EP1129320A1 - Procede et installation de sechage d'une masse de matiere fibreuse - Google Patents

Procede et installation de sechage d'une masse de matiere fibreuse

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EP1129320A1
EP1129320A1 EP99954040A EP99954040A EP1129320A1 EP 1129320 A1 EP1129320 A1 EP 1129320A1 EP 99954040 A EP99954040 A EP 99954040A EP 99954040 A EP99954040 A EP 99954040A EP 1129320 A1 EP1129320 A1 EP 1129320A1
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EP
European Patent Office
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water vapor
drying zone
drying
condenser
temperature
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99954040A
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German (de)
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Inventor
Denis Clodic
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Association pour la Recherche et le Developpement des Methodes et Processus Industriels
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    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F58/00—Domestic laundry dryers
    • D06F58/20—General details of domestic laundry dryers 
    • D06F58/206—Heat pump arrangements
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
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    • D06F58/20—General details of domestic laundry dryers 
    • D06F58/26—Heating arrangements, e.g. gas heating equipment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B23/00—Heating arrangements
    • F26B23/001—Heating arrangements using waste heat
    • F26B23/002—Heating arrangements using waste heat recovered from dryer exhaust gases
    • F26B23/004—Heating arrangements using waste heat recovered from dryer exhaust gases by compressing and condensing vapour in exhaust gases, i.e. using an open cycle heat pump system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • Patent FR 2 386 001 (ELECTRICITY COUNCIL) of October 27, 1978 describes a process for the continuous drying of materials by means of superheated steam. This document also describes a process for recovering the heat of condensation of water vapor by mechanical recompression of the drying fluid. Furthermore, this document teaches that when the material to be dried is continuously introduced into the drying chamber and is withdrawn therefrom in the form of dried material, it occurs by leakage of air penetrations in the drying chamber. This air circulates with the steam and reduces the energy performance of the installation, in particular that of the heat recovery system by mechanical recompression of the air charged with water vapor. To remedy this drawback, ELECTRICITY COUNCIL recommends using a separator to separate the air from the condensed liquid.
  • US Patent 5,228,211 essentially relates to a continuous drying process using a mixture of air and superheated steam.
  • the mixture is gradually enriched with water vapor during drying. This drying process therefore has the drawbacks inherent in air-water vapor mixtures which have just been described.
  • WO 86 02149 (GOLDBERG MICHAEL) essentially relates to a method of drying with hot air.
  • the hot air gradually becomes charged with water vapor.
  • This document also describes a device for recovering the heat of condensation by heat pump.
  • the GOLDBERG process therefore has the drawbacks of drying techniques using an air-water vapor mixture.
  • the object of the present invention is to improve performance energy of drying processes according to the prior art without having the drawbacks of systems using air-water vapor mixtures.
  • the method according to the invention comprises the step of passing through the mass of fibrous material located in the drying zone of the superheated steam (VES) in order to extract the fibrous material, by evaporation, in the form of water vapor, the moisture it contains.
  • VES superheated steam
  • the method according to the invention further comprises, during start-up, a preliminary phase of expelling the air from the drying zone and of replacing it with superheated steam.
  • the superheated steam exchanges its heat with linen, the water of which evaporates at 100 ° C, then this water is condensed on a condenser to keep the pressure constant in the circuit and at the same time allow a new steam overheating.
  • This vapor is set in motion by a fan.
  • This VES drying phase improves overall energy efficiency by around 20% (switching from a consumption of 0.7 kWh / kg of dry cotton, typical consumption of the best current dryers, to less than 0, 55 kWh / kg of dry cotton).
  • the recovery phase of the condensation heat of the water vapor extracted from the laundry allows a reduction in energy consumption of around 40% compared to consumption with the VES alone.
  • the process according to the present invention makes it possible to reduce consumption to 0.33 kWh / kg of dry cotton.
  • a fraction of the water vapor is taken out of the drying zone, then - it is compressed, in particular by isentropic compression, said fraction removed before introducing it into a condenser located at the entrance to the drying zone.
  • the condensation in the condenser of the fraction taken off provides the heat energy necessary to superheat the water vapor at the entrance to the drying zone.
  • the fraction taken is compressed at a pressure such that the condensation temperature in the condenser is between 135 ° C and 170 ° C. Under these conditions, the water vapor at the entrance to the drying zone is superheated in a temperature range between 130 ° C and 165 ° C.
  • the quantity of water vapor taken off at the outlet from the drying zone is checked by means of a thermal probe situated at the entrance to the drying area.
  • This thermal probe actuates a modulating valve mounted on the sampling circuit. If the temperature is insufficient, the modulating valve opens further and the sampling circuit diverts a greater quantity of water vapor. Conversely, if the temperature is too high, the modulating valve closes proportionally and the sampling circuit diverts less water vapor.
  • the calorific energy of the hot water leaving the condenser is used to insulate the drying zone.
  • a heat pump circuit using a phase change fluid such as water is used to recover the heat from condensation of the water vapor extracted from the fibrous material.
  • the phase change fluid is vaporized in a condenser evaporator traversed by the water vapor leaving said drying zone.
  • a fraction of the water vapor leaving the drying zone is correspondingly condensed on the condenser evaporator.
  • the phase change fluid in vapor state, is compressed, at its outlet from the condenser evaporator, in particular by isentropic compression. It is then introduced into a condenser located at the entrance to the drying zone. Thanks to this process, the condensation in the condenser of the phase change fluid provides the heat energy necessary to superheat the water vapor at the entrance to the drying zone.
  • the phase change fluid is compressed to a pressure such that the condensation temperature in the condenser is between 135 ° C and 170 ° C. Under these conditions, the water vapor at the entrance to the drying zone is superheated in a temperature range between 130 ° C and 165 ° C.
  • the flow rate of the phase change fluid in the heat pump circuit is controlled by means of a thermal probe, located at the entrance to the drying zone.
  • This thermal probe actuates a modulating valve mounted on the heat pump circuit. If the temperature is insufficient the modulating valve opens further and the flow in the heat pump circuit increases. If the temperature is too high, the modulating valve closes more and the flow in the heat pump circuit decreases.
  • the invention also relates to an installation for drying a mass. wet fibrous material, in particular a mass of linen. Said mass of fibrous material is located in a drying zone, in particular in the form of a rotary drum.
  • the installation includes a supply circuit, supplying superheated water vapor to the drying zone.
  • the flow of superheated water vapor makes it possible to extract the fibrous material, by evaporation, in the form of water vapor, the moisture which it contains.
  • the installation also includes a circuit for recovering the heat of condensation of the water vapor extracted from the fibrous material. This recovery circuit is intended to produce, at least in part, the superheated steam.
  • the installation also includes a circuit for replacing the air contained in the drying zone with superheated steam, operating transiently during the start-up phase.
  • the recovery circuit intended to recover the heat of condensation of the water vapor extracted from the fibrous material, comprises:
  • the condensation in said condenser of said derived fraction provides the heat energy necessary to superheat the water vapor at the entrance to the drying zone.
  • the compressor compresses the derivative fraction at a pressure such that the condensation temperature in the condenser is between 135 ° C and 170 ° C. Under these conditions, the water vapor at the entrance to the drying zone is overheated in a range of temperature between 130 ° C and 165 ° C.
  • said valve is a thermostatic modulating valve actuated by a thermal probe located at the entrance to the drying zone. If the temperature is insufficient, the thermostatic modulating valve opens further and the recovery circuit diverts a larger quantity of water vapor. Conversely, if the temperature is too high, the thermostatic modulating valve closes more and the recovery circuit diverts less water vapor.
  • a heat-insulating circuit traversed by the hot water leaving said condenser, at least partially surrounds the drying zone.
  • the recovery circuit intended to recover the heat of condensation of the water vapor extracted from the fibrous material comprises a heat pump circuit traversed by a fluid with change of phase such as water.
  • the heat pump circuit further comprises a condenser evaporator through which the water vapor leaving said drying zone. This condenser evaporator vaporizes the phase change fluid.
  • a fraction of the water vapor leaving the drying zone condenses in the condenser evaporator.
  • the heat pump circuit further comprises, downstream of said condenser evaporator, a compressor compressing, in particular isentropically, the phase change fluid.
  • This fluid is in the vapor state. It is then introduced into a condenser located at the entrance to the drying zone.
  • the condensation in the condenser of the phase change fluid provides the heat energy necessary to superheat the water vapor at the entrance to the drying zone.
  • the compressor compresses the phase change fluid to a pressure such that the condensing temperature in the condenser is between 135 ° C and 170 ° C. Under these conditions, the water vapor at the entrance to the drying zone is superheated in a temperature range between 130 ° C and 165 ° C.
  • the heat pump circuit further comprises a thermal probe, located at the entrance to the drying zone.
  • This thermal probe actuates a thermostatic modulating valve mounted on the heat pump circuit. If the temperature is insufficient, the thermostatic modulating valve opens further and the flow in the heat pump circuit increases. Conversely, if the temperature is too high, the thermostatic modulating valve closes more and the flow in the heat pump circuit decreases.
  • FIGS. 1 and 2 show a second alternative embodiment.
  • the teaching of CLODIC FR 96 02895 is incorporated here by reference. Indeed, it describes the mechanical structure of the drying zone and its variant embodiments. It also describes the transitional start-up phase of the installation, in particular how the superheated steam is substituted for air in the drying zone.
  • the installations described with reference to FIGS. 1 and 2 include a circuit making it possible to expel the air contained in the drying zone by superheated steam.
  • the air / water vapor is discharged via a valve (12, figure 1 and 29, Figure 2).
  • a valve (12, figure 1 and 29, Figure 2).
  • atmospheric air is completely substituted by the superheated water vapor and only the superheated steam. It is checked that the atmospheric air is completely evacuated by controlling the condensation temperature: it is exactly 100 ° C for a pressure of 1 bar, it would necessarily be lower in the presence of air.
  • FIG. 1 The variant embodiment shown in Figure 1 is based on a general principle called mechanical vapor recompression.
  • the steam leaving the drum 1 containing the laundry to be dried is driven by the fan 2.
  • the mass of laundry to be dried is of the order of 5 kg and the mass of water to be extracted is order of 3.5 kg.
  • the mass of laundry can be several hundred kilos, the laundry can either be placed in a drum or circulated in the parade.
  • the quantity of laundry to be dried does not change the process, which is equally applicable to large installations.
  • the temperature and pressure variables are intensive variables.
  • the steam leaving the drum 1 is at a temperature of around 102 ° C and under a pressure of 1 bar.
  • the circuit 3 comprises a compressor 4.
  • This compressor 4 compresses, isentropically. the steam drawn off at pressures between, depending on the case, between 3.1 bar and 7.9 bar.
  • the temperatures corresponding to these pressures are, at the outlet of the compressor 4, between 220 ° C. and 320 ° C.
  • This vapor condenses in a condenser 6 placed inside a box 5, located at the inlet of the drum 1.
  • the condensation temperatures are between 135 ° C and 170 ° C.
  • the box 5 receives, via the circuit 7, the additional flow of steam set in motion by the fan 2. This additional flow of steam is typically at a temperature of 100 ° C.
  • a modulating valve 8 is located upstream of the compressor 4. It makes it possible to adjust the flow rate of steam drawn. The modulation is carried out on the basis of the indications of the temperature probe 9 which measures the temperature of the steam, in the box 5 at the inlet of the drum 1. If the temperature is too high, the modulating valve 8 decreases the flow rate. If the temperature is too low, the modulating valve 8 opens further.
  • the flow of steam withdrawn and passing through circuit 3 corresponds exactly to the water vapor extracted from the laundry.
  • the condensed water is at a temperature varying between 135 ° C and 170 ° C under a pressure varying between 3.1 bar and 7.9 bar.
  • a regulator 10 makes it possible to relax the condensate to atmospheric pressure before discharging it to the outside 11. In the case of certain variant embodiments, this water at high temperature can be used to insulate the drum 1.
  • FIG. 2 represents another alternative embodiment.
  • the drum 1 containing the wet laundry to dry about 5 kg of laundry and 3.5 kg of water
  • the fan 2 the circuit 7 recycling the steam leaving the drum 1 at the entrance thereof (in the casing 5).
  • the water vapor extracted from the wet linen is no longer derived in a circuit 3.
  • a pump circuit is used to condense the quantity of water extracted from the linen and recover the heat of condensation.
  • heat 20 traversed by a phase change fluid.
  • this phase change fluid is water.
  • the heat of condensation is extracted by evaporation of the phase change fluid.
  • the phase change fluid is compressed by a compressor 21.
  • the pressure varies between 3.1 bar and 7.9 bar.
  • the compression is an isentropic type compression.
  • the temperature at the outlet of the compressor 21 varies, as the case may be, between 220 ° C and 320 ° C.
  • the phase change fluid (water vapor) circulating in the heat pump circuit 20 is then condensed in a condenser 22 located in the casing 5.
  • the condensation temperatures of the water vapor are between 135 ° C and 170 ° C.
  • the condensed water therefore leaves the condenser 22 at temperatures between 135 ° C and 170 ° C under pressures between 3.1 bar and 7.9 bar.
  • the condensed water is then expanded in a regulator 23.
  • a two-phase mixture of water and water vapor is obtained, at a temperature of 98 ° C. under a pressure of 0.94 bar.
  • the two-phase mixture enters the condenser evaporator 24 contained in a box 25.
  • the condenser evaporator 24 the two-phase mixture is vaporized at constant temperature and pressure.
  • the box 25 receives the steam leaving the drum 1, via the circuit 7.
  • the temperature of the steam leaving the drum 1 is typically of the order of 102 ° C. The temperature difference is sufficient to completely vaporize the two-phase mixture. Only part of the steam circulating in the circuit 7 condenses 26 in the box 25, passing over the surface of the condenser evaporator 24.
  • the heat of condensation of the water extracted from the damp linen is thus recovered.
  • the non-condensed part has a temperature close to 100 ° C. It enters the superheater box 5 containing the condenser 22.
  • the condenser 22 is, it should be remembered, traversed by the phase change fluid at a temperature comprised, as the case may be, between 135 ° C and 170 ° C.
  • the temperature of the superheated steam is therefore brought to between 130 ° C. and 165 ° C. after it has passed over the condenser 22, before entering the drum 1.
  • the condensation temperature is adjusted by modulating a modulating valve 27 which allows more or less steam to pass according to the indications of the temperature probe 28 placed in the box 5 at the inlet of the drum 1. As described previously, if the temperature of the superheated steam is too low after passing over the condenser 22, then the valve 27 lets more steam pass through the heat pump circuit 20 and vice versa if the temperature is too high.

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Abstract

Procédé et installation de séchage d'une masse de matière fibreuse, notamment appliqué au linge humide après lavage, le procédé comprent 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 (3, 4, 6) 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.

Description

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 FR 2 386 001 (ELECTRICITY COUNCIL) du 27 octobre 1978 décrit un procédé de séchage en continu de matériaux au moyen de vapeur d'eau surchauffée. Ce document décrit également un procédé pour récupérer la chaleur de condensation de la vapeur d'eau par recompression mécanique du fluide de séchage. Par ailleurs, ce document enseigne que lorsque le matériau à sécher est continuellement introduit dans la chambre de séchage et en est retiré sous forme de matériau séché, il se produit par fuite des pénétrations d'air dans la chambre de séchage. Cet air circule avec la vapeur et réduit les performances énergétiques de l'installation, notamment celles du système de récupération de chaleur par recompression mécanique de l'air chargé de vapeur d'eau. Pour remédier à cet inconvénient, ELECTRICITY COUNCIL préconise d'utiliser un séparateur pour séparer l'air du liquide condensé.
Le brevet US 5 228 211 (STUBBING THOMAS J) concerne essentiellement un procédé de séchage en continu utilisant un mélange d'air et de vapeur d'eau surchauffée. Le mélange s'enrichit progressivement en vapeur d'eau au cours du séchage. Ce procédé de séchage présente donc les inconvénients inhérents aux mélanges air - vapeur d'eau qui viennent d'être décrits.
Le brevet WO 86 02149 (GOLDBERG MICHAEL) concerne essentiellement un procédé de séchage par de l'air chaud. L'air chaud se charge progressivement de vapeur d'eau. Ce document décrit également un dispositif de récupération de la chaleur de condensation par pompe à chaleur. Le procédé GOLDBERG présente donc les inconvénients des techniques de séchage par un mélange air - vapeur d'eau. La présente invention a pour objet d'améliorer les performances énergétiques des procédés de séchage selon l'art antérieur sans présenter les inconvénients des systèmes utilisant des mélanges air - vapeur d'eau. 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 (VES) aux fins d'extraire de la matière fibreuse, par evaporation, 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. Le procédé selon l'invention comprend en outre, lors du démarrage, une phase préliminaire de chasse de l'air de la zone de séchage et de substitution par de la vapeur d'eau surchauffée. Ainsi, on évite les inconvénients des mélanges air - vapeur d'eau. Une telle technique de chasse de l'air pendant une phase transitoire a été décrite dans le brevet CLODIC FR 96 02 895 déposé le 7 mars 1996 au nom de ARMINES.
Lors de la phase de séchage la vapeur d'eau surchauffée échange sa chaleur avec du linge dont l'eau s'évapore à 100°C puis cette eau est condensée sur un condenseur pour maintenir la pression constante dans le circuit et en même temps permettre une nouvelle surchauffe de la vapeur. Cette vapeur est mise en mouvement par un ventilateur. Cette phase 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 phase de récupération de la chaleur de condensation de la vapeur d'eau extraite du linge permet une diminution de la consommation énergétique d'environ 40 % comparativement à la consommation avec la seule VES. Le procédé selon la présente invention permet de réduire la consommation à 0,33 kWh/kg de coton sec. 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 situé 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 l'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 l'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. H est ensuite introduit dans un condenseur situé 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 evaporation, sous forme de vapeur d'eau, l'humidité qu'elle contient. L'installation comprend également 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. L'installation comprend en outre un circuit de substitution de l'air contenu dans la zone de séchage par de la vapeur d'eau surchauffée, opérant de manière transitoire pendant la phase de démarrage. 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 l'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 l'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 l'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. Il 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. Les installations décrites en se référant aux figures 1 et 2 comprennent un circuit permettant de chasser l'air contenu dans la zone de séchage par de la vapeur d'eau surchauffée. A cet effet le mélange air/vapeur d'eau est évacué via une soupape (12, figure 1 et 29, figure 2). Ainsi, l'air atmosphérique est entièrement substitué par de la vapeur d'eau surchauffé et uniquement de la vapeur d'eau surchauffée. On vérifie que l'air atmosphérique est entièrement évacué en contrôlant la température de condensation : elle est exactement de 100 °C pour une pression de 1 bar, elle serait obligatoirement inférieure en présence d'air.
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 être de plusieurs centaines de kilos, le linge peut soit être 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, l'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 condensât 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 être 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 mêmes 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 l'eau. Comme on va le voir, la chaleur de condensation est extraite par evaporation 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 l'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.

Claims

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 evaporation, 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 ; ledit procédé comprenant au démarrage :
- une phase transitoire de substitution de l'air par de la vapeur d'eau surchauffée dans la zone de séchage.
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 l'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 l'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 l'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 l'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 d'eau 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 comprenant :
- 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 evaporation, 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
ladite installation comprenant en outre : - un circuit de substitution de l'air contenu dans la zone de séchage par de la vapeur d'eau surchauffée, opérant de manière transitoire pendant la phase de démarrage.
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 l'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 l'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
(D, de sorte que la condensation dans ledit condenseur, dudit fluide à changement de phase, fournit l'énergie calorifique nécessaire pour surchauffer la vapeur d'eau 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.
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