Brevet FR2913695A1 — publié le 20080919

Dispositif et procédé de séchage de vêtements et de distillation du solvant L'invention concerne un dispositif et un procédé de séchage de vêtements et de distillation de solvant. L'inventeur de la présente invention a fait connaître par le document EP 0 775 225 B1 un procédé et une installation de lavage et de séchage de vêtements comprenant une enceinte étanche de séchage comportant un tambour rotatif et des moyens pour réaliser un vide dans ladite enceinte pendant l'étape de séchage, ainsi que des moyens de fourniture et d'injection de vapeur d'eau dans ladite enceinte pour l'entraînement du solvant. Selon cette invention, il était prévu d'injecter de la vapeur d'eau dans l'enceinte de séchage dès que le vide atteint une valeur comprise entre 150 et 1500 hPa. La pompe à vide utilisée est une pompe à anneau liquide à deux étages associée à un éjecteur à air placé sur le dispositif d'aspiration de la pompe afin d'éviter les phénomènes de cavitation. Le but de la présente invention est d'améliorer les performances du procédé et de l'installation connus. L'invention atteint son but grâce à un dispositif de lavage et de séchage de vêtements imprégnés de solvant, du type comprenant une enceinte étanche de séchage comprenant un tambour rotatif et des moyens pour réaliser un vide dans ladite enceinte pendant l'étape de séchage, ainsi que des moyens de fourniture et d'injection de vapeur d'eau dans ladite enceinte pour l'entraînement du solvant, caractérisé en ce qu'il comprend également : un distillateur de solvant comprenant un bouilleur, un condenseur primaire couplé à un éducteur et à un séparateur, ledit éducteur et ledit séparateur étant associés à une pompe de recirculation pour constituer les moyens de réalisation du vide dans ladite enceinte étanche via le condenseur primaire et une conduite d'extraction reliant ledit condenseur primaire à ladite enceinte, - une pompe à chaleur comprenant un compresseur de fluide frigorigène envoyant le fluide comprimé vers un condenseur de fluide frigorigène formant échangeur thermique pour fournir la chaleur à un générateur de vapeur qui est envoyée d'une part vers le bouilleur du distillateur pour le chauffer et d'autre part vers l'enceinte de séchage pour fournir la vapeur d'entraînement du solvant, le fluide frigorigène condensé étant retourné vers une réserve de fluide frigorigène qui communique avec un évaporateur de fluide frigorigène formant échangeur thermique pour réaliser le condenseur primaire. L'inventeur a fait connaître par le document FR 2 840 542 un distillateur d'effluents liquides permettant d"assurer la régénération, par exemple, du solvant de nettoyage. Ce distillateur connu comprend un bouilleur, un condenseur primaire couplé à un éducteur et à un séparateur, ainsi qu'une pompe à chaleur comprenant un compresseur de fluide frigorigène envoyant le fluide comprimé vers un condenseur de fluide frigorigène formant échangeur thermique pour fournir la chaleur à un générateur de vapeur qui est envoyée vers le bouilleur du distillateur pour le chauffer, le fluide frigorigène condensé étant retourné vers une réserve de fluide frigorigène qui communique avec une évaporateur de fluide frigorigène formant échangeur thermique pour réaliser le condenseur primaire. Le générateur de vide est un éducteur utilisant le solvant comme fluide moteur. La pompe à chaleur fournit la chaleur nécessaire à la vaporisation du solvant et le froid assurant sa condensation à une température qui peut être comprise entre 0 et 10 C. Le mérite de la présente invention est d'avoir reconnu qu'on pouvait combiner le dispositif de séchage connu et le distillateur connu dans une seule installation qui permet le fonctionnement en continu et qui met en commun le groupe énergétique, c'est-à-dire principalement le dispositif de vide, à savoir le dispositif à éducteur, pour servir d'une part dans le circuit du distillateur et d'autre part dans le circuit de séchage afin de réaliser le vide et l'extraction du solvant contenu dans les vêtements à sécher. Cette combinaison n'était pas évidente car les régimes de fonctionnement des deux machines n'étaient pas semblables en principe et il était difficile de penser qu'on pouvait les associer aussi intimement, sans interrompre la distillation. Selon l'invention, la faible tension de vapeur de solvant, notamment un solvant classique comme le perchloréthylène, aux températures entre 0 et 10 C permet le fonctionnement à des pressions inférieures à 15 hPa. L'éducteur utilisé ne comporte pas de pièces en mouvement. Il est associé à la pompe de circulation du fluide moteur qui est par exemple une pompe centrifuge classique. Ce dispositif, couplé avec le condenseur, constitue un générateur de vide à deux étages, simple, fiable et peu coûteux, mieux adapté à l'application que ne l'était la pompe à anneau liquide utilisée précédemment, laquelle devait, comme on l'a dit, être équipée d'un éjecteur à gaz pour éviter la cavitation et devait être nettoyée périodiquement pour éliminer les dépôts dans le corps de pompe. Les caractéristiques d'un éducteur bien choisi permettent d'atteindre des vides de 4 hPa, donnant l'accès à de nouvelles possibilités intéressantes pour le processus de séchage objet de la présente invention grâce notamment à la possibilité d'abaisser considérablement la température de séchage. En permettant le séchage à une température voisine de la température ambiante, il est en effet possible de supprimer les dommages causés aux vêtements avec les procédés habituels de séchage à l'air chaud : retraits, feutrages, plis, etc. Le mécanisme de ces dommages résulte de la structure des matières en jeu. Les fibres textiles, naturelles ou synthétiques, sont constituées de macro-molécules assemblées en une succession de zones amorphes et cristallines. Les zones amorphes comportent des liaisons hydrogène établissant des ponts entre différents sites, structurant ainsi les fibres et leur tenue d'ensemble à l'air libre. En milieu liquide et notamment en présence de molécules d'eau, les liaisons hydrogène sont rompues. Elles vont se reformer lorsque l'eau est éliminée au cours du séchage à l'air et ce processus est à l'origine des rétrécissements et des plis observés. Ce phénomène est encore accentué par la température. Ces liaisons hydrogène se forment quand l'atome d'hydrogène se trouve placé entre deux atomes très électro-négatifs, tels que O, N ou F, atomes porteurs d'une charge négative partielle résultant d'une distribution dissymétrique des électrons (forces de London). Cette liaison est spécifique de l'atome d'hydrogène car il est très petit et sa charge positive est bien localisée. L'énergie de la liaison hydrogène OHùO est relativement faible, environ 20 kJ/Mole comparée à l'énergie de la liaison O-H normale, de 463 kJ/Mole. Intervient également dans le processus l'absorption d'eau par certaines parties des fibres et l'effet de la température qui accentue le retrait. C'est ainsi que les nouvelles possibilités d'effectuer le séchage, pratiquement sans changement de température dans une atmosphère composée essentiellement de molécules d'eau et de solvant, empêchent le retrait et la formation des plis dus aux liaisons hydrogène. Avec le perchloréthylène, sous un vide inférieur ou égal à 15 hPa, la vaporisation a lieu à une température légèrement inférieure à 10 C, correspondant à une température du tissu de 15 à 18 C. Avec les solvants hydrocarbonés de température d'ébullition de l'ordre de 200 C à la pression atmosphérique, le séchage sous un vide d'environ 10 hPa permet grâce à ]!'utilisation de la vapeur d'eau un séchage à une température de l'ordre de 20 C. La possibilité d'opérer le séchage à basse température entraîne d'autres avantages importants, liés également aux faibles chaleurs latentes de vaporisation des solvants : 50 à 60kcal/m2/ C/hr contre 550 pour l'eau. Ces conditions sont telles qu'il n'est plus nécessaire d'avoir recours à un tambour chauffant comme il était prévu dans la première invention citée en tête de cette description. Un simple chauffage par une double enveloppe de l'enceinte de la machine de séchage, avantageusement avec la vapeur basse pression produite par le groupe énergétique de l'ensemble machine/distillateur, suffit pour apporter la chaleur nécessaire à la vaporisation du solvant. Ainsi, du fait que le générateur de vapeur envoie de la vapeur à une enveloppe de chauffage de l'enceinte, on peut utiliser un tambour classique au lieu d'un tambour chauffant ce qui simplifie considérablement la construction et la réalisation des étanchéités nécessaires. Enfin, la possibilité de travailler à une température proche de l'ambiante simplifie aussi la construction en matière d'isolation thermique. Par ailleurs, selon une caractéristique importante de l'invention, les deux échangeurs thermiques utilisés dans la machine sont des échangeurs à plaques. En effet, de tels échangeurs du fait de leurs performances élevées, réduisent les écarts de température nécessaires entre les fluides chauds et les fluides froids, ce qui permet de faire fonctionner l'ensemble avec un rendement accru, puisque le rendement est approximativement inversement proportionnel à cette différence. Les échangeurs à plaques permettent le fonctionnement simultané du distillateur et de la machine de séchage : ils offrent une grande surface sous un volume réduit ce qui permet de les incorporer dans la machine ; de plus, lors du fonctionnement sous vide, il autorisent de grandes vitesses de circulation. L'invention concerne aussi un procédé de séchage de vêtements imprégnés de solvant, dans une enceinte étanche de séchage comprenant un tambour rotatif, du type selon lequel on réalise un vide dans ladite enceinte pendant l'étape de séchage, et l'on fournit et injecte de la vapeur d'eau dans ladite enceinte pour l'entraînement du solvant, caractérisé en ce que : - on utilise un distillateur de solvant comprenant un bouilleur, un condenseur primaire couplé à un éducteur et à un séparateur, et on réalise le vide dans ladite enceinte étanche en utilisant ledit éducteur et le séparateur via le condenseur primaire et une conduite d'extraction reliant ledit condenseur primaire à ladite enceinte, - on utilise une pompe à chaleur comprenant un compresseur de fluide frigorigène envoyant le fluide comprimé vers un condenseur de fluide frigorigène formant échangeur thermique pour fournir la chaleur à un générateur de vapeur qui est envoyée d'une part vers le bouilleur du distillateur pour le chauffer et d'autre part vers l'enceinte de séchage pour fournir la vapeur d'entraînement du solvant (et de préférence chauffer une enveloppe entourant l'enceinte étanche), le fluide frigorigène condensé étant retourné vers une réserve de fluide frigorigène qui communique avec un évaporateur de fluide frigorigène formant échangeur thermique pour réaliser le condenseur primaire. Selon un aspect important de ta présente invention, on applique le vide à l'enceinte de lavage dès l'opération d'essorage qui précède l'opération de séchage proprement dite. En effet la combinaison de ce vide et le chauffage de la double enveloppe de la machine en début d'essorage à une température de 35 à 40 C seulement va entraîner une vaporisation intense du solvant et une intensification de son extraction des vêtements, dès l'essorage. En effet le solvant quitte les vêtements non seulement sous l'action de la force centrifuge mais aussi de l'évaporation consécutive au vide. Il en résulte donc une efficacité accrue et un temps diminué pour parvenir au séchage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique représente de manière schématique un mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention. On y voit une enceinte étanche 1 servant au lavage, à l'essorage et au 35 séchage et comprenant un tambour rotatif 2. L'enceinte 1 est entourée au moins partiellement, sur son pourtour cylindrique, par une enveloppe 3 permettant la circulation de vapeur d'eau de chauffage, introduite par une conduite 4, le condensat s'échappant de l'enveloppe 3 par une conduite 5. Le tambour est destiné à contenir des vêtements imprégnés de solvant introduits par une porte avec hublot. Il est prévu aussi une conduite 6, avec détendeur 6', d'amenée de vapeur à l'intérieur du tambour, cette vapeur étant destinée à l'entraînement du solvant des vêtements. Cette conduite émet au travers de plusieurs buses et dispositifs de guidage non représentés prévus pour que l'injection de vapeur, placée à l'avant du tambour dans sa partie haute, soit bien répartie dans la masse des vêtements en mouvement, sans cheminement raccourci préférentiel. La vapeur et le solvant sont extraits par une conduite d'extraction 7 avec interposition d'un filtre 8. Le corps de la machine est classique avec tous les dispositifs permettant les opérations de lavage et d'essorage. Le tambour est également de conception classique en acier inoxydable de qualité appropriée. La conduite 7 emmène la vapeur et les solvants vers un condenseur primaire 10 puis vers un éducteur 11 suivi d'un séparateur 12 séparant le solvant et l'eau : le solvant condensé est extrait par une conduite 13 pour être recyclé dans le processus de lavage des vêtements ; l'eau est aspirée dans une pompe 14 qui la recycle en circuit fermé par une conduite 15 pour faire fonctionner l'éducteur en lui servant de fluide d'entraînement. On se reportera au document précité FR 2 841 542 pour plus de détails sur la construction de cette partie. L'excédent d'eau provenant de la vapeur récupérée avec le solvant peut être retiré par une conduite 16 rejoignant la conduite 5. On notera que le fonctionnement de l'éducteur entraîne un refroidissement du liquide d'entraînement, ce qui fait qu'il n'est pas nécessaire de prévoir un refroidisseur au niveau du circuit de recirculation. Le condenseur primaire 10 est un échangeur thermique à plaques dans lequel le froid nécessaire à la condensation du solvant et de l'eau est apporté par l'évaporation de fluide frigorigène introduit par une conduite 17 provenant d'une bouteille 18, via un détendeur 19. Le fluide frigorigène évaporé dans l'échangeur thermique 10 est emmené par une conduite 20 vers l'entrée basse pression d'un compresseur 21. De là, le fluide frigorigène comprimé haute pression est envoyé par une 35 conduite 22 vers un condenseur de fluide frigorigène formant échangeur thermique 23 à plaques. Lors de la condensation, le fluide apporte de la chaleur qui est communiquée à de l'eau circulant en permanence dans les conduites 24 et 25 d'un générateur 26 de vapeur basse pression, par thermocirculation (thermosiphon). Le fluide frigorigène est ensuite renvoyé par une conduite 27 vers la bouteille 18 de fluide frigorigène. La vapeur formée dans le générateur 26 de vapeur basse pression est envoyée d'une part dans une conduite 28, avec vanne d'isolement 28', qui alimente les conduites 4 et 6 de l'enceinte de séchage et d'autre part, dans une conduite 29, avec vanne d'isolement 29', alimentant en vapeur une enveloppe 30 de chauffage du bouilleur 31 constituant le distillateur de solvant. La vapeur condensée quitte l'enveloppe 30 par une conduite 32 qui la ramène vers le bouilleur 26. Le distillateur 31 envoie la vapeur de solvant régénéré par une conduite 33 vers l'entrée du condenseur primaire 10, commune avec le solvant entraîné par la vapeur d'eau s'échappant de la machine de séchage. Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant. Le distillateur fonctionne pratiquement en continu. En ce qui concerne la machine, les opérations incluant le séchage se déroulent comme dans les machines classiques. L'essorage est effectué en amorçant en même temps la mise sous vide de la machine. Le solvant s'écoule, à l'état liquide, dans une capacité également sous vide. La vaporisation partielle du solvant recueilli assure le refroidissement de cette capacité et minimise la vaporisation de la partie extraite à l'essorage. Le séchage est effectué ensuite après avoir ramené la vitesse du tambour à celle utilisée pour le lavage. La vapeur d'eau est alors introduite sur les vêtements par la ou les buses terminant la conduite d'amenée 6. Le débit de vapeur d'injection est ajusté en fonction du rôle joué par celle-ci : d'abord préserver l'intégrité des matières textiles par élimination des liaisons hydrogène et abaisser la température de vaporisation du solvant dans toute la mesure nécessaire. Cet abaissement est déjà obtenu par le maintien d'un niveau de vide au plus égal à 15 hPa, ce résultat étant assuré par les caractéristiques de l'évaporateur de Fréon 10 de la pompe à chaleur. Avec le perchloréthylène, la température des vêtements, légèrement supérieure à la température de vaporisation du solvant, reste au voisinage de la température ambiante. Le temps de séchage est de l'ordre de 5 minutes. Avec les solvants à haut point d'ébullition, un ajustement du niveau de vide vers 10 hPa permet de maintenir des conditions analogues à celles du perchloréthylène, pour un temps de séchage d'environ 10 minutes. L'opération de séchage est effectuée sans pour autant interrompre la distillation dont le débit est simplement diminué pendant le temps de la mise sous vide de la machine, enclenchée au début de l'essorage. La mise de la machine à la pression atmosphérique, le cassage du vide, par ouverture d'une vanne non représentée située au niveau de la face avant du tambour, crée un balayage d'air sans effet sur la température et l'état des vêtements nettoyés.15 REVENDICATIONS 1) Dispositif de séchage de vêtements imprégnés de solvant, du type comprenant une enceinte étanche (1) de séchage comprenant un tambour rotatif (2) et des moyens (11, 12) pour réaliser un vide dans ladite enceinte (2) pendant l'étape de séchage, ainsi que des moyens (26, 6) de fourniture et d'injection de vapeur d'eau dans ladite enceinte (1) pour l'entraînement du solvant, caractérisé en ce qu'il comprend également : -un distillateur de solvant comprenant un bouilleur (31), un condenseur primaire (10) couplé à un éducteur (11) et à un séparateur (12), ledit éducteur (12) et le séparateur (12) étant associés à une pompe de recirculation (14) pour constituer les moyens de réalisation du vide dans ladite enceinte étanche (1) via le condenseur primaire (10) et une conduite d'extraction (7) reliant ledit condenseur primaire (10) à ladite enceinte (1), une pompe à chaleur comprenant un compresseur (21) de fluide frigorigène envoyant le fluide comprimé vers un condenseur (23) de fluide frigorigène formant échangeur thermique pour fournir la chaleur à un générateur de vapeur (26) qui est envoyée d'une part vers le bouilleur (31) du distillateur pour le chauffer et d'autre part vers l'enceinte (1) de séchage pour fournir la vapeur d'entraînement du solvant, le fluide frigorigène condensé étant retourné vers une réserve (18) de fluide frigorigène qui communique avec un évaporateur de fluide frigorigène formant échangeur thermique pour réaliser le condenseur primaire (10). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de vapeur (26) envoie de la vapeur à une enveloppe (3) de chauffage de l'enceinte (1). 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les échangeurs thermiques (10, 23) sont des échangeurs à plaques. 4) Procédé de séchage de vêtements imprégnés de solvant, dans une enceinte 35 étanche (1) de séchage comprenant un tambour rotatif (2), du type selonlequel on réalise un vide dans ladite enceinte (2) pendant l'étape de séchage, et l'on fournit et injecte de la vapeur d'eau dans ladite enceinte (1) pour l'entraînement du solvant, caractérisé en ce que : on utilise un distillateur de solvant comprenant un bouilleur (31), un condenseur primaire (10) couplé à un éducteur (11) et à un séparateur (12), et on réalise le vide dans ladite enceinte étanche en utilisant ledit éducteur (12) et le séparateur (12) via le condenseur primaire (10) et une conduite d'extraction (7) reliant ledit condenseur primaire (10) à ladite enceinte (1), on utilise une pompe à chaleur comprenant un compresseur (21) de fluide frigorigène envoyant le fluide comprimé vers un condenseur (23) de fluide frigorigène formant échangeur thermique pour fournir la chaleur à un générateur de vapeur (26) qui est envoyée d'une part vers le bouilleur (30) du distillateur pour le chauffer et d'autre part vers l'enceinte (1) de séchage pour fournir la vapeur d'entraînement du solvant, le fluide frigorigène condensé étant retourné vers une réserve (18) de fluide frigorigène qui communique avec un évaporateur de fluide frigorigène formant échangeur thermique pour réaliser le condenseur primaire (10). 5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on fait débuter l'application du vide dans l'enceinte (1) dès l'opération d'essorage précédant le séchage.