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Procédé de séchage diéleatrique et installation de séchage
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L'invention concerne un procédé de séchage diélectrique combiné avec un séchage à air chaud ainsi que l'installation pour la mise en pratique de ce procédé, dans lequel on em- ploie l'air de refroidissement des tubes oscillateurs élec- troniques pour le chauffage du voisinage du condensateur de séchage.
Pendant le séchage diélectrique, l'air enveloppant l'ob- jet à sécher ne sert pas au transfert de la chaleur vers l'in- térieur de ce dernier, mais à l'évacuation de l'eau de sa surface. Le séchage diélectrique peut donc s'effectuer dans les conditions atmosphériques normales. Pendant le séchage de l'objet avec une teneur en humidité dépassant 10 à 15%, l'air à la température normale n'est toutefois pas capable,
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la plupart du temps, d'enlever toute l'eau qui se présente à la surface de l'objet séché, de sorte qu'il se produit une accumulation d'eau dans les couches superficielles de celui-ci et que le point de rosée de l'air est atteint.
La condensation de vapeur à la surface de l'objet et éven- tuellement sur.l'installation de séchage, non seulement di- minue le rendement et la qualité de celui-ci, mais peut éga- lement être la cause de perturbations dans le fonctionnement.
Ces phénomènes limitent donc souvent l'application du chauf- fage diélectrique en général.
En pratique, on utilise donc de plus en plus le procédé 'de séchage diélectrique en combinaison avec le séchage par l'air chaud. Afin que l'air puisse évacuer l'importante quan- tité horaire de vapeur qui apparaît pendant le séchage dié- lectrique, il est nécessaire d'employer une quantité d'éner- @ gie suffisante. Environ 30 à 40% de l'énergie nécessaire pour l'échauffement proprement dit de l'eau et sa transforma- tion en vapeur sont indispensables. Quand on emploie l'éner- gie électrique pour l'échauffement supplémentaire de l'air, les dépenses en énergie sont donc augmentées et cette combi- naison ne peut être économique que pour une gamme limitée de @ matières premières.
Quand on emploie une source de chaleur rédiduelle, par exemple de la vapeur d'eau résiduelle, on obtient une installation de chauffage dépendant de deux sour- ces énergétiques différentes. On perd ainsi les avantages importants du chauffage diélectrique, comme par exemple la préparation instantanée, réchauffement sans inertie et la dépendance directe entre l'énergie absorbée et la quantité de matière séchée. Dans les cas où il est nécessaire de choi- sir cette combinaison, 1'échauffement se fait d'habitude en deux sections séparées où s'effectuent un échauffement dié- lectrique indépendant et un échauffement à la vapeur indépen-
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dant. A cet effet, une surface de travail à peu près dou- ble est nécessaire.
En admettant une excitation correcte des tubes électro- niques, le mode de fonctionnement de ceux-ci dans l'installa- tion de séchage diélectrique est réglé en principe par deux paramètres différents : la résistance de charge et la tension anodique. La résistance de charge s'utilise comme paramètre variable dans les opérations de séchage périodiques, tandis que la matière reste au repos pendant l'opération. La ten- sion anodique variable s'utilise dans les procédés de sécha- ge continu où, pendant le séchage, la matière passe par plus d'une section.
La résistance de charge des matières séchées par voie diélectrique se modifie pendar. le séchage de manière typi- que. Son allure se rapproche de la forme en V, avec un mini- mum émoussé qui correspond plus ou moins à la quantité d'eau contenue dans la matière séchée. Une chute de la résistance de charge dans la première phase du chauffage est provoquée par un facteur de résistance thermique négatif de l'eau et un accroissement dans la seconde phase, par une diminution de l'eau sortant de l'objet séché sous forme de vapeur. La grandeur de la résistance doit être adaptée à une valeur con- venant pour le tube électronique. On applique donc les me- sures connues, indiquées par la théorie du transfert de lté- nergie à haute fréquence.
On emploie souvent, par exemple, dans les installations de séchage, un réglage par écartement des électrodes du condensateur de séchage. Afin de réduire à un minimum les variations de la résistance de charge, le condensateur de chauffage doit être inséré dans un circuit spécial associé à un circuit oscillateur, la plupart du temps inductivement, avec un couplage variable. La résistance de charge est, au début du processus de séchage, réglée de telle
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façon qu'elle ne sorte pas des limites désirées pendant l'o- pération afin d'obtenir en moyenne le rendement maximum de la transformation et du transfert de l'énergie,
La vitesse d'échauffement est réglée au moyen de la ten- sion anodique. Sa valeur est réglée suivant les exigences du séchage.
On l'emploie comme paramètre variable dépendant ' dans le séchage continu, quand les diverses sections fonc- tionnent avec des vitesses d'échauffement différentes. Si l'un des paramètres variables, soit la résistance de charge, soit la.résistance anodique, se modifie, le rapport de l'é- nergie à haute fréquence cédée à l'objet séché et de l'éner- gie perdue dans le tube électronique se modifie en conséquen- ce.
Pour le refroidissement des tubes électroniques dans les installations de séchage diélectri que, on emploie des systèmes de refroidissement fournissant une quantité conatan- te de fluide refroidisseur, suffisante pour le refroidisse- ment de l'anode des tubes électroniques, même dans les cas ' les plus défavorables. Les difficultés de l'emploi de cette énergie résiduelle proviennent du fait que la température du ' fluide fluctue et se modifie en fonction de la puissance à haute fréquence de la source de courant.
Si la perte à l'a- node est faible et si le fluide de refroidissement est l'air, par exemple, il ne suffit pas, au moment où la vaporisation maximum se produit, que l'énergie de récupération porte l' air à une température telle qu'il absorbe la vapeur sortant de la surface de l'objet séché.
Suivant l'invention, ces inconvénients sont éliminés du fait qu'on emploie pour le séchage proprement dit l'air de refroidissement des tubes oscillateurs électroniques, tandis qu'on choisit le régime de fonctionnement des tubes oscillateurs de manière qu'au début du processus de séchage,
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la proportion d'énergie destinée au chauffage de l'air de refroidissement employé pour le séchage augmente avec la diminution de la résistance de charge des tubes.
Le condensateur de chauffage est inséré directement dans le circuit oscillant et on choisit les conditions de fonc- tionnement de telle façon que l'énergie qui peut être em- ployée pour la vaporisation de la surface de l'objet séché corresponde à l'énergie à haute fréquence employée pour ré- gulariser la quantité de vapeur d'eau se présentant sur la surface de l'objet, c'est-à-dire que l'énergie pouvant s'em- ployer à l'échauffement de l'air soit maximum dans la phase d'échauffement où se produit la vaporisation maximum.
La partie électronique de l'installation de chauffage diélectrique avec utilisation de l'air de refroidissement des tubes oscillateurs pendant le processus de séchage pro- prement dit a la forme d'un caisson sous pression 11 et fait corps directement avec l'installation de séchage 12 propre- ment dite. L'alimentation électrique 19 des électrodes prend en même temps la forme d'une conduite d'air pour l'éva- cuation de l'air humide de l'installation de séchage propre- ment dite..
Le montage du condensateur de chauffage dans le circuit oscillant, c'est-à-dire de la résistance de charge directe- ment vers l'anode des tubes oscillateurs, est important , du fait que, d'une part, les variations de la perte à l'ano- de pendant le séchage sont suffisamment grandes pour fournir également l'énergie de pointe nécessaire à réchauffement de l'air et que, d'autre part, elles puissent être appliquées nettement en fonction directe de la puissance à haute fré- quence.
Le principe du procédé de l'invention et de l'installa- tion est visible aux figures 1 à 6. La figure 1 représente
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les relations entre l'énergie à haute fréquence fournie à L'objet séché et l'énergie perdue dans le tube électronique.
La résistance de charge variable Rz ou la tension anodique variable U20 est portée en abscisse et la puissance P en or- donnée. La courbe 1 concerne la puissance fournie au tube électronique, la courbe 2 la puissance à haute fréquence cé- dée à l'objet séché ; la surface hachurée représente la puis- sance perdue à l'anode du tube électronique. Cette puissan- ce est également désignée sous le nom de perte anodique.
La figure 2 montre le montage de la bobine oscillante 3 et du condensateur oscillant 4. Ce dipôle est raccordé par une extrémité à l'anode du tube électronique et par la seconde extrémité, à la cathode de celui-ci. Suivant l'in- vention, le condensateur oscillant 4 est en même temps un condensateur de chauffage.
La figure 3 montre la disposition du montage où 5 est ;le circuit anodique oscillant, 6 la bobine oscillan- te, 7 le condensateur de chauffage, 9 le tube électronique, 9 l'anode du tube électronique et 10, la cathode de celui-ci.
La figure 4 représente les caractéristiques des opéra- tions de séchage périodiques.
La figure 5 montre les caractéristiqueb du séchage con- tinu, où la matière passe dans deux ou plusieurs sections de chauffage disposées en série et alimentées par des sour- ces d'énergie indépen dantes.
La figure 6 montre la disposition du montage d'un cir- cuit à résonance, qui représente en même temps l'installa- tion de séchage avec le condensateur de chauffage. 11 dési- gne la partie électronique sous la forme d'un caisson sous pression, dont l'air échauffé est transféré par les condui- tes 5 dans la partie de séchage 12, située à côté. La par- tie de séchage 12 représente en même temps le circuit anodi-
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que,à résonance formé comme cavité résonante avec capacité variable 17 servant comme condensateur de chauffage propre- ment dit. 16 désigne, à la figure 6, l'installation de transport appropriée sur laquelle la matière séchée 18 est introduite dans la section de chauffage.
Le mouvement de l'air dans la partie électronique et dans la partie de sé- chage est indiqué. par des flèches. L'air est amené par le culot du tube électronique 14, de forme appropriée, et chauf- fe le tube électronique 13, puis arrive dans la partie de séchage où il balaie dans le sens de l'écoulement et en sens inverse le produit séché et s'évacue par la canalisa- tion qui constitue en même temps l'alimentation électrique des électrodes.
Le point de départ du fonctionnement A, qui correspond à la résistance de charge Rzl (qui peut être réglée par exemple par la course de l'électrode du condensateur de chauffage), est choisi 'au voisinage du maximum, sur le flanc gauche de la courbe 2, de manière que l'énergie à haute fré- quence cédée à la matière séchée soit importante et que l'é- nergie d'échauffement de l'eau soit faible. Dans la premiè- re phase du séchage, quand l'eau s'échauffe dans l'objet à sécher, la résistance de charge tombe par exemple à la va- leur Rz2. Le point de fonctionnement se déplace par paliers jusqu'au point B. La proportion de l'énergie transformée en chaleur augmente à l'anode du tube électronique. Elle est maximale au moment où se produit la vaporisation la plus forte.
Progressivement, à mesure que l'eau disparaît de l'ob- jet séché, la résistance de charge recommence à augmenter.
Le point de fonctionnement revient vers le point A, de sor- te que la proportion d'énergie à haute fréquence augmente et que l'énergie cédée à l'anode du tube électronique dimi- nue. Cette phase correspond au séchage final de l'objet et
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la vaporisation est déjà réduite.
Si à l'entrée dans la section de chauffage, la régie- tance de charge atteint la valeur Rzl et si elle atteint à la sortie la valeur Rz2, on choisit la tension de fonctionne- ' ment U de manière que pour la valeur moyenne RzI = (Rz1+Rz2)1/2 la perte à l'anode corresponde aux exigences de l'état de l'air chaud. Les figures 5a à 5c représentent les pointa de fonctionnement de trois sources d'énergie en service dans la même section de séchage.
Les valeurs moyennes des résistances de fonctionnement dans les diverses sections sont; désignées par RZI, RzII et RzIII Le point UacI correspond à la première section de chauffage dans laquelle l'énergie à haute fréquence fournie se transforme pour réchauffement de l'eau dans la matière séchée et où la vaporisation reste encore limitée, le point UaoII correspond à la deuxième sec- tion de chauffage, où se produit la vaporisation maximum et où l'on doit recevoir une quantité d'énergie importante pour l'échauffement de l'air, et le point UaoIII correspond à la troisième section de chauffage, où le séchage de la matière arrive à sa fin et où doit s'évacuer une quantité de vapeur relativement faible.
Le mode de fonctionnement indiqué ci-dessus et la dis- position du montage ne peuvent se réaliser que si les tubes oscillateurs électroniques sont refroidis par l'air. Afin d'empêcher l'irruption de la vapeur d'eau sortant de l'ins- tallation de séchage dans la partie électronique, il est né- cessaire d'installer les tubes électroniques dans une chambre où la pression est supérieure à celle régnant dans la partie de séchage proprement dite. Ceci est obtenu en enfermant les tubes électroniques dans un caisson spécial, étanche à l'air, de manière à assurer, d'une part, dans la partie électroni que, une surpression déterminée et, d'autre part, une venti-
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lation complète de la partie de séchage proprement dite.
Il est avantageux d'employer, pour l'évacuation de l'air, la partie centrale de la conduite creuse, parce que l'air est amené au voisinage immédiat de l'objet séché, qu'une section suffisamment grande est disponible, que la ventilation eet assistée par le tirage naturel et que le débouché de l'air à l'extérieur ne présente aucune difficulté du, point de vue électrique. Il est nécessaire de raccorder le caisson élec- tronique directement à l'installation de séchage proprement dite, afin d'empêcher un refroidissement'de l'air échauffé qui est utilisé pour le séchage supplémentaire.
REVENDICATIONS
1. Procédé de séchage diélectrique avec utilisation de l'air de refroidissement d'un tube oscillateur pour le pro- cessus de séchage proprement dit, caractérisé en ce que le régime de fonctionnement des tubes oscillateurs est choisi de telle façon qu'au début du processus de séchage, la pro- portion d'énergie @tilisée au chauffage de l'air frais em- ployé pour le séchage augmente avec la diminution de la ré- sistance de charge du tube électronique.