Brevet FR3034028A1 — publié le 20160930

La présente invention concerne un appareil de déshumidification d'air. Il est requis par certaines industries, telles que l'industrie agro-alimentaire ou l'industrie pharmaceutique, de disposer d'un air déshumidifié dans un local fermé, de façon à prévenir la contamination de produits par des microbes aéroportés ou la contamination de produits par dépôt de molécules d'eau sur ces produits, ou pour éviter la prise en masse de produits s'agglomérant ou se transformant en présence d'humidité (par exemple du sucre pour la fabrication de confiseries), ou encore pour stocker des produits surgelés sans givre, entre autres exemples d'applications. De l'air déshumidifié est également utilisé dans des processus de séchage. Pour répondre à ce type de besoin, il est connu d'utiliser un type d'appareil de déshumidification d'air, comprenant une roue qui contient un matériau perméable à l'air mais apte à capter l'humidité de l'air lors du passage de cet air au travers de lui (notamment à base de gel de silice), donc à même de déshydrater de l'air passant à travers la roue ; l'air à traiter est aspiré en amont de la roue, puis est forcé à passer au travers de la roue, par un conduit dans lequel est exposé un secteur principal de la roue, généralement de l'ordre des trois-quarts de la surface de celle-ci ; ce passage de l'air au travers de la roue réalise une déshydratation de cet air, et l'air ainsi déshumidifié est diffusé en aval de la roue. Le matériau contenu par la roue se charge donc progressivement d'humidité, qu'il faut retirer en continu pour que la déshydratation de l'air reste conforme au taux d'humidité recherché ; ce retrait en continu est réalisé en aspirant de l'air, couramment dénommé "air de régénération", en le faisant passer, sur le côté aval de la roue, par un réchauffeur qui élève la température de cet air, en forçant cet air chaud à passer au travers de la roue dans le sens aval-amont, par un conduit dans lequel est exposé le secteur marginal de la roue, puis en déchargeant cet air sur le côté amont de l'appareil afin que l'eau retirée dudit matériau s'évacue. La roue est entraînée en rotation lente dans l'appareil, selon son axe, à vitesse constante, de façon à exposer tous ses secteurs à cet air chaud de régénération. Le taux d'humidité et la température de l'air à obtenir sont des valeurs de consigne, détectées par une ou plusieurs sondes, et les valeurs détectées sont transmises à un automate de pilotage du réchauffeur ; cet automate pilote de réchauffeur en fonction de ces valeurs, de façon à augmenter la température de l'air de régénération, et donc le degré de régénération dudit matériau contenu par la roue, si le taux d'humidité détecté dans l'air traité tend à augmenter, et, inversement, à abaisser cette température d'air de régénération si le taux d'humidité détecté dans l'air 3034028 2 traité tend à baisser, et ce en tenant compte de la vitesse de rotation de la roue, qui est fixe. Un appareil de ce type a pour inconvénient d'avoir un fonctionnement couteux en énergie, et l'invention s'est donné pour but de remédier à cet inconvénient essentiel. 5 L'appareil concerné comprend, de manière connue en soi : - une roue qui contient un matériau perméable à l'air mais apte à capter l'humidité de l'air lors du passage de cet air au travers de lui, donc à même de déshydrater de l'air passant à travers la roue, la roue étant montée pivotante dans l'appareil selon son axe ; 10 - un conduit d'amenée d'air à traiter, situé sur un côté amont de la roue, et un conduit de diffusion de l'air traité, situé sur le côté aval de cette roue ; - un premier caisson dans lequel est exposé un secteur principal de la roue, et auquel sont reliés le conduit d'amenée d'air à traiter et le conduit de diffusion de l'air traité ; 15 - un conduit d'amenée d'air dit "de régénération", situé sur un côté aval de la roue, et un conduit situé sur le côté amont de cette roue, de diffusion de l'air de régénération après le passage de cet air, dans le sens aval-amont, au travers du matériau que comporte la roue ; - un deuxième caisson, séparé du premier caisson, dans lequel est exposé le 20 secteur marginal de la roue et auquel sont reliés le conduit d'amenée d'air de régénération et le conduit de diffusion de cet air de régénération ; - un réchauffeur d'air, placé sur le conduit d'amenée d'air de régénération, en aval de la roue ; et - des moyens d'entraînement de la roue en rotation autour de l'axe de cette roue. 25 Selon l'invention, lesdits moyens d'entraînement sont d'un type permettant une variation instantanée de la vitesse de rotation de la roue, et l'appareil comprend en outre : - au moins une sonde de détection de la température et de l'hygrométrie de l'air à traiter, située en amont de la roue ; et 30 - un moyen de commande desdits moyens d'entraînement, relié à la sonde et auxdits moyens d'entraînement, apte à commander une variation instantanée de la vitesse de rotation de la roue selon la température et l'hygrométrie détectés par la sonde. Il sera compris que les termes "amont" et "aval" sont à considérer par rapport au 35 sens d'écoulement de l'air à traiter au travers de l'appareil. 3034028 3 L'inventeur a pu déterminer que le fonctionnement couteux en énergie d'un appareil selon la technique antérieure résultait : - du fait que les conditions de fonctionnement du réchauffeur d'air étaient déterminées sur la base des conditions atmosphériques de l'air les plus défavorables 5 avec lesquelles l'appareil était susceptible de fonctionner, en ce qui concerne la température et le taux d'humidité de l'air à traiter, alors que cette température et ce taux d'humidité varient quotidiennement, selon les conditions météorologiques, et périodiquement, selon les saisons ; et - du fait que la régulation de la régénération du matériau de la roue résultait 10 uniquement du fonctionnement du réchauffeur, lui-même piloté uniquement par la détection du taux d'humidité et de la température de l'air traité par l'appareil. L'inventeur a donc pu déterminer qu'il en résultait un fonctionnement du réchauffeur en surcapacité par rapport à ce qui est requis par des conditions atmosphériques plus favorables. 15 L'inventeur a alors conçu d'agir sur la vitesse de rotation de la roue selon l'évolution des conditions de température et d'humidité de l'air à traiter, en ralentissant ou accélérant cette rotation selon l'évolution des conditions de l'air à traiter. Cette possibilité d'agir sur la vitesse de rotation de la roue permet d'adapter l'action de l'air chaud sur ledit matériau aux conditions de température et d'humidité 20 effectives de l'air à traiter, et d'avoir un fonctionnement de l'appareil qui n'est plus uniquement basé sur les conditions de l'air traité, et ce, afin de réduire la consommation du réchauffeur en énergie. Ladite sonde peut être placée en dehors du conduit d'amenée d'air à traiter ; de préférence, toutefois, cette sonde est placée dans le conduit d'amenée d'air à traiter. 25 L'appareil peut comprendre au moins une deuxième sonde, de détection de la température et/ou de l'hygrométrie de l'air de régénération, reliée audit moyen de commande. L'appareil permet alors une commande desdits moyens d'entraînement également en fonction de la température et/ou de l'hygrométrie de l'air de régénération. 30 Lesdits moyens d'entraînement pourraient être de tous types envisageables ; de préférence, ils comprennent un motoréducteur. Ledit moyen de commande est de préférence formé par un régulateur relié à chaque sonde et par un variateur de fréquence ou de tension relié au régulateur d'une part et au motoréducteur, d'autre part. Le régulateur traduit la mesure transmise par la 3034028 4 sonde en une information exploitable par le variateur, et ce dernier permet de faire varier la vitesse de synchronisation du motoréducteur. L'invention sera bien comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront, en référence au dessin schématique annexé, qui représente, à 5 titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation préférée de l'appareil de déshumidification d'air qu'elle concerne. La figure unique est une vue très simplifiée et schématique de cet appareil, en perspective. L'appareil 1 est destiné à prélever de l'air à traiter, à déshumidifier cet air et à 10 diffuser l'air déshumidifié dans une zone d'utilisation de cet air traité. Il comprend une roue 2, une courroie 3 et un motoréducteur 4 d'entraînement de la roue 2, un conduit 5 d'amenée d'air à traiter, un conduit 6 de diffusion de l'air traité, un conduit 7 d'amenée d'air dit "de régénération", un réchauffeur d'air 8, un conduit 9 de diffusion de l'air de régénération, une sonde 10, un régulateur 11 et un variateur de 15 fréquence 12. L'appareil 1 comprend également un bâti et des caissons, ainsi qu'une ou plusieurs sondes présentes dans la zone d'utilisation de l'air traité et un automate de pilotage du réchauffeur 8, non représentés, qui seront décrits plus loin. La roue 2 présente un bandage périphérique 15 contenant à l'intérieur de lui un 20 matériau 16 perméable à l'air mais apte à capter l'humidité de l'air lors du passage forcé de cet air au travers de lui. Ce matériau 16 est notamment à base de gel de silice connu sous la dénomination "silica-gel", ayant une structure en nids d'abeille ; il occupe l'ensemble de la surface délimitée par le bandage 15 et n'est représenté que très partiellement sur la figure, par souci de clarté. 25 La courroie 3 est engagée sur le bandage 15 et sur l'arbre de sortie du motoréducteur 4. Ce dernier permet d'entraîner la roue 2 en rotation lente autour de l'axe de cette roue et est de type asynchrone permettant une variation instantanée de la vitesse de rotation de la roue. Le conduit 5 est situé en amont de la roue 2 par rapport au sens d'écoulement 30 de l'air à traiter au travers de l'appareil 1 et permet d'acheminer de l'air à traiter vers l'appareil 1. Il est relié à un caisson situé en amont de la roue 2, conformé de telle sorte qu'un secteur représentant les trois-quarts de la surface de la roue 2 soit exposé à l'air à traiter circulant du conduit 5 au conduit 6, au travers du matériau 16. Le conduit 6 est relié à un caisson situé en aval de la roue 2, de même conformation que le caisson 3034028 5 amont, et permet de diffuser l'air traité par l'appareil 1 dans ladite zone d'utilisation de l'air traité. Le conduit 7 est situé en aval de la roue 2 et permet d'acheminer de l'air extérieur vers l'appareil 1. Il est relié au réchauffeur d'air 8, lui-même relié à un caisson situé en 5 aval de la roue 2, conformé de telle sorte qu'un secteur représentant le quart restant de la surface de la roue 2 soit exposé à l'air circulant du conduit 7 au conduit 9, au travers du matériau 16. Le conduit 9 est relié à un caisson situé en amont de la roue 2, de même conformation que le caisson aval, et permet, à son extrémité opposée à la roue 2, de diffuser l'air de régénération à distance de l'entrée du conduit 5 10 d'acheminement de l'air à traiter. Les caissons reliés aux conduits 7 et 9 sont totalement isolés des caissons reliés aux conduits 5 et 6, de telle sorte qu'aucun échange d'air ne se produit entre eux. Le réchauffeur d'air 8 permet d'échauffer l'air de régénération. Il peut être de tout type approprié, fonctionnant à l'électricité ou au gaz, par exemple. Son 15 fonctionnement, et donc la température de l'air de régénération, est piloté par l'automate précité, en fonction du taux d'humidité et de la température de l'air détectés, par la ou les sondes précitées, dans la zone d'utilisation de l'air traité. La sonde 10 (schématisée par un cercle) est située dans le conduit 7 ; elle permet de détecter la température et de l'hygrométrie de l'air à traiter et est connectée au 20 régulateur 11, auquel elle transmet un signal représentatif des données détectées. Il peut notamment d'agir de la sonde référence TH 210 commercialisée par la société KIMO Instruments. Le régulateur 11, dit également "automate" ou "contrôleur logique", est connecté à la sonde 10 et au variateur de fréquence 12 ; il commande ce dernier en fonction 25 des signaux transmis par la sonde 10. Il peut notamment s'agir de celui commercialisé sous le nom "MILLENIUM 3" par la société CROUZET. Le variateur de fréquence 12 est connecté au régulateur 11 et au motoréducteur 4 et permet de piloter la synchronisation du moteur de ce motoréducteur. Il peut notamment s'agir du variateur commercialisé sous la référence 30 FC 51 ou FC 101 par la société DANFOSS. En fonctionnement, l'appareil 1 capte de l'air à traiter au moyen du conduit 5 et achemine cet air au travers du matériau 16, ce qui réalise une déshumidification de cet air, qui est ensuite diffusé dans la zone d'utilisation de l'air traité au moyen du conduit 6. 3034028 6 Le matériau 16 se charge donc progressivement d'humidité, qu'il faut retirer en continu pour que le matériau reste efficace et que la déshydratation de l'air puisse rester conforme au taux d'humidité recherché dans la zone d'utilisation de l'air traité. Ce retrait en continu est réalisé en aspirant, au moyen du conduit 7, de l'air extérieur, 5 en faisant passer cet air "de régénération" du matériau 16, par le réchauffeur 8, en forçant cet air chaud à passer au travers de la roue 2 dans le sens aval-amont, puis en déchargeant cet air sur le côté amont de l'appareil 1, au moyen du conduit 9, afin que l'eau retirée du matériau 16 s'évacue. L'entraînement de la roue 2 en rotation lente dans l'appareil 1 permet d'exposer tous les secteurs de cette roue à cet air chaud de 10 régénération. La sonde 10, le régulateur 11 et le variateur 12 permettent d'agir sur la vitesse de rotation de la roue 2 selon l'évolution des conditions de température et d'humidité de l'air à traiter s'écoulant dans le conduit 5, cette évolution résultant des conditions météorologiques. Ces organes permettent de ralentir ou d'accélérer cette rotation 15 selon l'évolution des conditions de l'air à traiter. Cette possibilité d'agir sur la vitesse de rotation de la roue 2 permet d'adapter l'action de l'air chaud sur le matériau 16 aux conditions de température et d'humidité de l'air à traiter, et d'avoir un fonctionnement de l'appareil 1 qui n'est plus uniquement basé sur les conditions de l'air traité présent dans la zone d'utilisation de l'air traité. 20 Un exemple de mise en oeuvre de l'appareil 1 et de consommation électrique de celui-ci, est exposé ci-après. Les unités utilisées sont : : température en degré Celsius ; "%" : humidité relative de l'air ; 25 "g/kg" : gramme d'eau par kilogramme d'air sec. Il est considéré à titre d'exemple une installation dimensionnée pour fournir un air sec à 1,64g/kg. Les données de conception sont les suivantes : Diamètre de la roue 2 : 1000mm ; 30 Épaisseur de la roue 2 : 400mm. L'air à traiter a les caractéristiques suivantes (ces données de température et d'hygrométrie sont celles communément admises comme quasi-maximales en France) : - Température : 32°C ; 35 - Hygrométrie : 50% ou 15g/kg ; 3034028 7 - Débit : 2000m3/h. L'air de régénération a les caractéristiques suivantes : - Température : 32°C ; - Hygrométrie : 50% ou 15g/kg ; 5 - Débit : 1000m3/h. La température de chauffe de cet air de régénération est de 160°C. La vitesse de rotation optimale de la roue 2 pour ce fonctionnement est de six tours/heure. La puissance de chauffe est alors de 43,5kW. 10 Si les caractéristiques de l'air à traiter et de l'air de régénération changent somme suit : - température : 10°C - hygrométrie : 70% ou 5,3g/kg, et que la vitesse de rotation reste à 6 tours par heure, 15 pour obtenir 1,64g/kg d'air sec, il faut baisser la température de régénération à 52°C soit une puissance consommée de 14,3kW. Si on abaisse la vitesse de rotation de la roue de 1,7 tour par heure, la température de régénération pourra être baissée à 45,4°C. La puissance consommée sera de 12,0kW, soit une économie d'énergie de 15,7 %. 20 L'invention fournit de cette façon un appareil 1 ayant l'avantage déterminant d'avoir une consommation en énergie plus réduite qu'un appareil existant, le fonctionnement de l'appareil pouvant être adapté à l'évolution des conditions de température et d'hygrométrie de l'air à traiter. REVENDICATIONS1. Appareil (1) de déshumidification d'air, comprenant : - une roue (2) qui contient un matériau (16) perméable à l'air mais apte à capter l'humidité de l'air lors du passage de cet air au travers de lui, donc à même de déshydrater de l'air passant à travers la roue (2), la roue (2) étant montée pivotante dans l'appareil (1) selon son axe ; - un conduit (5) d'amenée d'air à traiter, situé sur un côté amont de la roue (2), et un conduit (6) de diffusion de l'air traité, situé sur le côté aval de cette roue (2) ; - un premier caisson dans lequel est exposé un secteur principal de la roue (2), et auquel sont reliés le conduit (5) d'amenée d'air à traiter et le conduit (6) de diffusion de l'air traité ; - un conduit (7) d'amenée d'air dit "de régénération", situé sur un côté aval de la roue (2), et un conduit (9) situé sur le côté amont de cette roue (2), de diffusion de l'air de régénération après le passage de cet air, dans le sens aval-amont, au travers du matériau (16) que comporte la roue (2) ; - un deuxième caisson, séparé du premier caisson, dans lequel est exposé le secteur marginal de la roue (2), et auquel sont reliés le conduit (7) d'amenée d'air de régénération et le conduit (9) de diffusion de cet air de régénération ; - un réchauffeur d'air (8), placé sur le conduit (7) d'amenée d'air de régénération, en aval de la roue (2) ; et - des moyens (4) d'entraînement de la roue (2) en rotation autour de l'axe de cette roue (2) ; caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraînement (4) sont d'un type permettant une variation instantanée de la vitesse de rotation de la roue (2), et en ce que l'appareil (1) comprend en outre : - au moins une sonde (10) de détection de la température et de l'hygrométrie de l'air à traiter, située en amont de la roue (2) ; et - un moyen (11, 12) de commande desdits moyens d'entraînement (4), relié à la sonde (10) et auxdits moyens d'entraînement (4), apte à commander une variation instantanée de la vitesse de rotation de la roue (2) selon la température et l'hygrométrie détectés par la sonde (10). 2. Appareil (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sonde (10) est placée dans le conduit (5) d'amenée d'air à traiter. 3034028 9 3. Appareil (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une deuxième sonde, de détection de la température et/ou de l'hygrométrie de l'air de régénération, reliée audit moyen de commande (11, 12). 4. Appareil (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que 5 lesdits moyens d'entraînement comprennent un motoréducteur. 5. Appareil (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit moyen de commande est formé par un régulateur (11) relié à chaque sonde (10) et par un variateur de fréquence ou de tension (12) relié au régulateur (11), d'une part, et au motoréducteur (4), d'autre part.