Brevet FR2967486A1 — publié le 20120518

La présente invention concerne un procédé et l'installation correspondante qui, dans le cadre d'un système de chauffage ou de séchage de produits en bande, en plaques ou de formes diverses, permet d'augmenter la capacité d'échange de chaleur (chauffage) et de masse (séchage) et de réduire la consommation spécifique d'énergie, moyennant un investissement modéré. Dans de nombreux domaines, la fabrication des produits comporte des opérations d'évaporation d'eau et/ou de solvants, souvent avec apport de chaleur, communément appelées séchage. De même, certains procédés nécessitent l'élévation de la température (chauffe) du produit, par exemple en le préchauffant avant l'application d'une peinture afin d'accélérer l'évaporation des solvants ou bien pour obtenir la polymérisation d'une résine. Ces opérations ont habituellement lieu dans une enceinte plus ou moins fermée et calorifugée, dont on extrait un certain débit d'air. Ainsi, l'enceinte est maintenue en légère dépression, afm d'éviter le refoulement d'air chaud et chargé de vapeur d'eau et/ou de solvants ainsi que d'autres composés volatils vers le local. Il est bien connu que l'opération de séchage est souvent le « goulot d'étranglement », celle qui limite la capacité des lignes de fabrication respectives. Lorsque les possibilités d'augmenter la capacité de chauffage/séchage dans l'enceinte existante ont été épuisées, il ne reste que la solution d'agrandir l'enceinte, ce qui nécessite un investissement et une durée d'arrêt importants. Il existe des dispositifs destinés à l'augmentation de la capacité de séchage/chauffage par rayonnement de type infrarouge (IR) ou radiofréquence (RF, ou encore : micro-ondes) placés en dehors de ladite enceinte, mais ceux-ci entraînent une forte augmentation des coûts énergétiques. On constate que, très souvent, dans le bilan énergétique de l'opération en question, le poste le plus important correspond à la chaleur véhiculée par l'air extrait. Il existe des installations de récupération de la chaleur contenue dans l'air extrait au profit de l'enceinte de séchage et/ou de chauffe. Ainsi, certains systèmes réalisent le préchauffage de l'air entrant dans l'enceinte ; cependant, le débit d'air qu'il est possible d'introduire dans ladite enceinte et le niveau de température étant limités, la quantité d'énergie récupérée représente seulement une petite partie de l'énergie véhiculée par l'air extrait. La présente invention permet de remédier à ces inconvénients en augmentant la capacité de séchage/chauffage et ce, avantageusement, en récupérant une partie de la chaleur contenue dans l'air extrait, ce qui réduit la consommation spécifique d'énergie (kWh / mètre carré de produit, kWh / kg d'eau évaporée, etc.). Les installations suivant la présente invention sont simples, peu coûteuses et leur mise en place ne nécessite pas de longs arrêts de production. Le supplément de capacité de séchage/chauffage permet d'augmenter la vitesse ou bien la cadence de production. Comme les coûts fixes augmentent très peu, il en résulte une réduction de prix de revient, qui s'ajoute à celle due à la réduction de la consommation spécifique d'énergie. Pour ce faire, la présente invention comporte l'utilisation, à des fins de séchage et/ou de chauffage, des surfaces libres de produit en bande, plaques ou autres formes qui existent déjà sur les lignes réalisées suivant l'art antérieur et se trouvent en dehors de l'enceinte de séchage ou chauffage. En effet, les besoins du processus et de la manutention font que, sur une grande partie de la ligne, la surface du produit est librement accessible. D'autre part, il est parfois possible d'effectuer simultanément deux opérations, comme, par exemple de commencer le séchage pendant la prise du plâtre lors de la fabrication des plaques de plâtre cartonné, communément appelées « placoplâtre ». L'énergie thermique nécessaire est avantageusement obtenue par récupération à partir de l'air extrait ; lorsqu'un échangeur de récupération existe déjà., celui correspondant à la présente invention sera placé en aval ; il s'agira alors d'une récupération secondaire. La récupération peut être obtenue à l'aide d'un échangeur air/air, l'air ainsi chauffé étant insufflé vers le produit à l'aide de gaines et des caissons munis de buses, de perforations ou de fentes. Ces caissons peuvent être disposés au dessus, au dessous ou latéralement par rapport au produit, partout ou elles ne gênent pas l'accès nécessaire aux autres équipements. Ayant frappé la surface du produit, l'air neuf lui transmet une partie de la chaleur qu'il véhicule et peut se charger en vapeur d'eau ou de solvants. Il sera alors évacué ; selon les besoins, la zone concernée pourra être capotée ou simplement munie d'une hotte aspirante. Sur les convoyeurs situés à la sortie du sécheur la température du produit peut être supérieure à celle de l'air insufflé ; une certaine augmentation de l'évaporation de l'eau est 30 toutefois obtenue, du fait de la meilleure évacuation de la vapeur d'eau. Tout en restant dans le cadre de la présente invention, ladite récupération de chaleur à partir de l'air extrait peut être réalisée au profit d'un fluide caloporteur (eau ou autre) ; dans ce cas, une partie de la chaleur peut être transférée du fluide au produit par contact, par exemple à l'aide de cylindres ou tables chauffants ; le reste peut servir à chauffer de l'air qui sera insufflé contre la surface des produits comme décrit ci-dessus. Toujours dans le cadre de la présente invention, le niveau de température de l'air chauffé et/ou du fluide caloporteur sortant de l'échangeur de récupération peut être élevé à l'aide d'une pompe à chaleur, dont la source de chaleur est l'air extrait de ladite enceinte. Dans le cas ou l'augmentation de capacité de séchage/chauffage présente une importance particulière, la chauffe et/ou ladite augmentation du niveau de température peuvent être obtenues à l'aide d'un brûleur ou d'une autre source de chaleur à haute température (vapeur, fluide caloporteur). Une installation conforme à la présente invention peut être complémentaire à un système de chauffe par rayonnement de type infrarouge (IR), de type radiofréquence (RF) placé en dehors de l'enceinte de séchage/chauffage. Ce type de système est orienté vers le seul but de chauffer le produit, alors que, dans le cadre d'une opération de séchage, le procédé conforme à la présente invention assure, en plus, l'évacuation forcée des vapeurs d'eau ou de solvants. Dans de nombreuses applications suivant la présente invention, une partie de la vapeur d'eau contenue dans l'air extrait de l'enceinte de séchage se condense dans l'échangeur de récupération, l'eau condensée ayant une température de l'ordre de 60°C. Cette eau peut être utilisée dans la fabrication, ce qui réduit à la fois la consommation d'eau et celle de chaleur. Du fait de la facilité d'accès (afin de faire des mesures et des réglages), il est avantageux d'utiliser la capacité de séchage de l'installation suivant la présente invention dans le but d'ajuster (souvent : uniformiser) la distribution de l'humidité ou bien de la température des produits, par exemple entre les étages du sécheur ou/et dans le sens transversal à la direction d'avancement (correction de profil). Par ailleurs, l'air rejeté des installations de séchage de forte capacité forme un panache de vapeur visible à grande distance, qui est considéré parfois comme une nuisance par le voisinage. II est possible, dans le cadre de la présente invention, de mélanger une partie de l'air neuf réchauffé à l'air extrait et de réduire ainsi le panache de vapeur d'eau. Les figures annexées illustrent les principaux aspects de l'installation conforme à la présente invention : La figure 1 présente le principe de fonctionnement par un schéma des fluides La figure 2 présente le cas particulier de la récupération de chaleur à l'aide d'un circuit de fluide caloporteur par une représentation en perspective de la ligne de fabrication. La figure 3 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation dans le domaine des plaques de plâtre. En référence à la figure 1, le produit (1) traverse l'enceinte de séchage ou de chauffage (2), dont le ventilateur (3) extrait l'air chaud, éventuellement chargé de vapeur d'eau et/ou de solvants. Il peut exister, dans le cadre de la technique antérieure, un premier échangeur de chaleur (4), et son ventilateur d'air à réchauffer (14). L'échangeur (5) de l'installation conforme à la présente invention permet de chauffer l'air insufflé par le ventilateur (9) ; cet air provient au moins en partie de l'extérieur du bâtiment, le reste pouvant provenir des hottes aspirantes (10) munies du ventilateur d'extraction (13). Le dosage est obtenu à l'aide du volet de dosage (14). Toujours dans le cadre de la présente invention, il est possible d'augmenter la température d'au moins une partie de l'air insufflé à l'aide d'une pompe à chaleur (6) dont on a représenté l'échangeur froid (7) et l'échangeur chaud (8), d'un brûleur (15) ou de toute autre source de chaleur. L'air chauffé, provenant du ventilateur (9), est insufflé dans des caissons (Il) situés au dessus, et dans les caissons (12) situés au dessous du produit, à l'extérieur de l'enceinte (2) ; en sortant de ces caissons par des perforations, le dit air chauffé frappe la surface des produits. Des caissons de type (11), (12) peuvent également être placés à la sortie de l'enceinte (2). Les caissons supérieurs, de type (11) ont une forme allongée dans le sens de l'avancement du produit et leur largeur est proche de la largeur du produit. Les caissons inférieurs peuvent être similaires aux caissons supérieurs ; dans certains cas, les caissons inférieurs de type (12), tenant compte de la présence des rouleaux sur lesquels avance le produit ont une forme allongée dans un sens quasi perpendiculaire à la direction d'avancement des plaques. L'éventuel dispositif de chauffe par rayonnement (16) a une fonction complémentaire à celle des caissons de soufflage. Dans certains cas, des quantités non négligeables d'eau condensée sont collectées dans les bacs (17) prévus à la partie inférieure des échangeurs de récupération ; il est alors 30 avantageux de la réutiliser dans le processus de fabrication. Pour réduire le panache de vapeur d'eau il est possible de mélanger une partie de l'air réchauffé à l'air extrait avant son rejet à l'extérieur, le débit étant régulé en fonction des conditions atmosphériques à l'aide du volet (18). La figure 2 présente le cas de récupération de chaleur par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur. On y retrouve le produit (1) et le ventilateur (3) qui extrait l'air de l'enceinte (2), qui traverse, dans ce cas, l'échangeur air/fluide caloporteur (19). Le fluide est mis en circulation par la pompe (20) ; une partie passe par la table chauffante (21) et/ou par le cylindre chauffant (22) qui transfèrent de la chaleur au produit (1). Une autre partie du fluide passe par un échangeur (23) pour réchauffer l'air insufflé par le ventilateur (9) vers les caissons (11) et (12) ; on y a représenté les perforations (24) qui, dans cet exemple, sont de forme ronde et disposées en quinconce. Un mode de réalisation de la présente invention, présenté à titre d'exemple dans la figure 3, concerne une ligne de fabrication de plaques en plâtre entre deux feuilles de carton appelées plaques de plâtre cartonné ou placoplâtre. Une telle ligne comprend un convoyeur à bande (25) puis à rouleaux (26), qui transportent le produit (1) pendant la prise du plâtre, puis l'enceinte de séchage (2), à plusieurs niveaux, dans laquelle de l'air est recyclé à haute température. De grandes surfaces de produit sont librement accessibles en amont et en aval du sécheur. Les caissons de soufflage supérieurs (11) et inférieurs (12) sont munis de buses ou de perforations, l'air chauffé formant des jets qui frappent la surface des plaques ; il est également avantageux de préchauffer la bande du convoyeur (25), sur laquelle sera mis en forme le plâtre cartonné, à l'aide de caissons de soufflage (27). Dans les zones du convoyeur à plusieurs niveaux situés à l'entrée et à la sortie de l'enceinte de séchage il est possible de placer des caissons soufflant vers le haut et vers le bas (28), entre les étages ; ces caissons seront de préférence étroits, leur largeur étant inférieure à l'espace libre entre les rouleaux du convoyeur, l'air arrivant perpendiculairement à la direction d'avancement des plaques. Des caissons similaires mais soufflant uniquement vers le haut (29) peuvent être placés en dessous du premier étage. Habituellement, dans le sécheur, ainsi qu'en amont et en aval de celui-ci, les plaques sont disposées par deux ou trois dans le sens transversal à la direction d'avancement ; les caissons placés dans ces zones auront une longueur proche de celle des rouleaux des convoyeurs respectifs. L'installation peut comporter plusieurs systèmes de chauffage de l'air, chacun ayant son ventilateur (9.1), (9.2) et son échangeur (5.1), (5.2), disposés en série ou en parallèle. Avantageusement, dans le cadre de la présente invention, les échangeurs de chaleur (5.1), (5.2) sont du type tubulaire, avec passage de l'air humide à l'intérieur des tubes, ceux-ci étant de préférence « corrugués » c'est-à-dire munis d'une empreinte en hélice, dont la profondeur est de l'ordre de 1,5 mm et le pas, par exemple, de 25 mm. La quantité d'eau condensée collectée dans le bac (17) justifie souvent sa réutilisation dans le processus de fabrication. Accessoirement, l'air chauffé réduit les condensations 5 sur les différents éléments de la ligne, ce qui réduit les frais d'entretien. D'autres modes de réalisation sont possibles, tout en restant dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS1) Procédé permettant d'augmenter la capacité de production d'une ligne de fabrication comprenant une opération de chauffage et/ou de séchage thermique, caractérisé en ce que de la chaleur est transmise au(x) produit(s) (1) qui se trouve(nt) en dehors de l'enceinte de chauffage et/ou de séchage (2). 2) Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que la chaleur est transmise au produit (ï) et/ou aux organes de manutention par convection, à l'aide de jets d'air chauffé, le chauffage dudit air étant obtenu par récupération de chaleur à partir de l'air extrait de l'enceinte de séchage, à l'aide d'un échangeur air/air (5). 3) Procédé suivant la revendication 2 caractérisé en ce que la récupération de chaleur est obtenue à l'aide d'un échangeur air/fluide caloporteur (19), le chauffage du produit (1) étant réalisé par conduction, avec des tables (21) et/ou des cylindres chauffants (22) et/ou par convection. 4) Procédé suivant au moins une des revendications ci-dessus, caractérisé en ce que l'insufflation de l'air chaud est faite à l'aide de caissons (11), (12), 15 (28), (29), munis de perforations (24), placés à proximité de la surface du produit (1). 5) Procédé suivant au moins une des revendications ci-dessus, caractérisé en ce que le niveau de température d'au moins une partie de l'air chauffé est élevé à l'aide d'une pompe à chaleur (6) dont la source de chaleur est l'air extrait de l'enceinte (2). 20 6) Procédé suivant au moins une des revendications ci-dessus, caractérisé en ce que la température d'au moins une partie de l'air insufflé est augmentée à l'aide d'une source de chaleur à haute température telle qu'un brûleur (15). 7) Procédé suivant au moins une des revendications ci-dessus, caractérisé en ce qu'il est complémentaire à un système de chauffe par rayonnement (16). 25 8) Procédé suivant au moins une des revendications ci-dessus, caractérisé en ce que l'eau chaude, provenant de la condensation de la vapeur contenue dans l'air extrait et collectée dans un bac (17) est réutilisée dans la fabrication du produit. 9) Procédé suivant au moins une des revendications ci-dessus, caractérisé en ce que le soufflage de l'air chaud sert à ajuster le profil de température et/ou 30 d'humidité du produit (1). 10) Installation permettant d'augmenter la capacité de production d'une ligne de fabrication comprenant des opérations de chauffage et/ou séchage thermique, destinée à mettre en oeuvre le procédé selon les revendications précédentes, comprenant une enceinte plus ou moins fermée et calorifugée, caractérisée par le fait qu'elle utilise à des fins de chauffage/séchage des surfaces de produit qui existent déjà sur les lignes, les caissons (Il), (12), étant placés en dehors de ladite enceinte, l'énergie thermique étant avantageusement obtenue à l'aide de l'échangeur (5) par récupération à partir de l'air extrait de ladite enceinte.