, selon la nature des pièces à traiter, grâce à un dispositif d'entraînement par moteur à variateur électronique de vitesse. La phase finale de séchage met en oeuvre les moyens simultanés de sa réalisation à l'intérieur du tambour, dont on a ramené la vitesse à environ celle du lavage. Peu avant la fin de l'essorage, le système de pompe à chaleur est mis en marche pour pourvoir rapidement aux besoins de chaleur et de froid. Le dispositif de vide, essentiellement la pompe 10, est également mis en marche. Il est alors nécessaire d'isoler la capacité 1 de l'extérieur, ce qui exige la fermeture des vannes 21, 22, 24. D'autre part, la vanne 26 est fermée tandis que les vannes 25, 27 et 28 sont ouvertes. Le vide s'établit ainsi rapidement dans les équipements en amont de la pompe 10, c'est-à-dire les parties 1, 5, 6, 7 et 8 de l'ensemble. Sous l'action simultanée du vide et de l'apport de chaleur, directement à la surface du tambour 2, le solvant contenu dans les vêtements commence à se vaporiser. Ce phénomène est alors accéléré par le déclenchement de l'injection de vapeur commandée par la vanne automatique 29, et introduite dans la machine au travers du réchauffeur 3. Le déclenchement de l'injection de vapeur est réglé pour une pression qui peut être comprise entre 1,5 et 5.103 Pa, suivant les cas, le débit pouvant être ajusté par un orifice calibré, ou tout autre dispositif équivalent. L'accélération de l'extraction ainsi obtenue résulte de la modification du régime d'équilibre des vapeurs, et d'effets mécaniques accompagnés d'échauffes thermiques en marge de l'azéotropie. Les vapeurs issues de 1 et 2 sont arrêtées pour la majeure partie (environ 90 %) dans le condenseur 7. La température de refroidissement est fonction du réglage du détendeur 31 alimentant l'évaporateur 19. La capacité de réception des condensats 8 est munie d'un voyant de contrôle permettant de suivre le déroulement du séchage. Dans le dispositif représenté, la pompe 10 est une pompe à anneau liquide fonctionnant en circuit fermé, pourvue d'un séparateur de fluides 12 du type cyclone refroidi par l'évaporateur 17 alimenté à partir du détendeur 32. Une certaine quantité de solvant est arrêtée dans le séparateur 12 et sera évacuée en fin d'opération vers le décanteur 14. Le solvant sera finalement retourné vers les réservoirs de stockage de la machine, non représentés ici. La fin du séchage, visible à L'observation du voyant de contrôle de 8, est enregistrée également en ce point et pourra commander l'arrêt de l'injection de vapeur, puis de la pompe à vide. La capacité à volume variable 4 a été remplie pendant la phase de séchage, avec l'air extrait de 1 notamment, l'excédent de gaz provenant des fuites, par exemple, peut s'échapper par la soupape 32. Le séchage étant terminé, l'ouverture de la vanne 21 entre 4 et 1 permet de rétablir la pression atmosphérique dans la machine et son ouverture pour le déchargement des vêtements, marquant la fin du cycle. La séquence des opérations qui viennent d'être décrites illustre une mise en oeuvre du procédé. De nombreuses variantes peouvent être utilisées dans le cadre du procédé. Ces opérations peuvent être commandées par un programmateur permettant différents réglages en fonction des besoins particuliers de l'utilisateur. Une petite quantité de solvant, inférieure à 100 g par cycle, est retenue par l'adsorbeur à charbon actif 13. L'élimination du solvant contenu dans l'adsorbeur peut être effectuée tous les 20 cycles au moins suivant des techniques et modes opératoires connus de l'homme du métier et n'exigeant pas de description spécifique. Le procédé et sa mise en oeuvre qui viennent d'être décrits s'appliquent sans changement notable à l'utilisation de différents solvants : solvants organiques chlorés, hydrocarbures et leurs dérivés et éventuellement mélanges aqueux, ce qui constitue un avantage considérable du procédé de l'invention qui peut fonctionner dans des conditions satisfaisantes avec d'autres solvants du type "hydrocarbures", tel que l'undécane, qui pourraient bien remplacer les solvants chlorés dans l'avenir. Avec ces solvants, peu volatils, il est nécessaire de s'écarter du régime azétropique pour éviter une trop grande consommation de vapeur, ce qui constitue un autre avantage tout particulier en faveur du procédé de la présente invention. Bien entendu, le mode de réalisation de l'invention tel que représenté sur la figure 1 peut être modifié et faire l'objet d'un certain nombre de variantes. A titre d'exemples de telles variantes, on pourra, par exemple, modifier l'agencement du condenseur primaire qui pourra, par exemple, être séparé du groupe de filtres, les groupes de filtres pouvant, par exemple, être associés et séparés du condenseur primaire. Le réservoir souple 4 destiné dans l'installation décrite à recevoir intermédiairement les gaz pourra être omis de l'installation, dans la mesure où l'épuration antérieure des vapeurs émises a été suffisante. Par ailleurs, bien que le dispositif de pompe à chaleur présente un intérêt notable, il est possible que, dans certains cas, celui-ci ne soit pas demandé pour des raisons de simplicité ou de coût d'investissement. REVENDICATIONS 1. Procédé de nettoyage en milieu liquide de pièces d'étoffes ou de vêtements, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de séchage sous vide réalisée sous une pression comprise entre 1,5.103 et 5.103 Pa en présence de vapeur destinée à servir de vecteur pour l'élimination dudit liquide et injectée sous une pression comprise entre 104 et 1,5.104 Pa. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de séchage est réalisée à une température comprise entre 35 et 50il. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi de l'enceinte dans laquelle est réalisé de séchage est portée durant cette étape à une température entre 40 et 55'C. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite vapeur est de la vapeur d'eau. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite vapeur est surchauffée à une température comprise entre 80 et 1500C avant son injection. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite vapeur est injectée dans l'enceinte de séchage dès que le vide atteint une valeur comprise entre 1,5 et 5.103 Pa. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre une différence des températures des parties chaudes et des parties froides de l'installation complète de nettoyage comprise entre 50 et 60il. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on réalise l'étape de séchage dans le cadre d'un système bivariant permettant de choisir pour une pression donnée la température et la proportion de vapeur injectée pendant ladite étape. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit milieu liquide est constitué d'un solvant organique. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit solvant organique est un solvant chloré, de préférence le perchloréthylène. 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit solvant est un hydrocarbure, par exemple, de C8 à C12, saturé ou non, tel que l'undécane, ou un dérivé de ces hydrocarbures tel qu'un ester ou un alcool, mélangé ou non à de l'eau et susceptible de convenir pour le nettoyage. 12. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle comprend une enceinte étanche de séchage (1) comprenant un tambour rotatif (2) et des moyens permettant de réaliser un vide compris entre 1,5.103 et 5.103 Pa dans ladite enceinte pendant l'étape de séchage, ainsi que des moyens de fourniture et d'injection de vapeur dans ladite enceinte. 13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que lesdits moyens permettant d'établir ledit vide sont constitués d'une pompe à vide (10) et d'un éjecteur à air (11) placé sur le dispositif d'aspiration de ladite pompe à vide. 14. Installation selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce que la pompe à vide (10) est une pompe à anneau liquide fonctionnant en circuit fermé. 15. Installation selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisée en ce que ledit tambour rotatif (2) est pourvu d'un dispositif de chauffage. 16. Installation selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de foumiture et d'injection de vapeur basse pression surchauffée dans le tambour. 17. Installation selon l'une des revendications 12 à 16, caractérisée en ce que les moyens de chauffage et de refroidissement sont fournis par l'intermédiaire d'un système de pompe à chaleur. 18. Installation selon la revendication 17, caractérisée en ce que le système de pompe à chaleur comprend: - un compresseur (18) - un générateur de chaleur (15). 19. Installation selon la revendication 18, caractérisée en ce que ledit générateur de chaleur (15) fournit - de la vapeur en basse pression, comprise entre 0,8 et 2.104 Pa qui est réchauffée par le réchauffeur (3) avant injection dans la machine (1) - de l'eau chaude mise en circulation par la pompe (20) dans un circuit destiné au chauffage de la surface du tambour (2).