Brevet FR2785372A1 — publié le 20000505

Procédé et installation de séchage d'une masse de matière fibreuse. La présente invention concerne un procédé et une installation de séchage d'une masse de matière fibreuse, notamment du linge humide après lavage. Le brevet CLODIC FR 96 02 895 déposé le 7 mars 1996 au nom de ARMINES décrit un procédé de séchage du linge par vapeur d'eau surchauffée. Dans ce procédé, la vapeur d'eau surchauffée (VES) échange sa chaleur avec du linge dont 1'eau s'évapore à 100 C puis cette eau est condensée sur un condenseur pour maintenir la pression constante dans le circuit et en meme temps permettre une nouvelle surchauffe de la vapeur. Cette vapeur est mise en mouvement par un ventilateur. Ce procédé de séchage par VES permet d'améliorer l'efficacité énergétique globale d'environ 20 % (passage d'une consommation de 0,7 kWh/kg de coton sec, consommation typique des meilleurs sèche linge actuels, à moins de 0,55 kWh/kg de coton sec). La présente invention a pour objet d'améliorer les performances énergétiques de ce procédé selon l'art antérieur, aussi avantageux soit il. L'objectif visé est une diminution de la consommation énergétique d'environ 40 % comparativement à la consommation avec la seule VES. La consommation selon le procédé de la présente invention est d'environ 0,33 kWh/kg de coton sec. Pour atteindre cet objectif le procédé selon l'invention comprend l'étape de faire passer à travers la masse de matière fibreuse située dans la zone de séchage de la vapeur d'eau surchauffée, aux fins d'extraire de la matière fibreuse, par évaporation, sous forme de vapeur d'eau, l'humidité qu'elle contient. Puis de récupérer la chaleur de condensation de la vapeur d'eau extraite de la matière fibreuse pour produire au moins en partie la surchauffe de la vapeur d'eau circulante. Selon une première variante de réalisation, pour récupérer la chaleur de condensation de la vapeur d'eau extraite de la matière fibreuse, -on prélève une fraction de la vapeur d'eau à la sortie de la zone de séchage, puis -on comprime, notamment par compression isentropique, ladite fraction prélevée avant de l'introduire dans un condenseur situe à l'entrée de la zone de séchage. Grâce à ce procédé, la condensation dans le condenseur de la fraction prélevée fournit l'énergie calorifique nécessaire pour surchauffer la vapeur d'eau à l'entrée de la zone de séchage. Avantageusement, on comprime la fraction prélevée à une pression telle que la température de condensation dans le condenseur soit comprise entre 135 C et 170 C. Dans ces conditions, la vapeur d'eau à l'entrée de la zone de séchage est surchauffée dans une gamme de température comprise entre 130 C et 165 C. Avantageusement également, dans le cas de cette variante de réalisation, on contrôle la quantité de vapeur d'eau prélevée à la sortie de la zone de séchage au moyen d'une sonde thermique située à l'entrée de la zone de séchage. Cette sonde thermique actionne une vanne modulante montée sur le circuit de prélèvement. Si la température est insuffisante, la vanne modulante s'ouvre davantage et le circuit de prélèvement détourne une plus grande quantité de vapeur d'eau. Réciproquement, si la température est trop élevée, la vanne modulante se ferme proportionnellement et le circuit de prélèvement détourne une moins grande quantité de vapeur d'eau. Avantageusement également, dans le cas de cette variante de réalisation, on utilise l'énergie calorifique de 1'eau chaude sortant du condenseur pour calorifuger la zone de séchage. Selon une autre variante de réalisation, pour récupérer la chaleur de condensation de la vapeur d'eau extraite de la matière fibreuse, on utilise un circuit de pompe à chaleur mettant en oeuvre un fluide à changement de phase tel que 1'eau. De préférence, dans le cas de cette variante de réalisation, on vaporise le fluide à changement de phase dans un évaporateur condenseur traversé par la vapeur d'eau sortant de ladite zone de séchage. Une fraction de la vapeur d'eau sortant de la zone de séchage est corrélativement condensée sur l'évaporateur condenseur. De préférence également, dans le cas de cette variante de réalisation, on comprime, notamment par compression isentropique, le fluide à changement de phase, à l'état vapeur, à sa sortie de l'évaporateur condenseur. 11 est ensuite introduit dans un condenseur situe à l'entrée de la zone de séchage. Grâce à ce procédé, la condensation dans le condenseur du fluide à changement de phase fournit l'énergie calorifique nécessaire pour surchauffer la vapeur d'eau à l'entrée de la zone de séchage. Avantageusement, on comprime le fluide à changement de phase à une pression telle que la température de condensation dans le condenseur est comprise entre 135 C et 170 C. Dans ces conditions, la vapeur d'eau à l'entrée de la zone de séchage est surchauffée dans une gamme de température comprise entre 130 C et 165 C. Avantageusement également, on contrôle le débit du fluide à changement de phase dans le circuit de la pompe à chaleur au moyen d'une sonde thermique, située à l'entrée de la zone de séchage. Cette sonde thermique actionne une vanne modulante montée sur le circuit de la pompe à chaleur. Si la température est insuffisante la vanne modulante s'ouvre davantage et le débit dans le circuit de la pompe à chaleur augmente. Si la température est trop élevée la vanne modulante se ferme davantage et le débit dans le circuit de la pompe à chaleur diminue. L'invention concerne également une installation de séchage d'une masse de matière fibreuse humide, notamment d'une masse de linge. Ladite masse de matière fibreuse est située dans une zone de séchage, se présentant notamment sous la forme d'un tambour rotatif. L'installation comprend un circuit d'alimentation, alimentant en vapeur d'eau surchauffée la zone de séchage. Le flux de vapeur d'eau surchauffée permet d'extraire de la matière fibreuse, par évaporation, sous forme de vapeur d'eau, l'humidité qu'elle contient. L'installation comprend en outre un circuit de récupération de la chaleur de condensation de la vapeur d'eau extraite de la matière fibreuse. Ce circuit de récupération est destiné à produire, au moins en partie, la vapeur d'eau surchauffée. Selon une première variante de réalisation, le circuit de récupération, destiné à récupérer la chaleur de condensation de la vapeur d'eau extraite de la matière fibreuse, comprend : -une vanne permettant de dériver une fraction de la vapeur d'eau à la sortie de la zone de séchage, -un compresseur comprimant, notamment de manière isentropique, ladite fraction dérivée, -un condenseur situé, en aval du compresseur, à l'entrée de la zone de séchage. La condensation dans ledit condenseur de ladite fraction dérivée fournit l'énergie calorifique nécessaire pour surchauffer la vapeur d'eau à l'entrée de la zone de séchage. Avantageusement, le compresseur comprime la fraction dérivée à une pression telle que la température de condensation dans le condenseur est comprise entre 135 C et 170 C. Dans ces conditions, la vapeur d'eau à t'entrée de la zone de séchage est surchauffée dans une gamme de température comprise entre 130 C et 165 C. De préférence, ladite vanne est une vanne modulante thermostatique actionnée par une sonde thermique située à l'entrée de la zone de séchage. Si la température est insuffisante la vanne modulante thermostatique s'ouvre davantage et le circuit de récupération détourne une plus grande quantité de vapeur d'eau. Réciproquement, si la température est trop élevée, la vanne modulante thermostatique se ferme davantage et le circuit de récupération détourne une moins grande quantité de vapeur d'eau. Avantageusement, un circuit calorifuge, parcouru par 1'eau chaude sortant dudit condenseur, entoure au moins en partie la zone de séchage. Selon une autre variante de réalisation de l'installation de séchage, le circuit de récupération destiné à récupérer la chaleur de condensation de la vapeur d'eau extraite de la matière fibreuse, comprend un circuit de pompe à chaleur parcouru par un fluide à changement de phase tel que 1'eau. De préférence dans le cas de cette variante de réalisation, le circuit de pompe à chaleur comprend en outre un évaporateur condenseur traversé par la vapeur d'eau sortant de ladite zone de séchage. Cet évaporateur condenseur vaporise le fluide à changement de phase. Corrélativement, une fraction de la vapeur d'eau sortant de la zone de séchage se condense dans l'évaporateur condenseur. De préférence également, le circuit de pompe à chaleur comprend en outre, en aval dudit évaporateur condenseur, un compresseur comprimant, notamment de manière isentropique, le fluide à changement de phase. Ce fluide est à l'état vapeur. II est ensuite introduit dans un condenseur situé à l'entrée de la zone de séchage. La condensation dans le condenseur du fluide à changement de phase fournit l'énergie calorifique nécessaire pour surchauffer la vapeur d'eau à l'entrée de la zone de séchage. Avantageusement, dans le cas de cette variante de réalisation, le compresseur comprime le fluide à changement de phase à une pression telle que la température de condensation dans le condenseur est comprise entre 135 C et 170 C. Dans ces conditions, la vapeur d'eau à l'entrée de la zone de séchage est surchauffée dans une gamme de température comprise entre 130 C et 165 C. De préférence, le circuit de pompe à chaleur, comprend en outre une sonde thermique, située à l'entrée de la zone de séchage. Cette sonde thermique actionne une vanne modulante thermostatique montée sur le circuit de la pompe à chaleur. Si la température est insuffisante, la vanne modulante thermostatique s'ouvre davantage et le débit dans le circuit de la pompe à chaleur augmente. Réciproquement, si la température est trop élevée la vanne modulante thermostatique se ferme davantage et le débit dans le circuit de la pompe à chaleur diminue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de variantes de réalisation de l'invention, données à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et de : -la figure 1 qui représente le schéma d'une première variante de réalisation d'une installation de séchage ; -la figure 2 qui représente une deuxième variante de réalisation. L'enseignement du CLODIC FR 96 02895 est incorporé ici par référence. En effet, il décrit la structure mécanique de la zone de séchage et ses variantes de réalisation. Il décrit également, la phase transitoire de démarrage de l'installation, notamment comment la vapeur d'eau surchauffée est substituée à l'air dans la zone de séchage. On va maintenant décrire la figure 1. La variante réalisation représentée sur la figure 1 est basée sur un principe général appelé recompression mécanique de vapeur. La vapeur sortant du tambour 1 contenant le linge à sécher est entraînée par le ventilateur 2. Typiquement, pour un séchage domestique la masse de linge à sécher est de l'ordre de 5 kg et la masse d'eau à extraire est de l'ordre de 3,5 kg. Pour des sèches linge industriels pour lesquels l'invention est aussi applicable, la masse de linge peut tre de plusieurs centaines de kilos, le linge peut soit tre placé dans un tambour soit circulé au défilé. La quantité de linge à sécher ne change rien au procédé qui est tout aussi applicable à des installations de grande taille. En effet, les variables température et pression sont des variables intensives. La vapeur sortant du tambour 1 est à une température d'environ 102 C et sous une pression de 1 bar. Une partie de la vapeur sortant du tambour 1 passe par un circuit 3. Le circuit 3 comprend un compresseur 4. Ce compresseur 4 comprime, de manière isentropique, la vapeur prélevée à des pressions comprises, selon le cas, entre 3,1 bar et 7,9 bar. Les températures correspondant à ces pressions sont, à la sortie du compresseur 4, comprises entre 220 C et 320 C. Cette vapeur se condense dans un condenseur 6 disposé à l'intérieur d'un caisson 5, situé à l'entrée du tambour 1. Pour des pressions comprises entre 3,1 bar et 7,9 bar, les températures de condensation se situent entre 135 C et 170 C. Le caisson 5 reçoit, via le circuit 7, le débit complémentaire de vapeur mis en mouvement par le ventilateur 2. Ce débit complémentaire de vapeur est typiquement à une température de 100 C et se réchauffe sur la surface du condenseur 6 où la vapeur sous pression est à une température variable entre 135 C et 170 C. La vapeur entre dans le tambour 1 à une température variant entre 130 et 165 C, sous une pression de 1 bar. Une vanne modulante 8 est située en amont du compresseur 4. Elle permet d'ajuster le débit de vapeur prélevé. La modulation est effectuée à partir des indications de la sonde de température 9 qui mesure la température de la vapeur, dans le caisson 5 à l'entrée du tambour 1. Si la température est trop élevée, la vanne modulante 8 diminue le débit. Si la température est trop faible la vanne modulante 8 s'ouvre davantage. Le débit de vapeur prélevée et passant par le circuit 3 correspond exactement à la vapeur d'eau extraite du linge. A la sortie du condenseur 6,1'eau condensée est à une température variant entre 135 C et 170 C sous une pression variant entre 3,1 bar et 7,9 bar. Un détendeur 10 permet de détendre le condensat jusqu'à la pression atmosphérique avant de l'évacuer vers l'extérieur 11. Dans le cas de certaines variantes de réalisation, cette eau à température élevée peut tre utilisée pour calorifuger le tambour 1. On va maintenant décrire la figure 2 qui représente une autre variante de réalisation. On reconnaît certains des organes décrits en se référant à la figure 1, notamment le tambour 1 contenant le linge humide à sécher (environ 5 kg de linge et 3,5 kg d'eau), le ventilateur 2, le circuit 7 recyclant la vapeur sortant du tambour 1 à l'entrée de celui-ci (dans le caisson 5). Ils portent les mmes références numériques. Dans le cas de cette variante, la vapeur d'eau extraite du linge humide n'est plus dérivée dans un circuit 3. Pour condenser la quantité d'eau extraite du linge et récupérer la chaleur de condensation, on utilise un circuit de pompe à chaleur 20 parcouru par un fluide à changement de phase. Dans le cas décrit, ce fluide à changement de phase est de 1'eau. Comme on va le voir, la chaleur de condensation est extraite par évaporation du fluide à changement de phase. Le fluide à changement de phase est comprimé par un compresseur 21. A la sortie du compresseur 21, selon le cas, la pression varie entre 3,1 bar et 7,9 bar. La compression est une compression de type isentropique. La température à la sortie du compresseur 21 varie, selon le cas, entre 220 C et 320 C. Le fluide à changement de phase (de la vapeur d'eau) circulant dans le circuit 20 de pompe à chaleur est ensuite condensé dans un condenseur 22 situé dans le caisson 5. Pour des pressions comprises entre 3,1 bar et 7,9 bar, les températures de condensation de la vapeur d'eau se situent entre 135 C et 170 C. L'eau condensée sort donc du condenseur 22 à des températures comprises entre 135 C et 170 C sous des pressions comprises entre 3,1 bar et 7,9 bar. L'eau condensée est ensuite détendue dans un détendeur 23. A la sortie du détendeur 23, on obtient un mélange diphasique eau-vapeur d'eau, à une température de 98 C sous une pression de 0,94 bar. Le mélange diphasique pénètre dans l'évaporateur condenseur 24 contenu dans un caisson 25. Dans l'évaporateur condenseur 24 le mélange diphasique est vaporisé à température et pression constante. En effet, le caisson 25 reçoit la vapeur d'eau sortant du tambour 1, via le circuit 7. Or, la température de la vapeur à la sortie du tambour 1 est typiquement de l'ordre de 102 C. L'écart de température est suffisant pour vaporiser totalement le mélange diphasique. Seule une partie de la vapeur circulant dans le circuit 7 se condense 26 dans le caisson 25, en passant sur la surface de l'évaporateur condenseur 24. On récupère ainsi la chaleur de condensation de 1'eau extraite du linge humide. La partie non condensée a une température voisine de 100 C. Elle pénètre dans le caisson surchauffeur 5 contenant le condenseur 22. Le condenseur 22 est, rappelons-le, parcouru par le fluide à changement de phase à une température comprise, selon le cas, entre 135 C et 170 C. La température de la vapeur d'eau surchauffée est donc portée entre 130 C et 165 C après son passage sur le condenseur 22, avant d'entrer dans le tambour 1. L'ajustement de la température de condensation se fait par modulation d'une vanne modulante 27 qui laisse passer plus ou moins de vapeur selon les indications de la sonde de température 28 placée dans le caisson 5 à l'entrée du tambour 1. Comme décrit précédemment, si la température de la vapeur surchauffée est trop basse après passage sur le condenseur 22 alors la vanne 27 laisse passer plus de vapeur dans le circuit 20 de pompe à chaleur et inversement si la température est trop élevée. Revendications. 1. Procédé de séchage d'une masse de matière fibreuse humide, notamment d'une masse de linge, située dans une zone de séchage (1), ledit procédé comprenant les étapes : -de faire passer (2,7) à travers la masse de matière fibreuse située dans ladite zone de séchage (1) de la vapeur d'eau surchauffée, aux fins d'extraire de la matière fibreuse, par évaporation, sous forme de vapeur d'eau, l'humidité qu'elle contient, -de récupérer la chaleur de condensation de la vapeur d'eau extraite de la matière fibreuse pour produire au moins en partie ladite vapeur d'eau surchauffée. 2. Procédé selon la revendication 1, tel que pour récupérer la chaleur de condensation de la vapeur d'eau extraite de la matière fibreuse, -on prélève (3) une fraction de la vapeur d'eau à la sortie de la zone de séchage (1), -on comprime (4), notamment par compression isentropique, ladite fraction prélevée avant de l'introduire dans un condenseur (6) situé à t'entrée de la zone de séchage (1), de sorte que la condensation dans ledit condenseur (6) de ladite fraction prélevée fournit l'énergie calorifique nécessaire pour surchauffer la vapeur d'eau à t'entrée de la zone de séchage. 3. Procédé selon la revendication 2, tel que -on comprime (4) la fraction prélevée à une pression telle que la température de condensation dans le condenseur soit comprise entre 135 C et 170 C, de sorte que la vapeur d'eau à l'entrée de la zone de séchage est surchauffée dans une gamme de température comprise entre 130 C et 165 C. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, tel que -on contrôle la quantité de vapeur d'eau prélevée à la sortie de la zone de séchage au moyen d'une sonde thermique (9), située à l'entrée de la zone de séchage, actionnant une vanne modulante (8) montée sur un circuit de prélèvement (3), de sorte que si la température est insuffisante, la vanne modulante s'ouvre davantage et le circuit de prélèvement détourne une plus grande quantité de vapeur d'eau, et réciproquement si la température est trop élevée. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, tel que -on utilise l'énergie calorifique de 1'eau chaude sortant dudit condenseur (6) pour calorifuger la zone de séchage. 6. Procédé selon la revendication 1, tel que pour récupérer la chaleur de condensation de la vapeur d'eau extraite de la matière fibreuse, -on utilise un circuit (20) de pompe à chaleur mettant en oeuvre un fluide à changement de phase tel que 1'eau. 7. Procédé selon la revendication 6, tel que -on vaporise le fluide à changement de phase dans un évaporateur condenseur (24) traversé par la vapeur d'eau sortant de ladite zone de séchage (1), de sorte qu'une fraction de la vapeur d'eau sortant de la zone de séchage se condense. 8. Procédé selon la revendication 7, tel que -on comprime (21), notamment par compression isentropique, le fluide à changement de phase à l'état vapeur à la sortie dudit évaporateur condenseur (24), avant de l'introduire dans un condenseur (22) situé à l'entrée de la zone de séchage (1), de sorte que la condensation dans ledit condenseur (22) dudit fluide à changement de phase, fournit l'énergie calorifique nécessaire pour surchauffer la vapeur à l'entrée de la zone de séchage. 9. Procédé selon la revendication 8, tel que -on comprime (21) le fluide à changement de phase à une pression telle que la température de condensation dans le condenseur (22) est comprise entre 135 C et 170 C, de sorte que la vapeur d'eau à l'entrée de la zone de séchage est surchauffée dans une gamme de température comprise entre 130 C et 165 C. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, tel que -on contrôle le débit du fluide à changement de phase dans le circuit de la pompe à chaleur au moyen d'une sonde thermique (28), située à l'entrée de la zone de séchage (1), actionnant une vanne modulante (27) montée sur le circuit (20) de pompe à chaleur, de sorte que si la température est insuffisante la vanne modulante s'ouvre davantage et le débit dans le circuit de la pompe à chaleur augmente, et réciproquement si la température est trop élevée. 11. Installation de séchage d'une masse de matière fibreuse humide, notamment d'une masse de linge ; ladite masse de matière fibreuse étant située dans une zone de séchage (1) ; ladite installation : -un circuit d'alimentation (3,7) alimentant en vapeur d'eau surchauffée la zone de séchage, aux fins d'extraire de la matière fibreuse, par évaporation, sous forme de vapeur d'eau, l'humidité qu'elle contient, -un circuit de récupération (3,6,20) de la chaleur de condensation de la vapeur d'eau extraite de la matière fibreuse ; ledit circuit de récupération étant destiné à produire au moins en partie ladite vapeur d'eau surchauffée. 12. Installation de séchage selon la revendication 11, telle que le circuit de récupération (3), destiné à récupérer la chaleur de condensation de la vapeur d'eau extraite de la matière fibreuse, comprend -une vanne (8) permettant de dériver une fraction de la vapeur d'eau à la sortie de la zone de séchage (1), -un compresseur (4) comprimant, notamment de manière isentropique, ladite fraction dérivée, -un condenseur (6) situé, en aval du compresseur (4), à l'entrée de la zone de séchage (1), de sorte que la condensation dans ledit condenseur (6) de ladite fraction dérivée fournit l'énergie calorifique nécessaire pour surchauffer la vapeur d'eau à l'entrée de la zone de séchage (1). 13. Installation de séchage selon la revendication 12 telle que -ledit compresseur (4) comprime la fraction dérivée à une pression telle que la température de condensation dans le condenseur soit comprise entre 135 C et 170 C, de sorte que la vapeur d'eau à l'entrée de la zone de séchage est surchauffée dans une gamme de température comprise entre 130 C et 165 C. 14. Installation de séchage selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13, telle que : -ladite vanne (8) est une vanne modulante thermostatique actionnée par une sonde thermique (9) située à l'entrée de la zone de séchage (1), de sorte que si la température est insuffisante, la vanne modulante thermostatique s'ouvre davantage et le circuit de récupération détourne une plus grande quantité de vapeur d'eau, et réciproquement si la température est trop élevée. 15. Installation de séchage selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, telle que -un circuit calorifuge, parcouru par 1'eau chaude sortant dudit condenseur, entoure au moins en partie la zone de séchage (1). 16. Installation de séchage selon la revendication 11, telle que le circuit de récupération, destiné à récupérer la chaleur de condensation de la vapeur d'eau extraite de la matière fibreuse, comprend -un circuit (20) de pompe à chaleur parcouru par un fluide à changement de phase tel que 1'eau. 17. Installation de séchage selon la revendication 16, telle que le circuit de pompe à chaleur, comprend en outre -un évaporateur condenseur (24) traversé par la vapeur d'eau sortant de ladite zone de séchage (1) et vaporisant le fluide à changement de phase, de sorte qu'une fraction de la vapeur d'eau sortant de la zone de séchage se condense dans l'évaporateur condenseur (24). 18. Installation de séchage selon la revendication 17, telle que le circuit (20) de pompe à chaleur comprend en outre, en aval dudit évaporateur condenseur, -un compresseur (21) comprimant, notamment de manière isentropique, le fluide à changement de phase à l'état vapeur, avant de l'introduire dans un condenseur (22) situé à l'entrée de la zone de séchage (1), de sorte que la condensation dans ledit condenseur, dudit fluide à changement de phase, fournit l'énergie calorifique nécessaire pour surchauffer la vapeur à l'entrée de la zone de séchage (1). 19. Installation de séchage selon la revendication 18, telle que -ledit compresseur comprime le fluide à changement de phase à une pression telle que la température de condensation dans le condenseur (22) est comprise entre 135 C et 170 C, de sorte que la vapeur d'eau à l'entrée de la zone de séchage (1) est surchauffée dans une gamme de température comprise entre 130 C et 165 C. 20. Installation de séchage selon l'une quelconque des revendications 16 à 19, telle que le circuit (20) de pompe à chaleur comprend en outre, -une sonde thermique (28), située à l'entrée de la zone de séchage, actionnant une vanne modulante thermostatique (27) montée sur le circuit (20) de pompe à chaleur, de sorte que si la température est insuffisante la vanne modulante thermostatique (27) s'ouvre davantage et le débit dans le circuit (20) de pompe à chaleur augmente, et réciproquement si la température est trop élevée.