FR2541760A1 - Drying unit heated by solar power and a heat pump - Google Patents

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Abstract

The drying unit is heated by a heat pump with a variable input of solar energy; it comprises an open air circuit going from an intake for ambient air to an outlet 8 to the atmosphere, passing in turn through the following: a solar collector using air 1 which provides optimal heating for the air depending on the capabilities of the collector; a drying chamber containing the materials to be dried 5 which are heated directly by conduction from the condenser of the heat pump 4 or indirectly by convection from the condenser 3 of this heat pump, or alternatively by both methods; then the evaporator 6 of the heat pump, which cools the humidified air to a very low temperature of the order of 0 DEG C so as to recover both the latent heat of vaporisation of the water and the sensible heat of the air down to an output temperature lower than the input temperature.

Description

Séchoir chauffé par énergoe solaire et pompe à chaleur.Dryer heated by solar energy and heat pump.

L'invention concerne les séehoirs chauffés par énergie solaire et pompe a chaleur. Elle concerne donc tout à la fois les techniques de séchage par convection, par conduction, ou par une combinaison de la convection et la conduction, ainsi que les techniques d'utilisation de l'énergie solaire, des pompes à chaleur, et d'utilisation combinée de l'énergie solaire et des pompes a chaleur. The invention relates to driers heated by solar energy and heat pump. It therefore relates at the same time to drying techniques by convection, by conduction, or by a combination of convection and conduction, as well as techniques for using solar energy, heat pumps, and for using combined solar energy and heat pumps.

Dans les installations de séchage les plus courantes, la chaleur nécessaire au séchage est fournie par des sources d'énergie classique, telles que électricité, combustibles divers ou vapeur. Depuis le développement des économies dsénergie on a été conduit a utiliser de l'énergie solaire, des pompes à chaleur ou une combinaison des deux. Cependant, aucun essai nna encore donné satisfaction, notamment sur le plan de la rentabilité écono unique, En effet, les capteurs solaires sont onéreux et les pompes à chaleur, également onéreuses, ont des coefficients de performance insuffisants avec les techniques actuelles d'utilisation conjointe. In the most common drying systems, the heat necessary for drying is supplied by conventional energy sources, such as electricity, various fuels or steam. Since the development of energy savings we have been led to use solar energy, heat pumps or a combination of both. However, no test has yet given satisfaction, in particular in terms of single economic profitability. Indeed, solar collectors are expensive and heat pumps, also expensive, have insufficient performance coefficients with current techniques of joint use. .

Pour l'utilisation de 1 'énergie solaire seule il existe actuellement des tours de séchage de grains, fourrages ou autres produits agricoles, qui fonctionnent à l'énergie solaire. Ces tours sont peintes en noir et enveloppées d'une couverture transparente laissant subsister entre elle et les murs un intervalle de quelques centimètres dans lequel circule l'air à chauffer, l'ensemble constituant ainsi un capteur solaire a air. Ltair chaud arrivant au-dessous du toit, lui-meme transparent, est insufflé a travers le produit à sécher.Ce type de séchoir présente l'inconvénient de ne pas pouvoir fonctionner quand le soleil ne brille pas, ce qui en réduit la rentabilité, malgré le faible coût du système de captation de l'énergie solaire et la gratuité de cette énergie. For the use of solar energy alone there are currently towers for drying grain, fodder or other agricultural products, which run on solar energy. These towers are painted black and wrapped in a transparent cover leaving between it and the walls an interval of a few centimeters in which the air to be heated circulates, the assembly thus constituting a solar air collector. The warm air arriving below the roof, itself transparent, is blown through the product to be dried. This type of dryer has the disadvantage of not being able to operate when the sun is not shining, which reduces its profitability, despite the low cost of the solar energy collection system and the free use of this energy.

Des séchoirs a pompes à chaleur ont aussi déjà être construits pour sécher en particulier des matériaux de construction. Ils sont tous à circuit fermé : de l'air, chauffé à travers le condenseur de la pompe à chaleur, est soufflé à travers ou sur le produit à sécher où il se charge d'humité. Il traverse ensuite l'évaporateur de la pompe à chaleur où il se trouve asséché et où il restitue la chaleur latente de vaporisation de l'eau du produit séché. Etant donné que l'air circule en circuit fermé, ce mode de fonction nement est difficile à appliquer à des séchoirs fonctionnant en continu, c'est-à-dire -où les produits à sécher sont alimentés et extraits en permanence, et qui sont les plus rentables.De plus, ce mode de fonctionnement en circuit fermé ne permet de récupérer que la chaleur latente de vaporisation de l'eau. Heat pump dryers have also already been constructed for drying building materials in particular. They are all closed circuit: air, heated through the condenser of the heat pump, is blown through or onto the product to be dried where it takes charge of humidity. It then passes through the evaporator of the heat pump where it is dried and where it releases the latent heat of vaporization of the water from the dried product. Since the air circulates in a closed circuit, this mode of operation is difficult to apply to dryers operating continuously, that is to say where the products to be dried are fed and extracted continuously, and which are the most cost-effective, and this closed-loop mode of operation only allows the latent heat of vaporization of water to be recovered.

On connalt également un- exemple d'utilisation conjointe d'un capteur solaire et d'une pompe à chaleur, illustré sur la fig. 1 annexée. Dans cette installation on a un capteur solaire a chauffant un fluide caloporteur, généralement de l'eau, qui circule entre le capteur solaire a et un échangeur b dans lequel les calories sont reprises par l'évaporateur c d'une pompe à chaleur d dont le condenseur e assure le chauffage de espace à chauffer, qui n'est pas forcément un séchoir. Cependant, le but essentiel de cette combinaison n'est pas de réaliser une installation à fonctionnement permanent, mais uniquement d'améliorer le rendement du capteur solaire a.En effet, comme le fluide caloporteur qui arr-ive à la base du capteur a a été refroidi en b par le circuit de la pompe à chaleur, la température moyenne dans le capteur a est plus faible, et le rendement en est amélioré. Par contre, lorsque le soleil ne brille pas suffisamment, l'installation ne peut pas fonctionner faute de pouvoir en régénérer la source froide de la pompe à chaleur. We also know an example of joint use of a solar collector and a heat pump, illustrated in FIG. 1 attached. In this installation there is a solar collector a heating a heat transfer fluid, generally water, which circulates between the solar collector a and an exchanger b in which the calories are taken up by the evaporator c of a heat pump d whose the condenser e heats the space to be heated, which is not necessarily a dryer. However, the essential purpose of this combination is not to make a permanent operation installation, but only to improve the efficiency of the solar collector a. Indeed, as the heat transfer fluid which arrives at the base of the collector has been cooled in b by the heat pump circuit, the average temperature in the sensor a is lower, and the efficiency is improved. On the other hand, when the sun does not shine sufficiently, the installation cannot function for lack of being able to regenerate the cold source of the heat pump.

te but de l'invention est de réaliser un séchoir combinant un capteur solaire et une pompe à chaleur de telle manière que le rendement énergétique se trouve amélioré par rapport aux installations existantes, et que la rentabilité soit également améliore grâce à un fonctionnement permanent, même lorsque l'rapport solaire est faible ou nul. The object of the invention is to provide a dryer combining a solar collector and a heat pump in such a way that energy efficiency is improved compared to existing installations, and that profitability is also improved thanks to permanent operation, even when the solar gain is low or zero.

L'invention consiste à prélever de lvair-ambiant et le faire circuler en circuit ouvert pour passer successivement à travers un capteur solaire à air qui le préchauffe dans la mesure de ses possibilités, puis dans l'enceinte contenant le produit à chauffer et dans laquelle l'air ou le produit ou les deux se trouvent chauffés par le condenseur d'une pompe à chaleur, 17air ainsi chargé d'humidité passant ensuite par l'évaporateur de la pompe à chaleur qui le refroidit jusqu'à une température inférieure à sa température de prélevement, et de préférence proche de la température de givrage. The invention consists in taking ambient air and circulating it in an open circuit in order to pass successively through a solar air collector which preheats it as far as possible, then in the enclosure containing the product to be heated and in which the air or the product or both are heated by the condenser of a heat pump, 17air thus charged with humidity then passing through the evaporator of the heat pump which cools it to a temperature below its sampling temperature, and preferably close to the icing temperature.

D'autres particularités de l'invention apparaltront dans la description qui- va suivre de divers modes de réalisation pris comme exemple et repré sentés sur le dessin annexé, sur lequel :
la fig. 1, comme exposé plus haut, illustré un des états de la technique;
la fig. 2 représente schematiquenent un séchoir à convection seul;
la fig. 3 un séchoir à convection et conduction;
la fig. 4 un autre exemple de séchoir à convection seule, de type cylindrique; et
la fig. 5 un autre exemple de séchoir à convection et à conduction.Other particular features of the invention will appear in the following description of various embodiments taken as an example and shown in the appended drawing, in which:
fig. 1, as explained above, illustrates one of the prior art;
fig. 2 schematically represents a convection dryer alone;
fig. 3 a convection and conduction dryer;
fig. 4 another example of a convection only dryer, of the cylindrical type; and
fig. 5 is another example of a convection and conduction dryer.

Dans l'exemple de la fig. 2, l'air ambiant est aspiré à travers un capteur solaire à air 1 dans lequel il s'échauffe dans la mesure des possibilités de ce capteur, c'est-à-dire selon l'efficacité du capteur et lsintensité du soleil. Il est ensuite refoulé par un ventilateur 2 successivement à travers le condenseur 3 d'une pompe à chaleur 4 et à travers la matière à sécher 5. I1 traverse ensuite l'évaporateur -6 de la pompe à chaleur où la vapeur d'eau, provenant en particulier de la matière séchée, se condense et où la température de l'air est abaissée aux environs de O0Ç.  In the example of fig. 2, the ambient air is sucked through a solar air collector 1 in which it heats up to the extent of the possibilities of this collector, that is to say according to the efficiency of the collector and the intensity of the sun. It is then discharged by a fan 2 successively through the condenser 3 of a heat pump 4 and through the material to be dried 5. I1 then crosses the evaporator -6 of the heat pump where the water vapor, coming in particular from the dried matter, condenses and where the air temperature is lowered to around O0Ç.

Dans l'exemple de réalisation de la fig. 3, on retrouve les même éléments que précédemment à la seule différence que le condenseur 3a de la pompe à chaleur 4, au lieu de compléter le chauffage de l'air, chauffe par conduc tion la matière à sécher 5. Il est bien sûr possible d'envisager en variante qu'une partie du condenseur chauffe l'air tandis qu'une autre partie chauffe directement la matière à sécher. In the embodiment of FIG. 3, we find the same elements as before with the only difference that the condenser 3a of the heat pump 4, instead of supplementing the heating of the air, heats by conduction the material to be dried 5. It is of course possible alternatively consider that part of the condenser heats the air while another part directly heats the material to be dried.

Dans les deux cas, on part donc de l'air à la température ambiante que l'on préchauffe dans le capteur solaire 1, lequel fournit-un appoint de chaleur dans la mesure où le soleil brille, tandis qu'à la sortie, non seulement la vapeur d'eau se trouve condensée et extraite en 7 après récupération de sa chaleur latente de vaporisation, mais en outre l'air est rejeté en 8 à l'atmosphère à une température inférieure à sa température d'entrée après que l'installation ait par conséquent récupéré également la chaleur sensible de cet air entre sa température d'entrée et celle de sortie. In both cases, we therefore start from the air at room temperature which is preheated in the solar collector 1, which provides an additional heat as the sun shines, while at the outlet, not only the water vapor is condensed and extracted in 7 after recovery of its latent heat of vaporization, but in addition the air is rejected in 8 to the atmosphere at a temperature below its inlet temperature after the installation has therefore also recovered the sensible heat of this air between its inlet and outlet temperatures.

On voit ainsi que gracie à l'inventions non seulement le rendement énergétique est amélioré, mais en outre l'installation peut fonctionner même lorsque l'intensité du soleil est faible ou nulle. It is thus seen that thanks to the inventions not only the energy efficiency is improved, but in addition the installation can operate even when the intensity of the sun is weak or zero.

L'invention, notamment le mode de réalisation à convection seule de la fig. 2, peut s' appliquer particulièrement à une tour cylindrique de séchage à l'énergie solaire analogue à celle décrite plus haut et représentée sur la fig. 4. te dispositif se compose d'un mur cylindriqne 9 terminé à la partie inférieure par une trémie 10 et à la partie supérieure par un plafond 11, le tout étant recouvert extérieurement d'une peinture noire ou d'un revêtement approprié absorbant l'énergie solaire. L'ensemble est doublé extérieurement d'une enveloppe 12 et d'une couverture 13 transparentes laissant subsister en particulier un espace d'air de quelques centimètres entre le mur 9 et l'enveloppe 12.L'air extérieur pénètre par la périphérie à la base de l'enveloppe cylindrique 12 et s'échauffe en passant en contact notamment de la paroi 9 pour s'accumuler dans l'espace compris entre la couverture 13 et le plafond 11, lequel continu à le chauffer. Il est alors- repris au sommet de cet espace par une canalisation 14 qui le conduit au bas du silo dans la trémie 10 en s'échauffant au passage dans une chambre 15 qui comporte le condenseur 16 de la pompe à chaleur 17 et un ventilateur de refoulement 18. Une autre canalisation 19 récupère l'air humifié à la partie supérieure du-silo et le conduit surl'évaporateur 20 de la pompe à chaleur qui le refroidit comme précédemment jusqu' à une température relativement basse. The invention, in particular the convection-only embodiment of FIG. 2, can be applied particularly to a cylindrical drying tower with solar energy similar to that described above and shown in FIG. 4. the device consists of a cylindrical wall 9 terminated at the bottom by a hopper 10 and at the top by a ceiling 11, the whole being covered externally with black paint or a suitable coating absorbing the solar energy. The assembly is lined externally with an envelope 12 and a transparent cover 13 leaving in particular an air space of a few centimeters between the wall 9 and the envelope 12. The outside air penetrates through the periphery at the base of the cylindrical shell 12 and heats up by passing in contact in particular with the wall 9 to accumulate in the space between the cover 13 and the ceiling 11, which continues to heat it. It is then taken up at the top of this space by a pipe 14 which leads it to the bottom of the silo in the hopper 10 while heating up in the passage in a chamber 15 which comprises the condenser 16 of the heat pump 17 and a fan of delivery 18. Another pipe 19 collects the humidified air at the upper part of the silo and leads it to the evaporator 20 of the heat pump which cools it as before to a relatively low temperature.

L'intérieur du silo est cloisonné à l'aide de plateaux de séchage disposés de telle manière que la matière, distribuée par une trémie supérieure 21 et évacuée par la base 22 de la trémie 10, puisse découler de plateau en plateau par des déplacements alternativement centrifuges et centripètes réalisés par exemple au moyen de bras rotatifs à raclettes non représentés. La matière ainsi étalée sur une grande surface et circulant en continu se trouve dessé chée par l'air chaud qui circule en sens inverse. The interior of the silo is partitioned using drying trays arranged in such a way that the material, distributed by an upper hopper 21 and evacuated by the base 22 of the hopper 10, can flow from tray to tray by displacements alternately centrifugal and centripetal elements produced for example by means of rotary arms with squeegees not shown. The material thus spread over a large area and circulating continuously is dried out by the hot air which circulates in the opposite direction.

Ce séchoir convient- particulièrement bien pour le séchage du corps granuleux tel que les céréales. D'autre part, l'utilisation du toit comme capteur solaire est particulièrement adaptée aux pays tropicaux où le soleil est généralement pro.che de la verticale à midi. Au contraire pour les pays éloignés de l'équateur, c'est un mur vertical qui sera plus particulièrement adapté à la saison d'hiver. This dryer is particularly suitable for drying granular bodies such as cereals. On the other hand, the use of the roof as a solar collector is particularly suitable for tropical countries where the sun is generally close to vertical at noon. On the contrary for countries far from the equator, it is a vertical wall which will be more particularly adapted to the winter season.

Un dernier mode de réalisation représenté sur la fig. 5 constitue un séchoir à convection et à conduction du type tunnel. On y retrouve les mimes éléments que dans l'exemple de la fig. 3, représentés par les mêmes références, l'air circulant ici de la gauche vers la droite de la figure comme représenté par la flèche 23, tandis que la matière à sécher 5a circule a volonté dans le meme sens ou en sens inverse sur un convoyeur approprié 24, par exemple du type à bande, à raclettes ou à vis d'Archimède, dont le fond est chauffé par le condenseur 3a de la pompe à chaleur. Les capteurs solaires à air 1 peuvent servir de toit à l'iústallation, et ils sont plus ou moins inclinés en direc- tion de l'équateur selon la latitude du lieu d'implantation du séchoir afin d'assurer la captation maximum d'énergie solaire. A final embodiment shown in FIG. 5 constitutes a convection and conduction dryer of the tunnel type. We find there the same elements as in the example of fig. 3, represented by the same references, the air circulating here from the left to the right of the figure as represented by the arrow 23, while the material to be dried 5a circulates at will in the same direction or in the opposite direction on a conveyor suitable 24, for example of the strip, squeegee or Archimedes screw type, the bottom of which is heated by the condenser 3a of the heat pump. The solar air collectors 1 can be used as a roof for the installation, and they are more or less inclined towards the equator depending on the latitude of the location of the dryer to ensure maximum energy capture solar.

Ce séchoir convient particulièrement aux corps pâteux, pulvérulents, granuleux ou fibreux,. en particulier des produits ou sou-s-produits de l'agriculture ou de l'industrie agro-alimentaire.  This dryer is particularly suitable for pasty, powdery, granular or fibrous bodies. in particular products or sub-products of agriculture or the food industry.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1. Séchoir à chauffage par pompe à chaleur avec apport variable d'énergie solaire, caractérisé par le fait qu'il comporte un circuit d'air ouvert, allant d'une entrée d'air ambiant vers une sortie (8) à l'atmosphère, en passant successivement par 1. Drier heated by heat pump with variable supply of solar energy, characterized in that it comprises an open air circuit, going from an ambient air inlet to an outlet (8) to the atmosphere, passing successively through - un capteur solaire à air (1) qui préchauffe cet air d'une manière optimale selon les possibilités de ce cap-teur; - an air solar collector (1) which preheats this air in an optimal manner according to the possibilities of this collector; - une chambre de séchage dans laquelle les matières à sécher (5, 5a) se trouvent chauffées directement par conduction à partir du condenseur (3a) de la pompe à chaleur (4), ou indirectement par convection à partir du condenseur (3) de cette pompe à chaleur, ou encore d'une manière mixte;; - a drying chamber in which the materials to be dried (5, 5a) are heated directly by conduction from the condenser (3a) of the heat pump (4), or indirectly by convection from the condenser (3) of this heat pump, or alternatively ;; - puis par l'évaporateur (6) de la pompe à chaleur qui refroidit cet air humidifié jusqu'à une température très basse, de l'ordre de OOC, afin de récupérer à la fois la chaleur latente de vaporisation de liteau et la chaleur sensible de l'air jusqu a une température de sortie inférieure à la température d'entrée. - then by the evaporator (6) of the heat pump which cools this humidified air to a very low temperature, of the order of OOC, in order to recover both the latent heat of vaporization of the batten and the heat air sensitive up to an outlet temperature lower than the inlet temperature. 2. Séchoir selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les matières à sécher (5, 5a) circulent en continu dans la chambre de séchage, à contre courant ou à courants parallèles par rapport à l'air.  2. A dryer according to claim 1, characterized in that the materials to be dried (5, 5a) circulate continuously in the drying chamber, against the current or with currents parallel to the air. 3. Séchoir selon la revendication 2, du type à chauffage par convection, caractérisé par le fait qu'il comporte une tour à plateaux et raclettes dont les murs (9) et le toit (11) sont recouverts d'un revêtement absorbant le rayonnement solaire et enveloppés d'une couverture transparente (12, 13) qui laisse subsister entre elle et les murs un espace d'air de manière à constituer le capteur solaire à air proprement dit en même temps que la protection de ltensemble de l'installation. 3. A dryer according to claim 2, of the convection heating type, characterized in that it comprises a tower with trays and squeegees, the walls (9) and the roof (11) are covered with a coating absorbing the radiation. solar and wrapped in a transparent cover (12, 13) which leaves an air space between it and the walls so as to constitute the solar air collector proper at the same time as protecting the entire installation. 4. Séchoir selon une des revendications 1 et 2, du type à conduction ou mixte caractérisé par le fait qu'il comporte un tunnel muni d'un convoyeur approprié (24) dont le fond est chauffé par le condenseur (3a) de la pompe -à chaleur et dont le toit constitue le capteur solaire à air (1).  4. Dryer according to one of claims 1 and 2, of the conduction or mixed type characterized in that it comprises a tunnel provided with a suitable conveyor (24) whose bottom is heated by the condenser (3a) of the pump -with heat and whose roof constitutes the solar air collector (1).
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