Brevet FR2951816A1 — publié le 20110429

i L'invention concerne le domaine du séchage industriel de matériaux, en particulier mais non limitativement le séchage du bois. L'invention peut s'appliquer au séchage d'autres matériaux tels que carton, paille, etc... Dans l'art antérieur, le séchage industriel se réalise dans des enceintes appelées séchoirs, qui peuvent être fixes ou mobiles, et dans lesquels les matériaux à sécher sont entreposés et déshumidifiés, par un flux d'air mis en circulation dans l'enceinte au moyen d'un ou plusieurs ventilateurs. io L'air circulant dans l'enceinte est chauffé, capte l'humidité du matériau puis est rejeté à l'extérieur. Ces installations donnent satisfaction sur le plan de la déshumidification recherchée mais présentent un certain nombre d'inconvénients que la demanderesse a cherché à éliminer à savoir : 15 - le rejet d'air humide et chaud à l'extérieur de l'enceinte constitue une perte de calories donc un gaspillage d'énergie. - dans le cas où le matériau à sécher à subi un traitement chimique avant séchage, l'air rejeté contient des polluants et nécessite un traitement en aval. Ce traitement peut consister à condenser l'eau 20 et les polluants en sortie de l'enceinte en vue d'une prise en charge par une entreprise spécialisée dans leur stockage et/ou leur élimination. - les moyens de chauffage de l'air de circulation sont des moyens de chauffage direct grands consommateurs d'énergie tels que par 25 exemple brûleurs à gaz, chaudières, batteries à eau chaude par exemple. L'invention vise à palier tous ces inconvénients en proposant un ensemble de séchage formé d'un module de séchage et d'un ventilateur caractérisé en ce que le module est composé d'une chambre tubulaire ouverte au moins partiellement à ses deux extrémités et dont l'axe longitudinal est dans l'alignement de celui du ventilateur de séchage, une pompe à chaleur comportant un condenseur un évaporateur étant installée à l'intérieur de ladite chambre. La pompe à chaleur utilisée peut être une pompe à chaleur à compression frigorifique ou à absorption selon les températures de io séchage requises. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description ci-après faite en référence aux figures annexées suivantes : - figure 1 : schéma de principe d'un module selon l'invention selon 15 une variante de réalisation préférée et non limitative de mise en oeuvre. - figure 2 : schéma de principe de la figure 1 dans lequel les sens de fonctionnement sont modifiés. - figure 3 : schéma d'un exemple de séchoir de l'art antérieur à 20 rénover ou modifier. - figure 4: autre mode de mise en oeuvre d'un module selon l'invention. Le principe de l'invention consiste d'une part à remplacer le moyen de 25 chauffage de l'air de circulation par une pompe à chaleur et d'autre part à faire circuler l'air en circuit fermé à l'intérieur de l'enceinte sans rejet d'air à l'extérieur de celle-ci. Une pompe à chaleur peut être une pompe à chaleur à compression frigorifique ou une pompe à chaleur à absorption. On se rapporte d'abord aux figures 1 et 2 qui sont des schémas de principe ne prenant en compte ni les échelles ni les dimensions respectives des composants d'un module. Une enceinte fermée (1) d'un sécheur comporte un ou plusieurs ventilateurs tels que (2) dans l'axe duquel on place un module de séchage (3). Un module de séchage (3) se compose d'une chambre (4) tubulaire et ouverte au moins partiellement à ses deux extrémités (5) (6) et dont l'axe longitudinal (7) est dans l'alignement de celui du ventilateur. io A l'intérieur de la chambre tubulaire (4) est installée une pompe à chaleur composée classiquement d'un condenseur (8) et d'un évaporateur (9) représentés schématiquement par des modules rectangulaires sur les figures et dans lesquels circulent un fluide caloporteur dont la circulation est assurée par un compresseur (12). 15 Le condenseur et l'évaporateur sont classiquement composés de tubes à ailettes et leur fonctionnement ne nécessite donc pas de description détaillée, et le circuit de circulation du fluide caloporteur n'a pas été dessiné pour la lisibilité des figures, à l'exception de la sortie des condensats par une conduite. 20 Afin de forcer le flux d'air généré par le ventilateur (2) à traverser la chambre (4) on prévoit une manche souple (12) raccordant le ventilateur (2) et l'extrémité de la chambre qui lui fait face. Selon le sens de rotation du ventilateur, le flux d'air peut circuler dans le sens (I) ou le sens (II). Afin de forcer une partie du flux d'air à traverser d'abord l'évaporateur puis 25 le condenseur on a définit les dispositions suivantes : - l'évaporateur et le condenseur forment deux modules disposés parallèlement entre eux et à l'axe (7), placés de part et d'autre du compresseur dans la chambre (4). - un moyen d'obturation (10) obture ou ouvre l'espace en forme de conduit, compris entre l'évaporateur et la paroi de la chambre la plus proche de lui de manière : soit à forcer le flux d'air à traverser l'évaporateur, soit à le laisser passer au moins partiellement selon la position du moyen d'obturation (10). Ce moyen d'obturation (10) est, sur les figures, un volet qui peut pivoter autour d'un axe central (11) perpendiculaire à l'axe (7). Il peut présenter d'autres modes de réalisation par exemple être composé de plusieurs volets ou lames pivotantes. io - deux parois (15, 16) sont disposées perpendiculairement en extrémité du condenseur et de l'évaporateur pour forcer l'air à les traverser successivement. - un déflecteur (17) en forme sensiblement de cône, ou tronc de cône, est placé entre le ventilateur et l'ensemble condenseur- 15 évaporateur, et son profil est approprié pour diminuer ou supprimer les turbulences du flux d'air. Le module de séchage des figures 1 et 2 fonctionne comme suit : Si le ventilateur souffle de l'air chaud et humide extrait de l'enceinte (1) vers le module à travers son extrémités (3), (sens I figure 1) une partie au 20 moins du flux d'air est dirigée à travers l'évaporateur grâce au moyen d'obturation (10) d'où il sort déchargé de son humidité et refroidi, puis à travers le condenseur d'où il sort réchauffé ; puis entraîné vers l'autre extrémité (6) du module. L'air sortant du module s'est déchargé d'une partie de son humidité dans 25 l'évaporateur, sous forme d'eau liquide qui est recueillie dans un bac non représenté puis évacuée par une conduite (18) vers une citerne ou autre non représentée. L'air sortant retourne dans l'enceinte de séchage (1), se charge à nouveau en humidité au contact des matériaux puis est réaspiré par le ventilateur 25 (2) en totalité puisque l'enceinte (1) est fermée. Le cycle d'air se répète jusqu'à l'obtention du degré d'humidité requis. Pour homogénéiser le travail de déshumidification au sein de l'enceinte, il est connu d'alterner à une fréquence déterminée, le sens de rotation du ventilateur de façon à inverser le sens de circulation du flux d'air. La figure 2 montre les mêmes éléments que sur la figure 1 mais avec un sens de circulation inverse. Le changement de position du moyen d'obturation (10) a été commandé par une unité centrale de gestion non représentée et non détaillée car à la io portée de tout technicien éléctronicien. Entre les positions extrêmes symbolisées en figures 1 et 2, le moyen d'obturation peut présenter des positions intermédiaires lorsqu'on veut réguler le taux d'humidité et/ou la pression de l'enceinte (1) à une valeur prédéterminée, il suffit d'adjoindre dans la centrale de gestion une 15 information venant d'un ou plusieurs capteurs placés dans l'enceinte (1) et/ou la chambre (4). On prévoit en outre un capteur détectant la position du moyen d'obturation (10) afin de pouvoir en inverser ou modifier la position en fonction du sens de circulation ou au moment du démarrage du ventilateur, ou en fonction 20 du débit d'air nécessaire à l'obtention du point de rosée dans l'évaporateur. On peut prévoir plusieurs variantes de mise en oeuvre du principe qui vient d'être décrit. Selon un premier mode de mise en oeuvre et pour des constructions de séchoirs neufs on prévoit de proposer des modules de séchage couplés chacun à un ventilateur (2) intégré dans la chambre (4) et équipés d'une manche (13) de liaison, ainsi qu'à une unité complète de commande-gestion des paramètres tels que vitesses, démarrage, arrêt du ventilateur et/ou du compresseur, pressions, températures, paramètre de sécurité, etc... ). Un ou plusieurs modules complets peuvent être installés dans toute enceinte fermée (1). Selon un autre mode de mise en oeuvre et dans le cas de rénovation de séchoirs existants, on prévoit de proposer des modules de séchage sans io ventilateur et comportant des moyens de fixation afin de pouvoir les fixer chacun axialement devant un ventilateur pré-existant dans le séchoir. Par exemple pour la rénovation d'un séchoir (101) dont le moyen de chauffage (103) est défectueux ou trop consommateur d'énergie fossile, et disposant d'une batterie de ventilateurs (102) (figure 3) en sous plafond 15 (106) on peut placer un module dans l'axe de chaque ventilateur et fermer les entrées (105) d'air et chaque cheminée d'extraction (104). Selon une autre variante de mise en oeuvre et pour des séchoirs dans lesquels il n'est pas nécessaire d'alterner le sens de circulation du flux 20 d'air on peut supprimer le moyen d'obturation (10). Selon encore une autre variante de mise en oeuvre le ventilateur peut être disposé entre le condenseur et l'évaporateur en série et sur le même axe (voir figure 4). Sur cette variante l'évaporateur et le condenseur sont 25 utilisés chacun en « batteries » de deux éléments et la chambre (4) tubulaire a une section (AA') circulaire mais pourrait avoir tout autre forme. En outre on prévoit dans l'enceinte (4) une manche (19) à ouverture réglable qui permet de régler le débit d'air en entrée de l'évaporateur pour atteindre le point de rosée des gaz et des ouies (20) latérales à ouverture réglable permettant d'augmenter le débit d'air admis dans le ventilateur pour augmenter le débit d'air dans le condenseur. Dans toutes les variantes présentées ci-dessus, on peut prévoir un ou plusieurs condenseurs ainsi qu'un ou plusieurs évaporateurs en fonction des débits à traiter. Un module à compression travaille normalement sur une plage de températures de 10 à 55° C. Pour des températures plus élevées on remplace le compresseur frigorifique par une pompe à absorption ce qui io permet d'atteindre des températures allant jusqu'à 95° C. Le choix des fluides utilisés dépend des températures demandées par l'utilisateur. Un module selon l'invention peut fonctionner par exemple pour une puissance de 10 Kw sur le compresseur et avec des débits d'air allant de 15 1.000 à 30.000 m3/h avec ou sans pression statique, avec ou sans gaine de ventilation. On peut traiter des débits d'air plus importants en augmentant la puissance de la pompe à chaleur utilisée. Le moyen d'obturation peut être régulé manuellement ou automatiquement selon deux paramètres distincts : sens de rotation du 20 ventilateur et débit d'air. La conduite (18) conduit les condensats dans une citerne où ils pourront être réemployés ou déversés dans l'environnement ou traités s'ils sont chargés en polluants. Le flux d'air étant déshumidifié en circuit fermé à l'intérieur de l'enceinte, le 25 rejet de calories à l'extérieur est supprimé. 25 REVENDICATIONS1. Ensemble de séchage formé d'un module de séchage (3) et d'un ventilateur (2) caractérisé en ce que le module (3) est composé d'une chambre (4) tubulaire ouverte au moins partiellement à ses deux extrémités (5, 6) et dont l'axe longitudinal (7) est dans l'alignement de celui du ventilateur de séchage (2), une pompe à chaleur comportant un condenseur (8) un évaporateur (9) étant installée à l'intérieur de ladite io chambre (4). 2. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on définit les dispositions suivantes : - l'évaporateur et le condenseur forment deux modules disposés 15 parallèlement entre eux et à l'axe (7), placés de part et d'autre du compresseur dans la chambre (4). - un moyen d'obturation (10) obture ou ouvre l'espace en forme de conduit, compris entre l'évaporateur et la paroi de la chambre la plus proche de lui de manière : soit à forcer le flux d'air à traverser 20 l'évaporateur, soit à le laisser passer au moins partiellement selon la position du moyen d'obturation (10), - deux parois (15, 16) sont disposées perpendiculairement en extrémité du condenseur et de l'évaporateur pour forcer l'air à les traverser successivement. 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ventilateur est placé en dehors de la chambre (4), 4. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ventilateur est intégré dans la chambre (4). 5. Ensemble selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'en outre un déflecteur (17) en forme sensiblement de cône, ou tronc de cône, est placé entre le ventilateur et l'ensemble condenseur-évaporateur, et son profil est approprié pour diminuer ou supprimer les turbulences du flux d'air. io 6. Ensemble selon l'une des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que le moyen d'obturation est un volet qui peut pivoter autour d'un axe central (11) perpendiculaire à l'axe (7). 7. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il 15 est commandé par une unité centrale qui gère également automatiquement les changements de positions du moyen d'obturation. 8. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que le ventilateur (2) est disposé à l'intérieur de la chambre (4) et entre le condenseur et 20 l'évaporateur. 9. Ensemble selon la revendication 8 caractérisé en ce que la chambre (4) comporte une manche (19) à ouverture réglable. 25 10. Ensemble selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que la chambre (4) comporte des ouies à ouverture réglables permettant d'augmenter le débit d'aire dans le ventilateur.