FR3054026A1 - Procede de refroidissement et/ou de sechage de grains dans un sechoir, installation pour la mise en œuvre du procede - Google Patents

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Abstract

Procédé de séchage et/ou refroidissement de grains dans un séchoir à grains consistant à prélever une masse d'air extérieur destinée à refroidir les grains, caractérisé en ce qu'on refroidit en tout ou partie ladite masse d'air extérieur dans un échangeur air / liquide caloporteur (batterie froide) raccordé à l'évaporateur d'une machine thermodynamique. Installation mettant en œuvre le procédé

Description

Titulaire(s) : CLAUGER,SERVICES COOP DE FRANCE, UNION DES COOPERATIVES AGRICOLES, STOLZ SEQUIPAG Société anonyme.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : CABINET LAURENT ET CHARRAS.
PROCEDE DE REFROIDISSEMENT ET/OU DE SECHAGE DE GRAINS DANS UN SECHOIR, INSTALLATION POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE.
Procédé de séchage et/ou refroidissement de grains dans un séchoir à grains consistant à prélever une masse d'air extérieur destinée à refroidir les grains, caractérisé en ce qu'on refroidit en tout ou partie ladite masse d'air extérieur dans un échangeur air / liquide caloporteur (batterie froide) raccordé à l'évaporateur d'une machine thermodynamique. Installation mettant en oeuvre le procédé
FR 3 054 026 - A1
Figure FR3054026A1_D0001
Figure FR3054026A1_D0002
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PROCEDE DE REFROIDISSEMENT ET/OU DE SECHAGE DE GRAINS DANS
UN SECHOIR, INSTALLATION POUR LA MISE EN ŒUVRE DU PROCEDE
La présente invention se rapporte au secteur technique de l'agriculture en général, mais aussi de l'industrie, des agro-carburants, des huileries, amidonniers, etc. et concerne plus particulièrement un procédé de refroidissement et/ou de séchage de grains dans un séchoir. L'invention concerne également une installation pour la mise en œuvre du procédé.
Dans la suite de la description, l'invention est plus particulièrement décrite en relation avec le refroidissement et/ou le séchage de céréales, telles que notamment le maïs et le blé. Néanmoins, l'invention ne se limite pas à ce type de grain et inclut par exemple également les oléagineux, protéagineux, oléo protéagineux.
Les grains tels que le maïs et le blé sont classiquement séchés dans des séchoirs à grains, ce qui implique une montée en température desdits grains à une valeur élevée. La température est par exemple de l'ordre de 50°C pour le maïs. Parallèlement, on sait qu’il est nécessaire de refroidir le cœur des grains à une température de l’ordre de 12°C environ pour assurer une bonne conservation pour des immobilisations supérieures à quelques semaines.
Plusieurs solutions ont été proposées pour refroidir le grain à l'issue du séchage.
La première solution consiste à stocker les grains dans des silos indépendants du séchoir dans l’attente de leur usage (vente / transformation / consommation). Les silos peuvent être de forme variable mais ont en commun de concentrer un volume et une masse de grains très importants. Les silos sont équipés de systèmes de ventilation dont l’air introduit provient directement de l’extérieur. Une telle solution n'est pas satisfaisante pour plusieurs raisons. Tout d’abord, la température de l'air extérieur varie au cours du temps ce qui interdit de déterminer de manière certaine la durée à l'issue de laquelle le grain sera refroidi à la température adéquate. Par ailleurs, pour certains types de grains, en particulier les oléagineux, tant que le grain n’est pas stabilisé, son activité biologique entraîne une élévation de sa température. Comme les volumes sont très importants (isolation / inertie), cela peut avoir pour conséquence ultime, une fois que l’eau résiduelle s’est évaporée, de déclencher un incendie par consumation. En outre, le grain chaud étant appétant, les insectes ravageurs et rongeurs seront attirés et proliféreront dans la masse de grains. En outre, des toxines et autres micro-organismes non souhaitables s’y développeront. Pour limiter la prolifération des insectes et micro-organismes, on traite les grains avec des produits phytosanitaires par pulvérisation (phase liquide) ou par fumigation (gaz-fumée). Ces produits ne sont pas sans poser des problèmes. En France notamment, la loi vise à réduire de moitié l’usage des pesticides, ce qui correspond au souhait des filières aval d’avoir des produits exempts de traces chimiques après récolte.
Pour aérer les grains et évacuer la chaleur, on a également proposé de les transférer régulièrement d'un silo à un autre, ce qui nécessite de disposer des cellules de stockage supplémentaires et engendre inévitablement une augmentation non négligeable des coûts.
On a également proposé, pour supprimer l'aléa de la température extérieure, de refroidir l'air pulsé avant son entrée dans le silo. Pour ce faire, on a proposé d'installer des groupes de climatisation sur des remorques positionnées à proximité des silos et destinées à être connectés à l'entrée d'air de ceux-ci. Néanmoins, on reste confronté à un problème général d'efficacité du refroidissement, en raison du volume et de la masse importants des grains.
Le document FR-A-2 994 101 a partiellement résolu ce problème en proposant de refroidir les grains non plus dans des silos indépendants du séchoir à grains mais directement dans le séchoir, dans la partie basse de la colonne verticale de séchage. Plus précisément, le séchoir présente plusieurs zones respectivement de haut en bas : une zone de réserve de grains humides, une zone de séchage supérieure à plus haute température d'air, une zone de séchage inférieure à plus basse température d'air et une zone de refroidissement. La zone de séchage inférieure à plus basse température est traversée par un courant d'air extérieur éventuellement préalablement préchauffé par un échangeur air/liquide caloporteur restituant l’énergie captée par des échangeurs du type cyclonique sur l’air chaud et humide rejeté et positionnés en partie haute du séchoir. Le refroidissement est quant à lui effectué au moyen d'air prélevé à l'extérieur, l’air étant ensuite aspiré tel quel au travers de la zone de refroidissement. Si ce séchoir permet de concentrer les opérations de séchage et de refroidissement au sein d'une même installation, le refroidissement reste encore aléatoire et insuffisant compte tenu de la température variable de l'air extérieur. En outre, la configuration proposée ne permet pas, indépendamment de la variabilité de la température extérieure, d'assurer le refroidissement de n'importe quel type de grain, que ce soient par exemple le maïs et le blé.
En pratique, le séchage fait monter les grains à cœur à +/-40 à 50°C.
Le maïs étant très humide, le temps d’évaporation de son eau est long. Il s’ensuit que même si le maïs est récolté en automne et que l’air de refroidissement peut y être frais, l’espace dédié au refroidissement dans le séchoir est insuffisant par rapport au temps de séjour usuel des grains.
Le blé est une céréale bien moins humide mais de par la forme et la taille de ses grains, l’air doit combattre une pression plus importante pour le traverser et le refroidir. De plus, sa récolte se fait en été, période la plus chaude. La température de l’air de refroidissement est donc forcément bien supérieure à la température de soufflage nécessaire pour amener les grains à 12°C, quelle que soit la taille de la zone dédiée au refroidissement.
Pour conclure, les solutions actuelles ne permettent donc pas de refroidir les grains de manière efficace. Il s’ensuit une perte de leur qualité et donc leur valeur marchande.
En d'autres termes, le premier problème que se propose de résoudre l'invention est celui de mettre au point un séchoir / refroidisseur à grains, qui puisse être utilisé pour n'importe quel type de grain, en particulier pour le blé et le maïs.
Un second problème que se propose de résoudre l'invention est celui de proposer une solution de refroidissement des grains qui puisse être adaptée sur des séchoirs existants.
Un troisième problème que se propose de résoudre l'invention est celui de mettre au point une solution de refroidissement qui soit particulièrement compétitive en termes de coût d'installation et de coût de fonctionnement.
Pour résoudre l’ensemble de ces problèmes, le demandeur a mis au point un procédé de refroidissement et /ou de séchage des grains au sein d’un séchoir mettant en œuvre une machine thermodynamique dont l’évaporateur est connecté à un échangeur air / liquide destiné à refroidir l'air entrant utilisé pour le refroidissement des grains.
Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de refroidissement et /ou de séchage de grains dans un séchoir à grains consistant à prélever une masse d’air extérieur destinée à refroidir les grains. Le procédé se caractérise en ce qu’on refroidit tout ou partie de ladite masse d’air extérieur dans un échangeur air / liquide caloporteur (batterie froide) raccordé à l’évaporateur d’une machine thermodynamique.
Dans la suite de la description, cet échangeur air / liquide est désigné « batterie froide ».
De même, par l’expression « machine thermodynamique », on désigne une machine constituée d’un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène comprenant un compresseur, un détendeur, un évaporateur et au moins un condenseur.
Ce mode de réalisation est particulièrement intéressant pour refroidir, en bas de trémie du séchoir, soit des grains qui ont été préalablement séchés au niveau de la partie supérieure du séchoir, soit des grains qui ont été récoltés secs et qu’il convient de refroidir. Dans ce dernier cas, on commence à refroidir les grains dans la partie haute du séchoir par ventilation d’air extérieur si tant est que la température de l’air extérieur soit inférieure à la température du grain. C’est ce que l’on appelle le « free cooling ». On achève le refroidissement au moyen de la batterie froide raccordée à l’échangeur dans la partie basse du séchoir.
Dans ce mode de réalisation, on pourra se contenter d’utiliser une machine thermodynamique dont le condenseur est un condenseur à air. Cela signifie que l’énergie thermique transférée au condenseur sera cédée directement à l’air extérieur.
Lorsque le procédé de l’invention inclut une étape de séchage, on valorise de préférence, l’énergie thermique générée par le condenseur de la machine thermodynamique pour préchauffer l’air de séchage. Pour ce faire, on utilise un condenseur à eau.
En d’autres termes et dans un second mode de réalisation, on prélève une masse d’air extérieur destinée à sécher les grains, qu’on préchauffe en tout ou partie dans un échangeur air / liquide caloporteur (première batterie chaude de préchauffage) raccordé au condenseur de la machine thermodynamique.
Dans la suite de la description, cet échangeur air / liquide est désigné « première batterie chaude de préchauffage ».
Autrement dit, on refroidit au moins en partie une masse d’air extérieur et on préchauffe au moins en partie une masse d’air extérieur en amont du chauffage opéré par les brûleurs en mettant en œuvre une machine thermodynamique comprenant :
- un évaporateur captant l’énergie thermique d’un fluide caloporteur, lequel capte à son tour l’énergie thermique de la masse d’air extérieur circulant dans l’échangeur air / liquide caloporteur (batterie froide),
- un condenseur cédant son énergie thermique à un fluide caloporteur, lequel cède à son tour son énergie thermique à la masse d’air extérieur par le biais d’un échangeur air / liquide caloporteur (première batterie chaude de préchauffage).
Dans un premier cas de figure et à titre d’exemple, pour assurer le séchage puis le refroidissement du maïs récolté en automne, l’écart de température entre la température du grain issu du séchage (entre 40 et 50°C) et la température cible de refroidissement (d'environ 12°C) étant de l’ordre de 30°C à 40°C, on préchauffe la totalité de la masse d'air extérieur destinée à sécher les grains et on refroidit dans l’échangeur air / liquide raccordé à l’évaporateur de la machine thermodynamique, la totalité de la masse d'air extérieur destinée à refroidir les grains.
Dans un second cas de figure et toujours à titre d’exemple, lorsque l'on souhaite sécher puis refroidir du blé récolté en période estivale, on préchauffe la totalité de la masse d'air extérieur destinée à sécher les grains et on refroidit en partie seulement au moyen de la batterie froide, l'air extérieur destiné à refroidir les grains. En effet, le blé étant relativement compact, il est plus efficace de le refroidir progressivement. Dans un premier temps, on le prérefroidit grâce à de l’air extérieur dont la température est inférieure à celle du grain (free cooling). Dans un second temps, on refroidit l’air au moyen du fluide caloporteur froid circulant dans la batterie froide.
Pour permettre d'améliorer encore le préchauffage de l'air destiné au séchage des grains, on préchauffe l'air entrant dans la première batterie chaude de préchauffage en le faisant passer en amont de ladite première batterie chaude de préchauffage dans un échangeur air /fluide caloporteur (seconde batterie chaude de préchauffage ») raccordé lui-même à un échangeur air / fluide caloporteur (cyclone) dans lequel on valorise les calories captées dans l'air chaud et humide provenant de l'opération de séchage du séchoir.
Plus précisément, dans ce mode de réalisation, on récupère toute ou partie de l’énergie thermique de l’air chaud et humide issu du séchage que l’on cède à un fluide caloporteur circulant dans au moins un échangeur air / liquide caloporteur, par exemple du type cyclonique tel que décrit dans le document FR-A-2 994 101. Le fluide caloporteur cède à son tour son énergie thermique à toute ou partie de la masse d’air extérieur traversant la seconde batterie chaude de préchauffage, en amont de la première batterie chaude de préchauffage. Cette option sera particulièrement intéressante pour le cas du séchage du blé et du maïs qui nécessitent une montée en température respectivement à une valeur maximale de 90°C à 110°C. Au contraire, dans le cas des oléagineux, dont la température de chauffage est en pratique plafonnée à 60°C pour éviter les risques liés à la combustion, on préchauffera l’air uniquement au niveau de la première batterie chaude de préchauffage.
Par ailleurs, en fonction des conditions de température de l'air extérieur, il peut être nécessaire de plus ou moins ajuster la température du fluide caloporteur circulant respectivement dans la première batterie chaude de préchauffage et dans la batterie froide.
Dans l’hypothèse où la température du liquide caloporteur provenant de la batterie froide est insuffisante pour assurer une production de chaud au niveau du condenseur satisfaisante, on augmente la température du liquide caloporteur entre la sortie de la batterie froide et l’évaporateur de la machine thermodynamique par captage de l’énergie thermique prélevée dans une masse d’air extérieur circulant dans un échangeur air / liquide caloporteur désigné par la suite « dry cooler ».
Au contraire, dans l’hypothèse où la température du liquide caloporteur provenant de la première batterie chaude de préchauffage est insuffisante pour assurer une production de froid au niveau de l’évaporateur satisfaisante, on diminue la température du liquide caloporteur entre la sortie de la première batterie chaude de préchauffage et le condenseur par cession de l’énergie thermique prélevée dans une masse d’air extérieur circulant dans un échangeur air / liquide caloporteur désigné par la suite « dry cooler ».
L’invention concerne également une installation pour le séchage et/ou le refroidissement de grains mettant en œuvre le procédé ci-avant décrit.
Plus précisément, l’invention a pour objet une installation pour le séchage et/ou le refroidissement de grains du type comprenant une colonne verticale de séchage comprenant une pluralité de cellules de séchage superposées communiquant l’une avec l’autre et munies de parois latérales perforées, la colonne étant apte à recevoir par son extrémité supérieure la masse de grains à sécher et à évacuer, par son extrémité inférieure, la masse de grains séchée, ladite colonne comprenant successivement en partant du sommet dudit séchoir, au moins :
- une zone de réserve de grains humides,
- une zone de séchage supérieure à plus haute température d’air,
- une zone de séchage inférieure à plus basse température d’air,
- une zone de refroidissement,
Ladite installation comprenant en outre :
- un couloir d’air froid inférieur positionné en regard de la zone de refroidissement dans lequel circule de l’air neuf extérieur,
- un couloir d’air chaud inférieur positionné en regard de la zone de séchage inférieure et dans lequel circule de l’air neuf réchauffé,
- un couloir d’air chaud usé inférieur dans lequel circule l’air provenant de la zone de refroidissement et de la zone de séchage inférieure,
- un couloir d’air chaud supérieur positionné en regard de la zone de séchage supérieure dans lequel circule l’air provenant du couloir d’air chaud usé inférieur,
- un couloir d’air chaud usé supérieur positionné en regard de la zone de séchage supérieure dans lequel circule l’air provenant du couloir d’air chaud supérieur.
L’installation se caractérise en ce qu’elle comprend en outre un échangeur air / liquide caloporteur (batterie froide) dans lequel passe toute ou partie de l’air circulant dans le couloir d’air froid inférieur, ledit échangeur étant raccordé à l’évaporateur d’une machine thermody nami que.
Dans ce premier mode de réalisation, le séchage, lorsqu’il a lieu, n’est effectué qu’au moyen des brûleurs agencés dans le séchoir. Il n’y a donc pas de valorisation de la chaleur produite par le condenseur de la machine thermodynamique. Dans ces conditions, on peut utiliser un condenseur à eau ou à air, avantageusement, un condenseur à air. Cette solution est avantageuse de par son coût limité puisqu’elle nécessite simplement d’équiper le séchoir avec une batterie froide et de la raccorder à un groupe froid.
Dans un second mode de réalisation, on utilise la chaleur produite par le condenseur de la machine thermodynamique pour préchauffer l’air destiné à assurer le séchage des grains avant d’être monté en température par passage au travers des brûleurs. Dans ces conditions, l’installation comprend en outre un échangeur air / liquide caloporteur additionnel (première batterie chaude de préchauffage) dans lequel passe toute ou partie de l’air circulant dans le couloir d’air chaud inférieur, ledit échangeur étant raccordé au condenseur de la machine thermodynamique.
Dans ce mode de réalisation, on peut envisager deux alternatives en fonction du niveau d’investissement souhaité.
La première alternative nécessite un investissement limité. Elle consiste à proposer une machine thermodynamique qui comprend un évaporateur et deux condenseurs montés en série sur le circuit de fluide frigorigène, respectivement un condenseur à eau et un condenseur à air. Cette solution est avantageuse en ce qu’elle permet de faire du froid sans nécessité absolue de faire du chaud. Elle permet donc de s’adapter à un nombre varié de situations en fonction de la nature des grains et de leur température de récolte.
En outre, ce type de pompe consomme peu d’électricité ce qui signifie que l’effort de compression sur le gaz reste limité, ce qui tend à réduire la capacité à chauffer le fluide caloporteur. Dès lors, en fonction de la température du fluide caloporteur et de la température du grain à atteindre, on activera ou non l’un, l’autre ou les deux condenseurs.
Ainsi, si la température du fluide en entrée est assez « fraîche », la totalité de l’énergie de condensation y est dissipée. Le fluide ressort relativement chaud (+/- 40°C) et est dirigé vers la batterie chaude de préchauffage. Le condenseur à air n’est pas utile, les ventilateurs ne sont pas activés.
Si la température de fluide en entrée n’est pas assez « fraîche », une partie seulement de l’énergie de condensation est dissipée dans le fluide. Le gaz n’est pas complètement condensé. Le condenseur à air fini de refroidir et condenser le gaz.
Enfin, si le grain récolté est déjà sec, la machine thermodynamique ne sera utilisée que pour sa capacité à produire du froid. Dans ce cas, on ne mettra en œuvre que le condenseur à air.
La seconde alternative, plus coûteuse consiste à mettre en œuvre une machine thermodynamique spécifique désignée « thermofrigopompe ». La thermofrigopompe comprend un condenseur à eau qui permet de produire un fluide caloporteur à une température d’environ 70°C. S’il y a déséquilibre entre le froid et le chaud, afin de produire l’énergie nécessaire, l’installation contient un échangeur supplémentaire désigné précédemment « dry cooler » pour compléter l’un ou l’autre des circuits (celui qui est déficitaire). Plus précisément, dans ce cas l’installation comprend en outre un échangeur air / liquide caloporteur (dry cooler) connecté sur le circuit de fluide caloporteur alternativement entre la sortie de la batterie froide et l’évaporateur ou la sortie de la batterie chaude de préchauffage et le condenseur.
Dans la suite de la description et dans les revendications, par l’expression « niveau de température », on désigne une zone de température de l’air chaud refoulé dont la température basse et la température haute sont séparées de quelques degrés celsius.
Indépendamment de la structure de la machine thermodynamique et selon un premier mode de réalisation, la batterie chaude de préchauffage est positionnée sur toute la hauteur du couloir d’air chaud inférieur de manière à assurer le passage de la totalité de l’air circulant dans ledit couloir et la batterie froide est positionnée sur toute la hauteur de la zone de refroidissement de manière à assurer le passage de la totalité de l’air circulant dans le couloir d’air froid inférieur.
ίο
Selon un second mode de réalisation, la batterie chaude de préchauffage est positionnée sur toute la hauteur du couloir d’air chaud inférieur de manière à assurer le passage de la totalité de l’air circulant dans ledit couloir et la batterie froide est positionnée sur partie de la hauteur seulement de la zone de refroidissement de manière à assurer le passage d’une partie seulement de l’air circulant dans ledit couloir d’air froid inférieur.
Pour augmenter d’avantage encore la température à laquelle l’air est préchauffé, le couloir d’air chaud usé supérieur est divisé en autant de compartiments que de cellules de séchage, au moins un compartiment, avantageusement 2 compartiments communiquant avec au moins un échangeur air /liquide caloporteur, avantageusement un seul échangeur, de préférence du type cyclonique, destiné à réaliser un échange thermique entre l’air refoulé par la cellule de séchage présente dans la zone de séchage supérieure via le compartiment, et un circuit de liquide caloporteur. En parallèle, le couloir d’air chaud inférieur comprend un échangeur air / liquide caloporteur (seconde batterie chaude de préchauffage) au sein duquel le liquide caloporteur issu du cyclone cède son énergie thermique à l’air extérieur entrant dans le couloir d’air chaud inférieur.
Dans ce mode de réalisation, la seconde batterie chaude de préchauffage est avantageusement positionnée en amont de la première batterie chaude de préchauffage dans le sens du flux d’air.
L’invention sera bien comprise et d’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, dans lesquelles :
La figure 1 est une représentation schématique de l’installation de l’invention selon un premier mode de réalisation dans lequel la machine thermodynamique ne fait que du froid .
La figure 2 est une représentation schématique de l’installation de l’invention selon un second mode de réalisation dans lequel la machine thermodynamique fait du chaud et du froid.
La figure 3 est une représentation schématique de l’installation de l’invention selon un troisième mode de réalisation dans lequel la machine thermodynamique fait du chaud et du froid.
Dans les modes de réalisation ci-après, les séchoirs à grains de l’invention sont décrits pour le séchage et le refroidissement des grains. Néanmoins, ils peuvent être utilisés que pour le refroidissement dans le cas où les grains sont déjà secs au moment de la récolte. Dans ces conditions, on n’active pas les systèmes de séchage.
En référence aux figures 1, 2, et 3, le séchoir à grains (1) est composé d’une colonne verticale (2) de séchage, de forme sensiblement parallélépipédique, destinée à recevoir par son extrémité supérieure (3) la masse de grains séchés ou à sécher et, destinée à évacuer par son extrémité inférieure (3’) la masse de grains séchée et refroidie.
Cette colonne (2) est composée :
- d’une zone de réserve (4) de grains humides,
- d’une zone de séchage supérieure (5) à plus haute température de l’air comprenant une pluralité de cellules de séchage superposées (5’1, 5’2, 5’3, 5’4) communiquant l’une avec l’autre et munies de parois latérales perforées,
- d’une zone de séchage inférieure (6) à plus basse température de l’air comprenant une pluralité de cellules de séchage superposées communiquant l’une avec l’autre et munies de parois latérales perforées,
- d’une zone de refroidissement (7) comprenant une cellule de refroidissement (7’).
Le séchoir comprenant en outre de part et d’autre de la colonne :
- un couloir d’air froid inférieur (8) positionné en regard de la zone de refroidissement (7) dans lequel circule de l’air neuf extérieur,
- un couloir d’air chaud inférieur (9) positionné en regard de la zone de séchage inférieure (6) et dans lequel circule de l’air neuf réchauffé,
- un couloir d’air usé inférieur (10) dans lequel circule l’air provenant de la zone de refroidissement et de la zone de séchage inférieure,
- un couloir d’air chaud supérieur (11) positionné en regard de la zone de séchage supérieure (5) dans lequel circule l’air provenant du couloir d’air chaud usé inférieur (10),
- un couloir d’air chaud usé supérieur (12) positionné en regard de la zone de séchage supérieure (5) dans lequel circule l’air provenant du couloir d’air chaud supérieur.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, les cellules de séchage (5Ί, 5’2, 5’3, 5’4) communiquent avec un compartiment (13) qui est séparé du couloir d’air chaud usé par le biais d’un filtre (16.1, 16.2).
Dans les modes de réalisation des figures 2 et 3, le couloir d’air chaud usé comprend en plus des échangeurs thermiques (14) air/liquide du type cyclonique, destinés à réaliser un échange thermique entre l’air refoulé par les cellules de séchage (5’3, 5’4) présentes dans la zone de séchage supérieure, et un liquide caloporteur (15) circulant dans les échangeurs. Les échangeurs thermiques (14) sont séparés des cellules (5’3, 5’4) par un compartiment (13-2). Les cellules de séchage (5Ί, 5’2) communiquent quant à elles avec un compartiment (13-1) qui est séparé du couloir d’air chaud usé par le biais d’un filtre (16).
Dans les 3 modes de réalisation, le couloir d’air chaud inférieur est muni d’une série de brûleurs (19) pour le cas échéant, chauffer l’air extérieur entrant pour réaliser l’opération de séchage proprement dite.
Dans le mode de réalisation objet de la figure 1, le séchoir est équipé d’un échangeur liquide/air (25), en particulier à ailettes désigné « batterie froide » (25). Cet échangeur est raccordé à l’évaporateur (21) d’une machine thermodynamique (20) par le biais d’un circuit de liquide caloporteur (23.1). Le condenseur (22) est dans ce mode de réalisation un condenseur à air. Dans ces conditions, sauf à ce que les grains soient récoltés suffisamment secs, on sèche les grains au moyen des brûleurs (19) et on les refroidit au moyen de la combinaison du groupe froid (20) et de la batterie froide (25). On ne valorise donc pas la chaleur dégagée par le condenseur.
Dans les modes de réalisation objet des figures 2 et 3, le séchoir est équipé d’un échangeur liquide/air (17) (seconde batterie chaude de préchauffage) en particulier à ailette destiné à partager le même circuit de liquide caloporteur (15) que les échangeurs air/liquide du type cyclonique (14), et à réaliser un échange thermique entre ledit circuit de liquide caloporteur, et l’air (18-1) destiné à pénétrer dans le couloir d’air chaud inférieur (9).
Les échangeurs air/liquide (14) du type cyclonique sont plus particulièrement décrits dans le document FR-A-2 994 101. Leur structure n’est pas reprise sur les figures. Il s’agit pour l’essentiel d’un échangeur thermique constitué par exemple d’une cuve cylindrique à l’intérieur de laquelle est agencé au moins un échangeur tubulaire. Cet échangeur tubulaire comprend des serpentins tubulaires concentriques disposés de manière contigüe, à proximité de la paroi interne de la cuve cylindrique et autour d’une cheminée centrale d’évacuation d’air débouchant en partie supérieure de la cuve. Chacun des serpentins est connecté à son extrémité supérieure et à son extrémité inférieure à un collecteur. Le collecteur inférieur assure l’alimentation de l’échangeur en liquide caloporteur (15), tandis que le collecteur supérieur assure l’évacuation dudit liquide caloporteur (15). Le mouvement de l’air se fait à contre-courant de la circulation du liquide caloporteur (15) entre les extrémités inférieures et supérieures des serpentins. Les collecteurs inférieur et supérieur sont connectés au circuit fermé de liquide caloporteur (15). La cuve cylindrique est en outre munie d’un caisson d’entrée tangentielle de l’air, au niveau de sa partie haute, et d’une pluralité de rampes de pulvérisation d’eau. Les rampes de pulvérisation sont agencées d’une part dans le caisson d’entrée tangentielle de l’air et d’autre part, autour de la cheminée centrale et régulièrement sur toute la hauteur et la circonférence de la cuve. La rampe de pulvérisation se trouvant au sommet de la cuve est apte à pulvériser de l’eau dans une direction verticale vers le bas. Les autres rampes de pulvérisation, étant régulièrement réparties sur toute la hauteur et la circonférence de ladite cuve, sont aptes à pulvériser de l’eau dans une direction horizontale pour effectuer des opérations de lavage de l’échangeur air/liquide (14). La cuve cylindrique est munie à son point le plus bas d’un moyen d’écoulement des condensais, par lequel les poussières et autres particules telles que les follicules sont évacuées.
Dans les modes de réalisation des figures 2 et 3, la machine thermodynamique est une thermofrigopompe (20) qui permet de produire un fluide caloporteur à une température d’environ 70°C. Cette thermofrigopompe (20) comprend classiquement un condenseur (22) et un évaporateur (21). Le condenseur (22) cède son énergie thermique à un fluide caloporteur circulant dans le circuit (23.2) de fluide caloporteur. Le fluide caloporteur (23.2) cède à son tour son énergie thermique à la masse d'air entrant (18-1) au sein d'un échangeur air / liquide caloporteur (24) désigné « première batterie chaude de préchauffage». L’évaporateur (21) capte quant à lui l'énergie thermique du fluide caloporteur (23.1), lequel capte à son tour l'énergie thermique de l'air froid entrant (18-2) au sein de l’échangeur air / liquide caloporteur (25) désigné « batterie froide ».
Enfin, le séchoir contient un dernier échangeur (26) désigné « dry cooler » connecté en série, alternativement, soit entre la sortie de la batterie froide (25) et l’évaporateur (21), soit entre la sortie de la première batterie chaude de préchauffage (24) et le condenseur (22). Les circuits de liquide caloporteur (23.1 et 23.2) sont en outre munis de pompes (27 et 28) ainsi que de vannes (29, 30) permettant le fonctionnement alternatif de l’échangeur (26).
Les installations objets des figures 2 et 3 diffèrent l'une de l'autre dans la structure de la zone de refroidissement (7).
Ainsi sur la figure 2, la batterie froide (25) au travers duquel circule l'air extérieur (18-2) est dimensionnée de telle sorte à se trouver en regard de la totalité de la hauteur de la zone de refroidissement. En d'autres termes, dans cette configuration, la totalité du volume d'air (18 2) est refroidie dans la batterie froide (25).
Dans le séchoir objet de la figure 3, la batterie froide (25) n'est pas dimensionnée pour recevoir la totalité du volume d'air (18-2). Ainsi, comme représenté, une partie de l'air (182) passe dans les cellules de refroidissement (7’) sans passer par la batterie froide (25).
En fonction de la nature des grains à sécher et de la différence de température à atteindre pour le refroidissement, on adaptera la hauteur de la zone de refroidissement pour la faire correspondre exactement ou non au dimensionnement de la batterie froide (25). De même, les échangeurs du type cyclonique (14) restent des options que l'on pourra utiliser en fonction de la température de chauffage à atteindre.
Dans la pratique, ces séchoirs pourront être notamment utilisés pour le séchage du maïs, du blé et des oléagineux, protéagineux, oléo protéagineux.
Le maïs est comme déjà dit récolté en automne. La température de chauffage nécessaire est de l'ordre de 90 à 110°C pour permettre un séchage correct. Dans ces conditions, on aura tout intérêt à faire fonctionner outre les brûleurs (19), les échangeurs du type cyclonique (14) qui permettront de préchauffer l'air entrant (18-1) dans la seconde batterie chaude de préchauffage (17).
Selon l'invention, le préchauffage de l'air dans la seconde batterie chaude de préchauffage (17) sera optimisé en le faisant circuler ensuite dans la première batterie chaude de préchauffage (24), dans laquelle circule le fluide caloporteur (23.2) issu de la thermofrigopompe (20). Cet air préchauffé passe ensuite dans le couloir d'air chaud inférieur (6) pour ensuite assurer le séchage des grains successivement dans les cellules de séchage (6’ et 5’) moyennant chauffage par les brûleurs (19). L'air chaud circulant dans les cellules (5’) est ensuite traité pour une partie, dans les échangeurs (14) et pour l'autre partie, dans le filtre (16) avant d'être évacué vers l'extérieur.
En ce qui concerne le refroidissement, les grains de maïs étant récoltés en période automnale, la température de l’air extérieur est plus fraîche. Dans ces conditions, il est avantageux de refroidir les grains en au moins 2 étapes respectivement, une première étape au moyen de l'air extérieur à la température à laquelle il est extrait et une seconde étape au moyen de l’air extérieur refroidi dans l'échangeur (25). Dans ces conditions, on dimensionne l'échangeur (25) pour qu'il puisse assurer un refroidissement des grains sur un partie seulement de la hauteur des cellules de refroidissement (figure 3)
Dans le cas du blé (figure 2), celui ci étant récolté en été, la question pourra se poser de savoir s'il est nécessaire ou non de faire fonctionner les échangeurs du type cyclonique (14) pour préchauffer l'air d'entrée (18-1) avant l’échangeur (24).
En ce qui concerne le refroidissement, on dimensionne l'échangeur (25) pour qu'il puisse assurer un refroidissement des grains sur toute la hauteur des cellules de refroidissement (figure 2)
En ce qui concerne le séchage des oléagineux, la température à atteindre reste relativement faible en raison des risques de combustion et donc d'incendie importants avec ce type de grain. En pratique, la température à atteindre pour permettre le séchage n'est pas supérieure à 60°C. Dans ces conditions, on pourra avoir recours aux simples brûleurs (19) et on évitera la plupart du temps, de faire fonctionner les échangeurs (14) du type cyclonique.
En ce qui concerne le refroidissement, celui-ci pourra se faire soit en refroidissant dans l'échangeur (25) la totalité du volume d'air (18-2) (figure 1), soit en le scindant en deux parties respectivement un premier volume d'air utilisé à la température à laquelle il est extrait et un second volume d'air traité dans l'échangeur (25) (figure 2).
Il ressort de ce qui précède que le séchoir de l'invention permet de sécher puis de refroidir n'importe quel type de grain dans une seule installation. Le séchoir sera avantageusement équipé de cellules de refroidissement dont la taille peut varier pour permettre de refroidir les grains uniquement par le biais de l’échangeur (25) ou non. En outre, le séchoir sera équipé d’échangeurs du type cyclonique qui pourront être utilisés en fonction de la nature des grains à traiter et de la température à atteindre. La thermofrigopompe permet d'améliorer le rendement de l’installation en utilisant les deux côtés de la machine thermodynamique respectivement pour faire du froid et ainsi refroidir l'air entrant et pour faire du chaud de manière à préchauffer l'air entrant destiné au séchage des grains.
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Claims (15)

  1. Revendications
    1/ Procédé de séchage et/ou refroidissement de grains dans un séchoir à grains consistant à prélever une masse d’air extérieur destinée à refroidir les grains, caractérisé en ce qu’on refroidit en tout ou partie ladite masse d’air extérieur dans un échangeur air / liquide caloporteur, désigné batterie froide raccordé à l’évaporateur d’une machine thermodynamique.
  2. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’on prélève une masse d’air extérieur destinée à sécher les grains, qu’on préchauffe en tout ou partie dans un échangeur air / liquide caloporteur, désigné première batterie chaude de préchauffage raccordé au condenseur de la machine thermodynamique.
  3. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’on préchauffe la totalité de la masse d’air extérieur destinée à sécher les grains et on refroidit la totalité de la masse d’air extérieur destinée à refroidir les grains.
  4. 4/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’on préchauffe la totalité de la masse d’air extérieur destinée à sécher les grains et on refroidit en partie seulement la masse d’air extérieur destinée à refroidir les grains.
  5. 5/ Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on récupère toute ou partie de l’énergie thermique de Pair chaud et humide issu du séchage que l’on cède à un fluide caloporteur circulant dans au moins un échangeur air / liquide caloporteur, désigné cyclone, lequel cède à son tour son énergie thermique à toute ou partie de la masse d’air extérieur traversant un échangeur air / liquide caloporteur, désigné seconde batterie chaude de préchauffage, en amont de la première batterie chaude de préchauffage.
  6. 6/ Procédé selon l’une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu’on augmente la température du liquide caloporteur entre la sortie de la batterie froide et l’évaporateur par captage de l’énergie thermique prélevée dans une masse d’air extérieur circulant dans un échangeur air / liquide caloporteur.
  7. 7/ Procédé selon l’une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu’on diminue la température du liquide caloporteur entre la sortie de la première batterie chaude de préchauffage et le condenseur par cession de l’énergie thermique prélevée dans une masse d’air extérieur circulant dans un échangeur air / liquide caloporteur.
  8. 8/ Installation pour le séchage et le refroidissement de grains du type comprenant une colonne verticale de séchage comprenant une pluralité de cellules de séchage superposées communiquant l’une avec l’autre et munies de parois latérales perforées, la colonne étant apte à recevoir par son extrémité supérieure la masse de grains (3) à sécher et à évacuer, par son extrémité inférieure, la masse de grains séchée, ladite colonne comprenant successivement en partant du sommet dudit séchoir, au moins :
    - une zone de réserve de grains humides (4),
    - une zone de séchage supérieure à plus haute température d’air (5),
    - une zone de séchage inférieure à plus basse température d’air (6),
    - une zone de refroidissement (7),
    Ladite installation comprenant en outre :
    un couloir d’air froid inférieur (8) positionné en regard de la zone de refroidissement (7) dans lequel circule de l’air neuf extérieur (17), un couloir d’air chaud inférieur (9) positionné en regard de la zone de séchage inférieure (6) et dans lequel circule de l’air neuf (17) réchauffé,
    - un couloir d’air chaud usé inférieur (10) dans lequel circule l’air provenant de la zone de refroidissement (7) et de la zone de séchage inférieure (6), un couloir d’air chaud supérieur (12) positionné en regard de la zone de séchage supérieure (5) dans lequel circule l’air provenant du couloir d’air chaud usé inférieur (10),
    - un couloir d’air chaud usé supérieur (13) positionné en regard de la zone de séchage supérieure (5) dans lequel circule l’air provenant du couloir d’air chaud supérieur (12), caractérisé en ce que l’installation comprend en outre un échangeur air / liquide caloporteur, désigné batterie froide, (25) dans lequel passe toute ou partie de l’air circulant dans le couloir d’air froid inférieur (8), ledit échangeur étant raccordé à l’évaporateur (21) d’une machine thermodynamique (20).
  9. 9/ Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce la machine thermodynamique (20) comprend un évaporateur à air (21).
  10. 10/ Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un échangeur air / liquide caloporteur, désigné première batterie chaude de préchauffage, (24) dans lequel passe toute ou partie de l’air (18-1) circulant dans le couloir d’air chaud inférieur (9), ledit échangeur (24) étant raccordé au condenseur (22) de la machine thermodynamique.
  11. 11/ Installation selon la revendication 10, caractérisé en ce que le condenseur (22) est un condenseur à eau et en ce que ladite installation comprend en outre un échangeur air / liquide caloporteur (26) connecté sur le circuit de fluide caloporteur alternativement entre la sortie de la batterie froide (25) et l’évaporateur (21) ou la sortie de la première batterie chaude de préchauffage (24) et le condenseur (22).
  12. 12/ Installation selon la revendication 10, caractérisé en ce que la machine thermodynamique (20) comprend un évaporateur (21) et deux condenseurs montés en série sur le circuit de fluide frigorigène, respectivement un condenseur à eau et un condenseur à air.
  13. 13/ Installation selon l’une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que la première batterie chaude de préchauffage (24) est positionnée sur toute la hauteur du couloir d’air chaud inférieur (9) de manière à assurer le passage de la totalité de l’air circulant dans ledit couloir et en ce que la batterie froide (25) est positionnée sur toute la hauteur de la zone de refroidissement (7) de manière à assurer le passage de la totalité de l’air circulant dans ledit couloir.
  14. 14/ Installation selon l’une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que la première batterie chaude de préchauffage (24) est positionnée sur toute la hauteur du couloir d’air chaud inférieur (9) de manière à assurer le passage de la totalité de l’air circulant dans ledit couloir et en ce que la batterie froide (25) est positionnée sur partie seulement de la hauteur de la zone de refroidissement (7) de manière à assurer le passage d’une partie seulement de l’air circulant dans ledit couloir.
  15. 15/ Installation selon l’une des revendications 10 à 14, caractérisée en ce que le couloir d’air chaud usé supérieur (11) est divisé en autant de compartiments que de cellules de séchage, au moins un compartiment, avantageusement 2 compartiments communiquant avec au moins un troisième échangeur (14), avantageusement un seul troisième échangeur,
    5 de préférence du type cyclonique, destiné à réaliser un échange thermique entre l’air refoulé par la cellule de séchage présente dans la zone de séchage supérieure via le compartiment, et un circuit de liquide caloporteur et en ce que le couloir d’air chaud inférieur comprend un échangeur air / liquide (17), désigné seconde batterie chaude de préchauffage, au sein duquel le liquide caloporteur issu du cyclone cède son énergie
    10 thermique à l’air extérieur entrant dans le couloir d’air chaud inférieur.
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