Brevet FR2421345A1 — publié le 19791026

La présente invention concerne un refroidisseur d'air, de préférence sous la forme d'un appareil de séchage du type à condensation, comprenant un élément refroidisseur et un ventilateur pour créer un courant d'air en direction de cet élément refroidisseur ou traversant ce dernier, des moyens pour refroidir normalement cet élément refroidisseur de façon à provoquer une condensation de l'humidité dans ledit courant d'air, des moyens pour chauffer momentanément l'élément refroidisseur afin de provoquer le dégivrage de celui-ci et des moyens pour commander le foncitionnement desdits moyens de chauffage. On a l'habitude, dans un tel appareil d'utiliser un refroidisseur d'air constitué par ltévaporateur d'un système dé réfrigération, dont le condenseur produisant de la chaleur est placé dans le courant d'air en aval du refroidisseur.L'air passant par le refroidisseur est refroidi par ce moyen au-dessous de son point de rosée, de sorte que l'humi- dité de l'air se condense sur le refroidisseur et s'écoule sous forme d'eau, après quoi cet air refroidi sert au refroidissement nécessaire du condenseur et est en même temps réchauffé par ce dernier. Cela a pour conséquence que le courant d'air sort de l'appareil à l'état sec, à une température à peu près inchangée. I1 est nécessaire, en particulier pour le séchage d'air relativement froid ou dont l'humidité spécifique est faible, avec un débit et un rendement relativement satisfaisants, de faire fonctionner le refroidisseur à une température inférieure à OOC et par conséquent, il est presque inévitable que de la glace se forme sur l'élément refroidisseur. Ceci diminue ltefficacité du refroidisseur, étant donné qu'une couche de givre ou de glace est un isolant thermique, de sorte qu'il faut enlever cette couche de glace de temps en temps.Avec les ensembles courants, un tel dégivrage est facile à réaliser, étant donné qu'on peut incorporer un dispositif bien connu de commutation, utilisable pour interchanger les connexions et par conséquent les fonctions de l'dvapo- rateur et du condenseur de l'ensemble de réfrigération ; par ce moyen, le refroidisseur ou l'évaporateur peut être chauffé rapidement et facilement en vue du dégivrage. I1 est connu de réaliser une commande automatique dudit dispositif de commutation en se basant simplement sur le temps écoulé, mais ce n'est pas un mode de réglage parfait, étant donné que dans des conditions variables (température et humidité de l'air), les exigences concernant la fréquence et la durée des périodes de dégivrage peuvent varier considérablement Un dispositif de réglage imparfait peut donner lieu soit à un dégivrage insuffisant, soit à un dégivrage excessif, ce qui, dans les deux cas, conduit à une diminution du rendement du système de séchage. La présente invention a pour objet un système de séchage amélioré du type indiqué, qui est réglable de manière à assurer un rendement généralement accru. La présente invention concerne un appareil de séchage de l'air du type mentionné ci-dessus dans lequel un capteur de la température du refroidisseur est utilisé ,our commander le fonctionnement d'une manière avantageuse. Une température relativement élevée du capteur signifie que le ventilateur fonctionne avec un débit tel que l'air est en général insuffisamment refroidi par le refroidisseur, et aussi que la consommation d'énergie du ventilateur est élevée, et on augmentera par conséquent le rendement et l'économie du système si le capteur amène, dans cette situation, le ventilateur à fonctionner à puissance réduite. Par contre, si la température du capteur est relativement basse, le ventilateur est amené à fonctionner à une plus grande puissance dans le but de contrecarrer la formation de givre et d'augmenter le débit du système.Si la température du capteur baisse lorsque le ventilateur est à pleine puissance, cela signifie que le givre se forme sur le refroidisseur et dans ce cas, par conséquent, le capteur peut être utilisé pour commander le fonctionnement de l'ensemble de dégivrage, en ce qui concerne aussi bien la mise en marche que l'arrêt, de manière à optimiser le dégivrage en fonction des besoins. Selon une autre caractéristique de l'invention, il peut être prévu un capteur de température de l'air par lequel la commande automatique est encore optimalisée. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel la figure 1 est une vue d'ensemble en perspective d'un système de séchage selon l'invention la figure 2 est une vue schématique de côté de cet appareil ; et la figure 3 est un graphique simplifié, représentant la puissance du ventilateur en fonction de la température de la surface du refroidisseur. Le système représenté sur les figures 1 et 2 comprend un compresseur 2 de réfrigération du type hermétique fonctionnant en régime par tout ou rien, un condenseur 4, un évaporateur 6 et un ventilateur 8 entrainé par un moteur 10, intercalé entre ce condensateur et cet évaporateur, de façon à aspirer de l'air par l'évaporateur et-à le refouler à travers le condenseur. Ces éléments sont montés dans un boîtier tubulaire 12 avec une extrémité d'admission 14 de l'air, une extrémité de sortie 16 de l'air, ainsi qu'une cuvette-1B de recueil de l'eau montée au-dessous de l'évaporateur 6. Le système qui vient d'être décrit est tout à fait classique. En service, l'évaporateur 6 sert à refroidir l'air de façon à amener son humidité à se condenser et à être recueillie sous forme d'eau dans la cuvette 18, à partir de laquelle l'eau peut s'écouler de manière appropriée.L'air traverse ensuite le condenseur 4 pour réaliser le refroidissement désiré de celui-ci et être réchauffé avant qu'il ne quitte le système par l'extrémité de sortie 16. De cette façon, l'air séché par cette condensation de son humidité, est renvoyé dans le local où se trou-ve l'appareil de séchage, et l'air ambiant est progressivement séché, en général sans modification appréciable de la température de l'air. Comme on l'a indiqué, si du givre est susceptible de se déposer sur l'évaporateur ou le refroidisseur d'air, il faut procéder de temps à autre à un dégivrage, et on sait que cela peut être réalisé d'une façon simple, en inversant le fonctionnement du condenseur 4 et de l'évaporateur 6 à l'aide d'une valve ou distributeur de commutation 20. Selon la présente invention, on met en place un capteur 22 (figure 2) de température, en liaison directe avec une portion de la surface du refroidisseur d'air 6, raccordé par un fil 24 à un ensemble 26 de commande servant à régler la puissance du moteur 10 du ventilateur et le fonctionnement de la valve 20. Le capteur 22 est monté u voisinage immédiat de l'extrémité arrière du refroidisseur d'air,c'est-à-dire là où l'air est refroidi à sa plus basse température et où le givre est par conséquent susceptible de se former en premier lieu ; de plus, le capteur esL monté près de la base du refroidisseur 6 là où il y a le plus d'eau, de sorte que la formation de givre ou de glace commence dans la région de montage du capteur 22. Tant que la température du capteur 22 est relativement élevée, par exemple supérieure à 30C, cela signifie que l'air a besoin d'un degré de refroidissement relativement important, c'est à-dire que cet air est aspiré relativement lentement à travers le refroidisseur. Par conséquent, l'ensemble de commande 26*est destiné à faire tourner le moteur 10 du ventilateur à une vitesse minimale quand le capteur 22 détecte une température de la surface du refroidisseur supérieure à une limite déterminée, par exemple de 30C comme susmentionné.Une température du capteur tombant audessous de cette limite, par exemple jusqu'à 1OC; indique que le système est capable de refroidir une plus grande quantité d'air et, par conséquent, ltensemble 26 est destiné à augmenter graduellement la puissance du ventilateur en réponse à une baisse progressive de la température du capteur jusqu'au voisinage du point de congélation. Cela étant, si la température du capteur continue à baisser une fois que la vitesse du ventilateur a été ajustée à sa valeur maximale ou, d'une manière générale à baisser au-delà d'une valeur basse prédéterminée, cela indique une formation de givre au voisinage immédiat du capteur 22, à savoir que l'air n I est pas capable de chauffer la surface du refroidisseur audessus du point de congélation, à cause de l'effet isolant du givre, et l'ensemble de commande 26 est destiné à déceler cette situation et, par suite, à amener la valve 20 à inverser le fonctionnement du condenseur 4 et de l'évaporateur 6 pour assurer le chauffage et le dégivrage de ce dernier Bien que l'opération de dégivrage doive en général être achevée quand la température du capteur 22 est juste audessus de OOC, il est néanmoins préférable de laisser l'ensemble 26 maintenir la valve 20 dans sa position inversée jusqu'à ce que la température du capteur atteigne une valeur encore plus élevée, par exemple environ 120C ou plus, étant donné qu'on est alors assuré que la plus grande partie de l'eau provenant de la fusion de la glace ou du givre est tombée goutte à goutte de l'élément 6 ; ainsi il ne se formera pas de glace ou de givre nouveau quand cet élément 6 sera à nouveau utilisé comme élément refroidisseur.Evidemment, un ensemble de réglage minuté peut être utilisé dans le même but. La relation exposée entre la température T du capteur et la puissance P du ventilateur est représentée graphiquement sur la figure 3, basée sur lesdites-températures prises comme exemples, et on notera que l'ensemble 26 est à utiliser de préférence pour arrêter complètement le ventilateur 8 pendant toute la durée du dégivrage, étant donné qutun tel arrêt favorise le dégivrage quand l'air n'est pas trop chaud. De plus, le condenseur 4 se comportant maintenant comme un évaporateur n'est alors pas refroidi par un courant d'air, et une température relativement élevée de l'évaporateur favorise une élévation de la température du condenseur, c'est-à-dire une température relativement élevée de dégivrage de l'élément 6.En outre, la continuation du fonctionnement du ventilateur doit favoriser l'évaporation à partir de la surface du refroidisseur et contrecarrer par ce moyen un échauffement rapide de celui-ci. De cette manière, la fréquence et la durée des périodes de dégivrage est réglée d'une façon pratiquement optimale en fonction des besoins, étant donné que le dégivrage est déclenché chaque fois qu'il s'avère réellement nécessaire et est arrêté dès que le givre a réellement disparu. Si l'air à traiter est, dès le départ, relativement froid, son influence sur le chauffage du refroidisseur et, en même temps1 du capteur 22 est relativement faible et de plus, il en est de même pour sa teneur absolue en humidité. Par conséquent et pour indiquer la formation de givre, la température du capteur est dans ce cas un peu moindre que dans le cas d'un air ambiant "normal" et de ce fait, la température du capteur indiquant le givrage est un peu plus élevée quand la température de l'air est au-dessus de cette température normale. Cependant, en conformité avec une nouvelle et importante caractéristique de la présente invention, l'ensemble de commande 26 peut être relié à un capteur 28 de température de l'air monté de manière à mesurer la température de l'air à traiter, par exemple de la manière représentée dans l'ouverture 14 d'entrée de l'air de l'appareil de séchage, de façon à déplacer en général la caractéristique de fonctionnement représentée sur la figure 3 vers la gauche pour abaisser la température de l'air ambiant et vers la droite pour élever la température de l'air mesurée par le capteur 28. Evidemment, il faut laisser se former une certaine quantité de givre avant le début du dégivrage, étant donné que, dans le cas contraire, le rendement global ou le rendement du système serait réduit et, dans un exemple pratique, ce système peut être ajusté de façon à déclencher le dégivrage quand la température de la surface du refroidisseur est tombée à environ -140C si la température de l'air ambiant est de l'ordre de 12 à 140C.Cela étant, si la température de l'air ambiant était seulement de 50C, une température de la surface du refroidisseur (au-dessous de celle de givrage) de -140C ne correspondrait pas à la même quantité de givre qu'antérieurement, car l'air aurait moins contribué à réchauffer le refroidisseur et dans ce cas, si la température caractéristique de début de dégivrage était maintenue à -14eC, le rendement global du système serait plutôt faible, étant donné que la plus grande partie du temps de fonctionnement serait utilisée pour un dégivrage inutile du refroidisseur. I1 est possible, en utilisant le capteur 28, de réaliser un ajustement automatique de la température de la surface du refroidisseur à laquelle le dégivrage commence et, dans l'exemple ci-dessus, cette température peut être d'environ -210C pour une température de l'air de 50C et, d'une manière correspondante supérieure à celle de -140C mentionnée si la température de l'air ambiant est supérieure à la valeur de 12-140C mentionnée. I1 est possible, pour un système donné d'établir une relation presque optimale entre la température caractéristique de la surface du refroidisseur et la température de l'air ambiant et de réaliser l'ensemble de commande 26 en vue d'un réglage optimal correspondant et continu.Cependant, les valeurs absolues des températures caractéristiques peuvent varier considérablement d'un système à l'autre, en fonction de l'ensemble de ses détails de réalisation. On ne sort pas du cadre de l'invention en remplaçant le capteur 28 par un sélecteur" de température manoeuvré à la main si l'oh peut se contenter d'un ajustement grossier des températures de départ et/ou d'arrêt de l'opération de dégivrage. I1 convient d'insister sur le fait que le système selon l'invention n'a pas un usage limité à son but principal qui est le séchage de l'air par un procédé de condensation, étant donné que les avantages obtenus par la commande automatique du ventilateur et de l'opération de dégivrage sont appréciables même si le but principal est le refroidissement de l'air ou d'un autre gaz humide. Un autre paramètre qui peut changer avec la température de la surface du refroidisseur est la pression de l'agent réfrigérant à l'intérieur du refroidisseur, et il est possible dans certaines conditions d'utiliser un manomètre pour fournir des in formations de commande destinées à l'ensemble de commande 26, ce qui signifie que dans les cas de ce genre le manomètre est simplement l'équivalent du capteur 22 de température. I1 va de soi que l'utilisation du capteur 22 tie température pour le réglage constitue un avantage pour la commande du ventilateur aussi bien en fonctionnement normal que pour la commande du dégivrage, et par conséquent que le système selon l'invention est avantageux même si ce capteur est utilisé pour l'une de ces opérations de commande seulement. I1 peut arriver, dans des conditions extrêmes, que l'humidité de l'air se transforme en glace limpide plutôt qu'en givre sur des parties de la surface du refroidisseur 6 et que, quand l'air est relativement chaud, cette glace tende à atteindre une température voisine de OOC et à empêcher ainsi une baisse nouvelle et rapide de la température du capteur 22 qui indiquerait qu'il est nécessaire de dégivrer le refroidisseur ou d'en enlever la glace. Pour protéger l'appareillage contre un tel défaut de fonctionnement dans des conditions extrêmes, l'ensemble de commande 26 peut comporter une minuterie qui provoque le déclenchement de l'opération de dégivrage chaque fois qu'un temps prédéterminé, par exemple 1 à 2 heures, s'est écoulé depuis la dernière opération de dégivrage. Cela peut avoir pour conséquence de déclencher sans nécessité un dégivrage à la suite d'un changement des conditions de fonctionnement, mais un dégivrage inutile conduit à un échauffement très rapide du capteur 22 et par conséquent à un retour rapide à un fonctionnement normal, par exemple enjoins d'une minute, et par conséquent, le rendement d'ensemble du système n'est pas diminué de beaucoup si, exceptionnellement, ces courtes périodes de dégivrage inutiles se produisent. I1 va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre indicatif mais non limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Refroidisseur d'air, de préférence sous la forme d'un appareil de séchage du type à condensation, comprenant un élément refroidisseur et un ventilateur pour créer un courant d'air en direction de cet élément refroidisseur ou traversant ce dernier, des moyens pour refroidir normalement cet élément refroidisseur de façon à provoquer une condensation de l'humidité dans ledit courant d'air et des moyens pour chauffer momentanément ltélé- ment refroidisseur afin de provoquer le dégivrage de celui-ci et des moyens pour commander le fonctionnement desdits moyens de chauffage, refroidisseur caractérisé en ce qu'un dispositif sensible à la température est monté en liaison thermique directe avec ledit élément refroidisseur de préférence sur le côté ou à l'ex trématé de ce dernier, là où le courant d'air quitte l'élément refroidisseur, ledit dispositif sensible étant connecté au ventilateur et éventuellement-ou en variante auxdits moyens pour commander de façon à diminuer la puissance du ventilateur en réponse à une élévation de la température du refroidisseur au-dessus d'une valeur prédéterminée et éventuellement ou en variante respectivement, de façon à provoquer la mise en marche desdits moyens de chauffage pour dégivrer le refroidisseur en réponse à une baisse de la température de celui-ci au-dessous d'un minimum prédéterminé. 2. Refroidisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de la température de l'air relié audit dispositif capteur sensible à la température de façon que la ou les températures de l'élément refroidisseur, par l'intermédiaire desquelles ce dispositif capteur exécute lesdites opérations de commande, sont en général augmentées au cours de la réponse automatique afin d'élever la température de l'air refoulé en direction de l'élérr.-ent refroidisseur. 3. Refroidisseur selon 11 une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit dispositif capteur est relié au moteur du ventilateur de manière à provoquer une augmentation graduelle de la vitesse du ventilateur selon une baisse détectée de la température du refroidisseur, dans un intervalle de température au voisinage immédiat ou juste au-dessus de OOC. 4. Refroidisseur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit dispositif capteur est relié au moteur du ventilateur et auxdits moyens de commande de façon que ces derniers soient commandés en vue de produire un chauffage temporaire du refroidisseur en réponse audit dispositif-capteur qui détecte un abaissement de la température après avoir fait fonctionné le ventilateur à sa puissance maximale. 5. Refroidisseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande sont en outre reliés au moteur du ventilateur de façon à débrancher le ventilateur par la mise en action desdits moyens de commande et à faire redémarrer ce ventilateur après l'interruption du chauffage du refroidisseur. 6. Refroidisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit dispositif capteur de la température est relié auxdits moyens de commande de façon qu'ils provoquent une interruption du chauffage temporaire du refroidisseur lorsque ledit dispositif capteur détecte une température prédéterminée, par exemple de 120C. 7. Refroidisseur selon l'une quelconque des revendications 3, 5 et 6, caractérisé en ce que le dispositif capteur est relié au ventilateur de façon à provoquer un nouveau démarrage de ce dernier à une puissance relativement faible, et à maintenir son fonctionnement à cette faible puissance par un abaissement ultérieur de la température du refroidisseur jusqu'à ce que la température atteigne la limite supérieure de l'intervalle spécifié dans la revendication 3.