Brevet FR2732113A1 — publié le 19960927

- 1 - 2732113 La présente invention concerne un procédé pour détecter de façon précoce un risque de condensation d'eau sur une surface se trouvant au contact d'un volume d'air humide. La société demanderesse a déjà décrit dans FR-A-2 702 049 un tel procédé qui consiste à disposer sur une surface un élément sensible qui prend initialement une température correspondant sensiblement à celle de la surface, provoquer sur cet élément sensible à l'aide d'un moyen de chauffage, une première phase de chauffage jusqu'à une température supérieure à la température de la surface, provoquer sur l'élément sensible, à l'aide d'un moyen de refroidissement de même puissance thermique que le moyen de chauffage, une phase de refroidissement jusqu'à une température inférieure à la température de la surface, et effectuer une comparaison entre le rapport de la durée de la première phase de chauffage à l'élévation de température au cours du chauffage et le rapport de la durée de la phase de refroidissemes nt à la diminution de température au cours du refroidissement, une différence notable entre ces deux rapports étant significative d'un risque de condensation sur la surface. Grâce à un tel procédé, on peut détecter de manière efficace un risque de condensation d'eau sur la surface. Selon ce procédé connu, on détermine l'amplitude thermique des oscillations de façon à pouvoir détecter un risque de condensation suffisamment à l'avance par rapport au moment o une condensation d'eau peut effectivement se produire. Ce procédé comporte néanmoins une limite en raison de la faible fréquence des oscillations thermiques de l'élément sensible. En effet, pour effectuer les oscillations thermiques, il faut fournir à l'élément sensible une énergie de chauffage et de refroidissement d'autant plus importante que l'amplitude thermique des oscillations est grande. Cette énergie peut être fournie sur une période très courte, moyennant l'utilisation de moyens de chauffage et de refroidissement puissants, ou sur une période relativement longue, ce qui permet d'utiliser des moyens de chauffage et de refroidissement de faible puissance. Chacune de ces deux possibilités comporte des inconvénients. Si l'on utilise des moyens de chauffage et de refroidissement puissants, il se pose d'une part le problème de la consommation de ces moyens de chauffage et de refroidissement et d'autre part, le problème de la fiabilité de la détection. - 2 - 2732113 En effet, si l'énergie de condensation de l'eau est trop faible par rapport & l'énergie fournie & l'élément sensible lors du refroidissement, la perturbation engendrée par la condensation des premières gouttes risque d'être négligeable, induisant un retard trop faible dans la phase totale de refroidissement pour être détecté. A l'inverse, si l'on utilise des moyens de chauffage et de refroidissement trop peu puissants, on allonge la durée des cycles thermiques et l'on retarde le moment de la détection d'un risque de condensation. La présente invention vise à fournir un procédé du type décrit ci-dessus, qui permet de détecter de façon fiable et précoce un risque de condensation d'eau sur la surface. La présente invention a pour objet un procédé pour détecter un risque de condensation d'eau sur une surface se trouvant au contact d'un volume d'air humide, selon lequel on dispose sur la surface un élément sensible qui prend initialement une température correspondant sensiblement à celle de la surface et l'on provoque sur cet élément sensible, & l'aide de moyens de refroidissement et de chauffage, une succession de cycles thermiques constitués chacun par une phase de refroidissement et une phase de chauffage, caractérisé par le fait que l'on réalise la phase de refroidissement de chaque cycle en deux étapes consécutives, à savoir une première étape au cours de laquelle on fournit une forte puissance aux moyens de refroidissement, pour abaisser rapidement la température de l'élément sensible en dessous de la température de la surface, et une seconde étape au cours de laquelle on fournit une faible puissance aux moyens de refroidissement, pour abaisser lentement la température de l'élément sensible, jusqu'à la fin de la phase de refroidissement. On comprend que le procédé selon l'invention permet d'obtenir non seulement des cycles thermiques relativement courts, d'o une détection précoce du risque de condensation, mais également une bonne sensibilité à la condensation, du fait que la quantité d'énergie d'une éventuelle condensation d'eau sur la surface de l'élément sensible est une grandeur significative par rapport à l'énergie de refroidissement qui est fournie à l'élément sensible lors de la seconde étape de refroidissement, pendant laquelle une condensation d'eau est susceptible de se produire. Selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, on mesure, au cours de chaque cycle, la température de l'élément sensible lors de la phase de refroidissement et l'on interrompt cette phase de - 3 -2732113 refroidissement lorsque l'élément sensible atteint une température inférieure prédéterminée. Selon ce mode de réalisation, la durée de la phase de chauffage peut être déterminée de différentes manières. Selon une première variante, on mesure également la température de l'élément sensible lors du chauffage et l'on interrompt la phase de chauffage lorsque l'élément sensible atteint une température supérieure prédéterminée. Cette variante présente l'intérêt d'être particulièrement simple à mettre en oeuvre. Cependant, elle nécessite des moyens de mesure suffisamment précis. Selon une seconde variante, la durée de la phase de chauffage est limitée par une durée fixe qui peut être par exemple égale à la durée de la phase de refroidissement du même cycle, ou à la moyenne des phases de refroidissement d'un nombre déterminé de premiers cycles de la succession de cycles. Dans ce premier mode de mise en oeuvre de l'invention, la détection d'un risque de condensation peut être effectuée de différentes manières. Selon une première variante, on surveille l'évolution de la période des cycles thermiques, tout allongement de cette période étant significatif de l'apparition d'une condensation sur l'élément sensible, c'est-à-dire d'un risque de condensation sur la surface. Selon une seconde variante, on réalise la phase de chauffage en deux étapes consécutives, à savoir une première étape ayant une durée égale à celle de la première étape de la phase de refroidisse ent et au cours de laquelle la puissance fournie aux moyens de chauffage est sensiblement égale à celle fournie aux moyens de refroidissement lors de la première étape de la phase de refroidissement, et une seconde étape au cours de laquelle la puissance fournie aux moyens de chauffage est sensiblement égale à celle fournie aux moyens de refroidissement lors de la seconde étape de la phase de refroidissement, la durée de cette seconde étape étant déterminée came décrit ci-dessus. Dans cette seconde variante, la détection d'un risque de condensation peut être effectuée en comparant le rapport de la durée de la phase de chauffage à l'élévation de température au cours du chauffage et le rapport de la durée de la phase de refroidissement à la diminution de température au cours du refroidissement, une différence notable entre ces - 4 - 2732113 deux rapports mettant en évidence l'apparition d'une condensation d'eau sur l'élément sensible, c'est-à-dire un risque de condensation sur la surface. Selon un second mode de mise en oeuvre de l'invention, on mesure l'énergie fournie pour refroidir l'élément sensible lors de la phase de refroidissement du premier cycle et l'on enregistre cette énergie. Lors des phases de chauffage et de refroidissement des cycles ultérieurs, on mesure en temps réel l'énergie fournie pour chauffer ou refroidir l'élément sensible et l'on interrompt la phase de chauffage ou de refroidissement en cours d'exécution dès que l'énergie fournie à l'élément sensible au cours de cette phase est égale à l'énergie préalablement enregistrée. Dans une variante, on compare l'énergie de la phase de refroidissement du premier cycle à une valeur préalablement connue, et l'on vérifie, lors du premier cycle, que l'énergie de la première phase de refroidissement est peu différente de la valeur préalablement connue. Dans un tel cas, la nouvelle valeur mesurée est enregistrée pour servir de valeur préalablement connue lors d'une mise en oeuvre ultérieure du procédé. En revanche, si la valeur mesurée est très différente de la valeur préalablement connue, on peut en déduire une anomalie qui traduit, soit un dysfonctionnement du dispositif, soit l'apparition, dès le premier cycle thermique, d'une condensation d'eau sur l'élément sensible. Bien entendu, le second mode de mise en oeuvre de l'invention peut être combiné avec le premier, l'énergie étant alors mesurée en temps réel uniquement lors des phases de chauffage, la durée des phases de refroidissement étant déterminée par mesure de la température de l'élément sensible lors du refroidissement, et comparaison avec une température inférieure prédéterminée. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant, à titre non limitatif, différents exemples de mise en oeuvre, en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 représente schématiquement un dispositif permettant la mise en oeuvre de l'invention, - la figure 2 est une représentation graphique du courant fourni au dispositif de la figure 1 lors d'un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, et de l'évolution de la température de l'élément sensible en fonction de ce courant, - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 correspondant à un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention, - 5 - 2732113 - la figure 4 est une vue analogue à la figure 2 correspondant à un troisième mode de mise en oeuvre de l'invention, et - la figure 5 est une vue analogue à la figure 2 représentant un quatrième mode de mise en oeuvre de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté une portion d'une surface 1 sur laquelle on veut détecter un risque de condensation. Un dispositif de détection, constitué par un module à effet Peltier 2 comporte deux éléments semi-conducteurs 3 et 4, dopés N et respectivement P, qui sont électriquement raccordés en série et alimentés par un générateur de courant 5. Une plaque 6 en matériau à haute conductivité thermique relie les extrémités supérieures des deux éléments semi-conducteurs 3 et 4. Cette plaque 6 sert d'élément sensible au sens de l'invention. Elle subit des oscillations thermiques sous l'effet d'une modification du courant d'alimentation I du module à effet Peltier 2. Lorsque le module à effet Peltier 2 n'est alimenté par aucun courant, la plaque 6 prend la température de la surface 1 et les deux extrémités de chaque élément semi-conducteur 3, 4 se trouvent à la même température. Dans ces conditions, la tension Seebeck aux bornes du module à effet Peltier est nulle. Dans un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, on détermine l'amplitude thermique des cycles par mesure de cette tension Seebeck U qui traduit le fait qu'il existe une différence de température _ AT entre la plaque supérieure et la surface 2. Ainsi, lorsque l'on désire élever la plaque 6 à une température T +AT, T étant la température de la surface 1, on envoie un courant + I dans le module à effet Peltier 2 et l'on mesure simultanément la tension U aux bornes de ce module. En retranchant sa composante résistive U à cette r tension, on obtient la tension Seebeck Up= U - Ur Lorsque la tension Seebeck a atteint une valeur correspondant à une différence de température A T entre les deux extrémités des éléments semi-conducteurs 3 et 4, la tension de la plaque 6 est considérée égale à T +AT, en faisant l'hypothèse que le changement de température de la surface 2, dû aux perturbations thermiques créées par le module & effet Peltier, est négligeable. On procède de même pour refroidir la plaque 6 à une température T -A T. - 6 - 2732113 Sur la figure 2, on a représenté l'évolution du courant d'alimentation du module & effet Peltier en fonction du temps, ainsi que l'évolution de la tension Seebeck U qui traduit les variations de p température de l'élément sensible 6. On voit que les phases de chauffage et de refroidissement sont chacune divisée en deux étapes, à savoir, une première étape au cours de laquelle le courant I = 12 est intense, et une seconde étape au cours de laquelle le courant I = I1 est faible. L'évolution de la température correspondante à ces deux étapes montre clairement que la température croît, et respectivement décroît, rapidement lorsque le courant I est élevé, et évolue plus lentement lorsque le courant I est faible. Sur la courbe de températures de la figure 2, il apparaît qu'une condensation d'eau se produit sur la plaque 6 lors de la seconde étape de la phase de refroidissement. On voit clairement que, du fait de l'évolution lente de la température de la plaque 6, la condensation de l'eau induit un retard A t non négligeable dans la phase de refroidissement. La mesure de ce retard A t permet de détecter un risque de condensation d'eau sur la surface. Dans l'exemple de la figure 2, o les phases de chauffage sont également divisées en deux étapes, il est également possible de détecter l'apparition d'une condensation sur la plaque supérieure en comparant les valeurs absolues des pentes r1 et r2 des phases de chauffage et de refroidissement. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 3, la température de la plaque 6 n'est mesurée que lors des phases de refroidissement. A cet effet, commne décrit en référence à la figure 2, on mesure la tension Seebeck aux bornes du module à effet Peltier, et l'on interrompt la phase de refroidissement lorsqu'il existe un écart A T entre la température T de la surface 2 et celle T -AT de la plaque 6. Lors de chaque cycle thermique, on mesure la durée t. de 2. chaque phase de refroidissement et l'on fixe la durée de la phase de chauffage du même cycle égale à cette durée t.. Lorsqu'il apparait une condensation sur la plaque supérieure, comme indiqué par une flèche lors du deuxième cycle, la durée t2 de la phase de refroidissement s'allonge et par conséquent celle t2 de la phase de chauffage suivante est prolongée d'autant. _ 7 _ 2732113 Il en résulte un allongement de la période totale 2t2 du cycle thermique, ce qui permet de détecter un risque de condensation. Dans l'exemple représenté & la figure 4, la durée t des phases de chauffage est fixée égale à la moyenne des durées des phases de refroidissement des N premiers cycles de la succession de cycles, N étant de préférence compris entre 1 et 10. Cette durée t étant fixe, en cas de condensation d'eau sur la plaque 6, comme indiqué par une flèche lors du deuxième cycle, cette plaque 6 ne retrouve pas sa température maximale T + Et T mais une température inférieure, en raison de l'énergie consommée par l'eau pour s'évaporer lors du chauffage. Il s'ensuit que, lors du cycle suivant, la condensation de l'eau apparait plus tôt lors du refroidissement. Ce phénomène provoque un allongement de la période totale de chaque cycle, ce qui permet également de détecter un risque de condensation sur la surface. On peut noter que, dans ce mode de mise en oeuvre de l'invention illustré & la figure 4, les phases de chauffage et de refroidissement sont divisées en trois étapes et non seulement en deux étapes, comme dans le mode de mise en oeuvre décrit précédemment. Ces trois étapes permettent d'obtenir une meilleure progressivité de l'adaptation de l'énergie fournie, notamment lors du refroidissement, pour une plus grande sensibilité à la détection d'une condensation sur l'élément sensible. Dans une variante non illustrée, on pourrait réduire de façon continue et progressive l'énergie fournie à l'élément sensible pour le refroidir, ce qui reviendrait à diviser la phase de refroidissement en une infinité d'étapes. Dans l'exemple illustré à la figure 5, on a mesuré en temps réel l'énergie fournie à la plaque 6 lors de la première phase de refroidissement. Cette énergie est matérialisée sur les dessins par les deux surfaces S1 et S2 Cette énergie est enregistrée au début de la succession de cycles. Les phases ultérieures de chauffage et de refroidissement sont fixées de telle sorte que l'énergie fournie à la plaque supérieure soit égale & l'énergie enregistrée. - 8 - 2732113 Ainsi, lors de la première phase de chauffage suivante, l'énergie fournie & la plaque est identique à celle enregistrée qui a été fournie & la plaque lors du refroidissement, comme le montrent les surfaces S et S4 qui sont respectivement égales à S1 et S2. En l'absence de condensation, la plaque retrouve donc sa température haute T + a T. Lorsqu'une condensation apparaît sur la plaque 6, la phase de refroidissement est prolongée jusqu'à ce que l'énergie fournie lors du refroidissement soit la même que celle enregistrée, et la plaque n'atteint pas sa température basse T -taT. L'égalité des énergies est visible sur le graphique o l'on a: S5 S1 et S6 + S8 = S2, sachant que S8 = S7 La phase de chauffage suivante est également prolongée, tout comme la phase de refroidissement ultérieure. L'égalité entre l'énergie fournie lors du chauffage et l'énergie enregistrée est matérialisée sur le graphique, lors du quatrième cycle o l'on a: + Sil + S12 = S1+ S2, sachant que Sll = S9 + S13. Il s'en suit que l'amplitude thermique des cycles se réduit, tandis que leur période s'allonge. On peut alors détecter un risque de condensation en surveillant l'évolution de la période des cycles. Dans une variante, on peut également surveiller l'évolution de la tension Seebeck aux bornes du module à effet Peltier et constater ainsi que l'amplitude thermique des cycles diminue, ce qui est aussi caractéristique d'un risque de condensation sur la surface 1. Il est bien entendu que les modes de mise en oeuvre qui ont été décrits ci-dessus ne présentent aucun caractère limitatif et qu'ils pourront recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. - 9 - 2732113 REVENDICATIONS 1. Procédé pour détecter un risque de condensation d'eau sur une surface se trouvant au contact d'un volume d'air humide, selon lequel on dispose sur la surface un élément sensible qui prend initialement une température correspondant sensiblement à celle de la surface, et l'on provoque sur cet élément sensible, à l'aide de moyens de refroidissement et de chauffage, une succession de cycles thermiques constitués chacun par une phase de refroidissement et une phase de chauffage, caractérisé par le fait que l'on réalise la phase de refroidissement de chaque cycle en au moins deux étapes consécutives, à savoir, une première étape au cours de laquelle 0 on fournit une forte puissance (-I2; - I3) aux moyens de refroidissement (3,4) pour abaisser rapidement la température de l'élément sensible (6) en dessous de la température (T) de la surface (1), et une seconde étape au cours de laquelle on fournit une faible puissance (-I1) aux moyens de refroidissement (3,4) pour abaisser lentement la température (T) de l'élément sensible (6) jusqu'à la fin de la phase de refroidissement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on mesure, au cours de chaque cycle, la température de l'élément sensible (6) lors de la phase de refroidissement et que l'on interrompt cette phase de refroidissement lorsque l'élément sensible (6) atteint une température inférieure prédéterminée (T-ST). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on mesure également la température de l'élément sensible (6) lors du chauffage et que l'on interrompt la phase de chauffage lorsque l'élément sensible (6) atteint une température supérieure prédéterminée (T+&T). 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la durée (ti) de la phase de chauffage d'un cycle est égale à la durée (ti) de la phase de refroidissement du mime cycle. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la durée (t) de la phase de chauffage est égale à la durée moyenne des phases de refroidissement d'un nombre prédéterminé de premiers cycles de la succession de cycles. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que l'on surveille l'évolution de la période des cycles thermiques, tout allongement de cette période étant significative de l'apparition d'une condensation sur l'élément sensible (6), c'est-à-dire d'un risque de condensation sur la surface (2). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que l'on réalise la phase de chauffage en deux - 10 - 2732113 étapes consécutives, à savoir, une première étape ayant une durée égale à celle de la première étape de la phase de refroidissement et au cours de laquelle la puissance (I2; I3) fournie aux moyens de chauffage (3,4) est sensiblement égale à celle (-I2; -I3) fournie aux moyens de refroidissement (3,4) lors de la première étape de la phase de refroidissement, et une seconde étape au cours de laquelle la puissance (I1) fournie aux moyens de chauffage (3,4) est sensiblement égale à celle (-Il) fournie aux moyens de refroidissement (3,4) lors de la seconde étape de la phase de refroidissement, la durée de cette seconde étape étant déterminée conformément à l'une quelconque des revendications 3 & 5, la détection d'un risque de condensation étant effectuée en comparant le rapport de la durée de la phase de chauffage à l'élévation de température au cours du chauffage, et le rapport de la durée de la phase de refroidissement à la diminution de température au cours du refroidissement, une différence notable entre ces deux rapports mettant en évidence l'apparition d'une condensation d'eau sur l'élément sensible (6), c'est-à-dire un risque de condensation sur la surface (1). 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on mesure l'énergie (S1+S2) fournie pour refroidir l'élément sensible (6) lors de la phase de refroidissement du premier cycle, que l'on enregistre cette énergie, et que, lors des phases de chauffage et de refroidissement des cycles ultérieurs, on mesure en temps réel l'énergie fournie pour chauffer ou refroidir l'élément sensible (6), et l'on interrompt la phase de chauffage ou de refroidissement en cours d'exécution, dès que l'énergie fournie à l'élément sensible (6) au cours de cette phase, est égale à l'énergie préalablement enregistrée. 9. Procédé selon la revendication 8 modifiée en ce que l'on ne mesure l'énergie en temps réel que pour les phases de chauffage, la durée des phases de refroidissement étant déterminée par mesure de la température de l'élément sensible (6) lors du refroidissemes nt et comparaison de cette mesure avec une température inférieure prédéterminée (T-,T).