Brevet FR2780491A1 — publié le 19991231

La présente invention concerne un procédé de séchage par traitement de l'air en circuit fermé et dispositif de mise en oeuvre. Il s'agit d'un procédé de séchage artificiel par déshydratation de l'air en circuit fermé, avec récupération de l'énergie et sans émission de gaz carbonique. Ce séchage peut être appliqué à de nombreux produits agro-alimentaires en vrac tels que:légumes secs, plantes aromatiques ou médicinales céréales châtaignes,etc. La présente application a été expérimentée pour le séchage des noix et ceci durant 9 saisons. Avant de développer celle-ci, il convient de comparer un cycle de séchage par la méthode actuelle (séchage par un générateur d'air chauffé au gaz) à un cycle de séchage par déshydratation de l'air en circuit fermé. Dans un séchage par générateur d'air chauffé au gaz, l'air est pris à l'extérieur, traverse le brûleur, le produit à sécher, et se trouve rejeté ensuite à l'air libre. Ainsi, les causes de pertes d'énergie sont nombreuses: - génération de vapeur d'eau au niveau de la combustion, soit 1,55 fois le poids du gaz (butane ou propane), qui est ensuite envoyée sur les noix à sécher. Cette cause de perte est relativement faible, environ 3 à 5%. - prise d'air à l'extérieur à une saison, octobre, o l'air est frais et humide (HR moyenne de 80 % et T = 10 à 12 C), d'o la nécessité de chauffer davantage pour baisser l'humidité relative. - l'eau, à l'état liquide dans les noix ne peut être extraite qu'au travers de la phase évaporation, qui absorbe de l'énergie (environ 70 KWH pour 100 litres d'eau évaporée) renvoyée ensuite dans l'atmosphère. - la totalité de l'énergie générée au niveau du brûleur est ainsi rejetée dans l'atmosphère sous forme sensible et latente. - rejet de gaz carbonique dans l'atmosphère ( 3 fois le poids du gaz brûlé). - l'air chauffé, en traversant les noix, baisse en température et se charge en humidité, introduisant ainsi un front de séchage difficile à corriger. Dans la pratique, on réduit l'épaisseur des noix à sécher; certains constructeurs ont introduit un brassage mécanique pour y remédier. Dans un cycle de séchage par traitement de l'air en circuit fermé, l'air circule le long d'un parcours dont on a assuré l'isolation thermique que ce soit dans le déshydrateur, ou dans l'enceinte de séchage des noix. 2 2780491 Les avantages sont les suivants: - le séchage n'est plus tributaire des conditions climatiques extérieures et on bénéficie de l'isolation thermique, réduisant ainsi les pertes en énergie. - le chauffage est fourni par le secteur via le compresseur et le condenseur. - il n'y a pas de rejet de gaz carbonique dans l'atmosphère. - la sécurité et la régulation sont faciles à mettre en oeuvre au travers des sondes de température et d'hygrométrie, car il suffit de couper des circuits électriques de façon automatique ou manuelle, suivant le mode de fonctionnement choisi. - le niveau sonore de l'installation est faible. - le front de séchage est réduit par le fait que l'on commence à extraire de l'eau à des températures basses (environ 15 C). Grâce à l'isolement thermique, ledit front de séchage peut être compensé par l'arrêt du compresseur tout en maintenant la ventilation. La température et l'hygrométrie de l'enceinte de séchage sont alors rendues parfaitement homogènes et ceci par rapport à des seuils de température et d'hygrométrie programmables. - enfin et surtout, l'énergie d'évaporation de l'eau est récupérée dans la phase de condensation réduisant ainsi considérablement la consommation d'énergie. L'invention concerne un ensemble de déshydratation de produits agro- alimentaires. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, cet ensemble comprend deux unités: - une enceinte de séchage 1. - un appareil de déshydratation 2. L'appareil pour la mise en oeuvre est illustré par la figure unique l(voir en annexe). Les deux unités de cet ensemble sont réunies par simple juxtaposition, un joint souple assurant l'étanchéité entre lesdites unités. La circulation de l'air se fait en circuit fermé entre les deux unités 1, 2 et est assurée par des ventilateurs 3,4,5. L'air circule dans l'enceinte étanche de séchage 1, de façon à lui faire traverser de haut en bas, les produits à sécher. Ce même circuit d'air entre en 6 dans le déshydrateur o il est asséché puis chauffé avant réintroduction en 7 dans l'enceinte de séchage. Selon un mode de réalisation de l'invention cet appareil comporte: une enceinte de séchage dont la paroi extérieure 8 est thermiquement isolée; un silo 9, o l'on charge le produit à sécher, dont la section est octogonale et ayant un fond en tôle perforée 10 pour assurer la circulation de l'air; une séparation 11 ayant pour objet de forcer le 3 2780491 passage de l'air sur le produit à sécher, tout en assurant la séparation entre l'air qui entre 7 et l'air qui sort 6. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'appareil comprend: un déshydrater 2 o l'air est déshumidifier puis chauffé. Le circuit de cet air est isolé thermiquement tout au long de son parcours. L'air sortant de l'enceinte de séchage, entre sur un échangeur thermique 12 o il est refroidi puis déshumidifié par condensation de la vapeur d'eau. L'eau résultant de cette condensation est recueillie par gravité dans un bac 13. Ledit circuit d'air traverse ensuite un deuxième échangeur thermique 14 qui le réchauffe. Un compresseur 15 coordonne la liaison entre les échangeurs 12 et 14 déjà cités. Une partie du circuit d'air (non représenté) peut être déviée hors de l'échangeur thermique 12 dans l'éventualité d'un séchage plus poussé. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'appareil comprend une régulation 16 qui assure les signalisations, la sécurité et l'optimisation du cycle de séchage à partir des sondes de température T 17 18 et d'hygrométrie 19. La mise en oeuvre du cycle de séchage se fait par une commande séparée, fonction du choix le mieux adapté. Le panneau de commande présente les fonctionnalités du système qui sont les suivantes: 1 Manuel; - Dans ce cas la température et l'hygrométrie sont signalées mais aucune des valeurs programmées (T HG ATs) ne sont prises en comptes. -2 Automatique sans régulation; Le départ du cycle se fait à l'aide du poussoir "DEPART". Les valeurs programmées T HG et ATs sont prises en compte tout au long du cycle mais ledit cycle ne s'arrête pas. -3 Automatique avec régulation; Identique à 2 mais quand les valeurs de T et HG sont atteintes, le cycle s'arrête. Dans le cas d'un fonctionnement en cycle automatique de séchage, on entre par programmation les paramètres suivants: - T = température à ne pas dépasser. - HG seuil d'hygrométrie o l'on veut arrêter le séchage. - ATs = temps durant lequel on arrête d'extraire de l'eau pour homogénéiser la température et l'hygrométrie dans l'enceinte de séchage. 4 2780491 Ces paramètres peuvent être modifiés pendant le cycle de séchage. Dès la mise sous tension de l'appareil, la température et l'hygrométrie sont signalées et tous les ventilateurs sont alimentés, constituant ainsi un préalable à tout mode de fonctionnement. L'invention concerne un procédé de séchage de produits agro-alimentaires, ce procédé pouvant être mis en oeuvre par l'appareil décrit précédemment. Le procédé va être décrit maintenant en relation avec la figure 1. Le procédé de déshydratation selon l'invention consiste à déposer la matière en vrac (des noix dans notre application) dans le silo 9 situé à l'intérieur de l'enceinte de séchage 1. Le traitement de l'air en circuit fermé (matérialisé par des flèches)donne en 7 de l'air chaud et sec (HG produit ainsi en 6 un courant d'air moins chaud et plus humide. Au contact de l'échangeur thermique 12, l'air étant refroidi de façon optimum, il y a condensation de la vapeur d'eau provenant des noix. Ladite eau, résultant de la condensation et récupérant ainsi l'énergie d'évaporation, s'écoule par gravité dans le bac des condensats 13. Nous obtenons un refroidissement de l'air matérialisé par AT1 20. Il est à remarquer que la quantité d'eau recueillie est une indication précise quant au degré de séchage du produit placé dans le silo 9. Le circuit d'air, refroidi et déshydraté en traversant l'échangeur thermique 12, est ensuite dirigé sur un autre échangeur thermique 14 o il récupère, sous forme sensible, toute l'énergie prélevée en 12 et à laquelle on ajoute l'énergie prélevée au secteur au travers du compresseur 15. Cette énergie est matérialisée par AT2 21 et nous avons toujours, AT2 >à AT1. Grâce à l'isolement thermique tout au long du circuit de l'air et à l'énergie prélevée au secteur, nous obtenons, par effet additif de celleci, une lente élévation de la température de l'air. Ainsi, tout au long du cycle de séchage, nous observons, progressivement, une montée de la température et une régression de l'hygrométrie permettant donc de pousser un séchage en fonction des besoins. Lorsque la température, qui monte lentement, atteint la valeur programmée de T, la régulation introduit un arrêt du chauffage durant un temps programmable ATs. 2780491 Pendant ce temps, la température et l'hygrométrie de l'enceinte de séchage deviennent homogènes, corrigeant ainsi le front de séchage dans l'enceinte de séchage 1. Il est à remarquer que ce procédé de correction du front de séchage n'entraîne aucun investissement supplémentaire quant à la conception de l'appareil. Seul un élément de programmation sera à prendre en compte. Les paramètres T HG et ATs étant programmables et modifiables en cours de cycle, on peut donc conduire un cycle de séchage de façon très progressive et l'adapter à un large éventail de produits. Lorsque les valeurs programmées de T et HG sont atteintes, le séchage est considéré terminé et le voyant "cycle en cours" s'éteint. 6 2780491 REVENDICATIONS 1 Procédé de séchage par traitement de l'air en circuit fermé consistant en la déshydratation des produits à sécher, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - déposer le produit en vrac dans le silo 9 à l'intérieur de l'enceinte de séchage isolée thermiquement. - mettre en oeuvre le cycle de séchage consistant à faire circuler en circuit fermé et sur le produit à sécher, de l'air dont on maîtrise la température et l'hygrométrie par programmation. En traversant ledit produit, l'air se charge de vapeur d'eau, puis est envoyé vers un échangeur thermique sur lequel se condense la vapeur d'eau. L'air ainsi séché puis chauffé est dirigé sur l'entrée de l'enceinte de séchage et à travers le produit à déshydrater. 2. Procédé de déshydratation selon la revendication 1, caractérisé par les étapes suivantes: - programmer dans une première étape les paramètres suivants. T = température maximale à laquelle le produit doit être soumis. HG = hygrométrie de fin de cycle. ATs = temps d'homogénéisation du séchage. - après avoir effectué un premier cycle, programmer de nouveau, si nécessaire dans une deuxième étape, les paramètres T, HG et ATs en vue d'atteindre le séchage final de façon progressive et bien adaptée au produit. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé caractérisé en ce qu'il comprend un panneau de commande pour une conduite de séchage soit: manuelle ou - automatique sans régulation ou - automatique avec régulation, selon le produit à sécher. 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend: une enceinte de séchage 1 isolée thermiquement et juxtaposée au déshydrateur 2. L'étanchéité entre les deux unités est assurée par un joint souple. - un moyen pour provoquer la circulation de l'air 3, de haut en bas, au travers du produit à sécher. 7 2780491 5. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend: - un déshydrateur, thermiquement isolé, à l'intérieur duquel circule l'air à traiter. - des ventilateurs 4 5 provoquant l'écoulement de l'air sortant de l'enceinte de séchage 6 vers l'entrée 7 de ladite enceinte de séchage. un échangeur thermique 12 disposé en premier dans le circuit d'air et refroidissant celui-ci de façon à provoquer la condensation de la vapeur d'eau, laquelle s'écoule ensuite par gravité dans un bac 13. - un compresseur, prélevant l'énergie au secteur et assurant au travers de son cycle thermodynamique les échanges de chaleur optimisés entre les échangeurs 12 14. Ladite énergie ainsi prélevée au secteur, est ajoutée au circuit de l'air via l'échangeur 14 et constitue la source de chauffage. - un échangeur thermique 14 restitue l'énergie prélevée à l'échangeur thermique 12 et y ajoute l'énergie prélevée au secteur pour chauffer l'air avant sa réintroduction dans l'enceinte de séchage 1. -une élévation lente de la température grâce d'une part, à l'isolation thermique tout au long du circuit d'air et à l'effet additif de l'énergie prélevée au secteur. 6. Dispositif selon les revendications 1 2 3 caractérisé en ce qu'il comprend: - une correction du front de séchage, incluse dans la programmation du temps d'homogénéisation du séchage ATs, qui grâce à l'isolation thermique permet de maintenir pratiquement constante l'énergie dans l'enceinte durant le temps ATs. 7. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend: la récupération de l'énergie de la phase évaporation de l'eau du produit à sécher, dans la phase de condensation de ladite vapeur d'eau, réduisant ainsi considérablement la consommation d'énergie. 8. Application du procédé selon la revendication 1 ou 2 au séchage des produits agro-alimentaires.