Brevet FR2772898A1 — publié le 19990625

La présente invention se rapporte à un procédé de détermination de l'évolution du séchage dans un processus de séchage, ainsi qu'à une machine de mise en oeuvre de ce procédé. Actuellement, dans le domaine des sèche-linge et des machines lavantesséchantes, on détermine en fait la fin du processus de séchage, soit par mesure de l'évolution de la température de l'air de séchage et/ou de sa dérivée à l'aide d'une thermistance placée dans le circuit d'air de séchage (cette température augmente, à débit d'air sensiblement constant, lo au cours de la fin du séchage du linge), soit par mesure, à l'aide d'électrodes au contact du linge, de la résistivité du linge (celle-ci augmente au fur et à mesure du séchage). Le résultat du procédé de mesure par thermistance dépend de paramètres non maîtrisables ou non maîtrises. Le résultat de mesure, à charge de linge constante (type et quantité de linge), dépend de la tension d'alimentation du secteur (en général, sa valeur nominale peut être comprise entre 187 v et 254 v, et peut varier au cours du temps) et de la précision des composants en particulier du fait des tolérances de fabrication, ces composants étant ceux pouvant influencer le processus de séchage (la puissance nominale du dispositif de chauffage d'air peut varier de + 10 %, la température des éléments de limitation peut varier de + 5 C, et la tolérance sur la valeur de la thermistance peut influer de + 3 C sur la dynamique de séchage). Le résultat de mesure, à environnement constant (tension, puissance de chauffage et température de l'air de séchage) dépend de la charge à sécher (masse et type de linge). De plus, les phases de séchage du linge (phase de montée en température et stabilisation de la température, phase du palier de séchage, pendant laquelle la température est pratiquement stable, et phase de fin de séchage) sont difficilement différenciables, ce qui ne permet pas de prévoir suffisamment à l'avance la fin du séchage, et encore moins de réguler de façon efficace la puissance de chauffage de l'air de séchage. Dans le cas de la mesure de résistivité, le résultat dépend, de façon aléatoire, de la charge à sécher. Il est plus facile de sécher, de façon fiable, une charge importante qu'une charge faible, car dans ce dernier cas le résultat dépend de la position moyenne de la charge par rapport aux électrodes de mesure. Il en résulte d'importantes variations de la mesure en fonction de la masse et du type des textiles à sécher. En plus de leur mauvaise reproductibilité, ces procédés connus nécessitent des essais statistiques nombreux, entraînant d'importants délais de développement, et donc un coût élevé de ce développement. Il faut également noter que les résultats des mesures faites selon ces procédés connus deviennent encore plus aléatoires lorsque se produisent en cours de séchage des événements extérieurs tels que la coupure du secteur électrique, I'ouverture de la porte de la machine pour un ajout de linge en cours de séchage, le changement de la consigne (en général: durée de séchage) par l'utilisateur ou bien si l'on fait évoluer les structures de la machine. La présente invention a pour objet un procédé de détermination de l'évolution du séchage au cours d'un processus de séchage de divers produits, pour lequel la qualité de la détermination ne dépende pas ou pratiquement pas de paramètres non maîtrisables ou non maîtrisés, en particulier: la tension du secteur électrique, la dispersion des valeurs des composants ou paramètres pouvant influer sur le processus de séchage (puissance nominale de l'élément chauffant, seuils de température en cas de fonctionnement proche des limites admissibles par les composants, température telle que mesurée par la thermistance ou dispersion des résultats de mesure des électrodes), masse et type de linge à sécher, coupure du secteur d'alimentation, ouverture de porte par l'utilisateur, température et humidité ambiantes... La présente invention a également pour objet une machine (sèche-linge ou lavante-séchante) mettant en oeuvre ce procédé, dont le prix de revient ne soit pas notablement augmenté par cette mise en oeuvre, et qui soit simple à utiliser et à entretenir. Le procédé de l'invention est caractérisé par le fait que l'on prédétermine en au moins un point du circuit d'air l'humidité relative de cet air pour différentes quantités et/ou qualités de produits à sécher, que l'on mesure, au début du processus de séchage, I'humidité relative de l'air de séchage à l'arrêt de la ventilation d'air de séchage, que lorsque cette humidité relative descend en-dessous d'un seuil qui est fonction de I'humidité relative maximale, on entame la dernière phase du processus de séchage au cours de laquelle on fait alternativement circuler, dans le circuit d'air de séchage de la machine, de l'air de séchage avec au moins deux débits d'air différents, on établit une relation déterminée, telle qu'une différence entre des valeurs d'humidité relative ou les humidités relatives elles-mêmes, pour les deux débits différents, pour différentes quantités de produits à sécher, que l'on mémorise les lois d'évolution de ces relations, et qu'en service normal, avec les mêmes alternances des mêmes débits d'air, on déduit des relations établies à partir des mesures, des valeurs d'humidité relative effectuées de la même façon, I'état de séchage des produits. l0 De façon avantageuse, les mesures d'humidité relative se font à l'aide de composants dénommés " humidistances ". L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est un diagramme montrant l'évolution d'une relation de différence de valeurs d'humidité relative pour différentes charges de linge, conformément à l'invention, et - la figure 2 est un bloc- diagramme d'un exemple de circuit de détermination du degré de séchage, conforme à l'invention. L'invention est décrite ci-dessous en référence à une lavante- séchante ou à un sèche-linge, dénommés par la suite machine, mais il est bien entendu qu'elle peut être mise en oeuvre dans divers processus de séchage à l'aide d'un flux d'air, cet air pouvant être plus ou moins chaud. Dans la machine mettant en oeuvre le procédé de l'invention, les taux d'humidité de l'air de séchage sont mesurés à l'aide d'un composant dénommé " humidistance ". Ce composant se présente sous la forme d'un condensateur dont la constante diélectrique est modifiée en fonction de l'humidité de l'air ambiant. La capacité de ce condensateur varie en fonction de l'humidité relative de l'air ambiant présent entre ses électrodes. De façon plus générale, on peut employer à la place de l'humidistance tout composant électrique dont la réponse électrique varie en fonction de l'humidité de l'air ambiant, comme par exemple des composants résistifs dont la résistance varie en fonction de cette humidité. Il est bien entendu que si l'on utilise un composant autre qu'une humidistance, on modifie en conséquence son circuit de liaison au circuit de traitement (microcontrôleur décrit ci-dessous) commandant la machine de séchage. Pour déterminer cette humidité relative, on insère le condensateur dans le circuit d'accord d'un oscillateur, et on mesure la fréquence de cet oscillateur. Cette fréquence est donc fonction de la capacité du condensateur, qui est elle-même fonction de I'humidité relative de l'air dans lequel est plongé ce condensateur. Il est donc facile de déterminer à chaque instant l'humidité relative en mesurant une valeur de fréquence. Dans le cas d'une machine telle qu'un sèche-linge, I'humidité relative de l'air de séchage peut varier entre 0 et 100 %. La précision de 1 O mesure d'humidité relative n'est généralement nécessaire qu'en fin de séchage, lorsque le gradient de diminution d'humidité relative commence à augmenter légèrement, après être resté sensiblement constant pendant la partie centrale du processus de séchage, et que l'on veut éviter un surséchage du linge et économiser de l'énergie de chauffage de l'air de séchage. En outre, le dispositif de mesure d'humidité relative doit être à même de supporter la condensation sans endommagement ni dérive de ses caractéristiques. L'humidistance, utilisée de la façon décrite cidessous, répond à ces exigences. On dispose au moins une telle humidistance dans le circuit d'air de séchage de la machine, et on la relie à un oscillateur suivi d'un circuit d'exploitation approprié permettant de contrôler le circuit de séchage et offrant à l'utilisateur la possibilité de choisir un degré de séchage déterminé. La réalisation d'un tel oscillateur et d'un tel circuit d'exploitation est évidente pour l'homme du métier à la lecture de la présente description, et ne sera pas décrite en détail. L'invention s'adresse en particulier à des machines dans lesquelles le débit d'air de séchage peut soit être interrompu périodiquement, soit prendre au moins deux valeurs différentes. Il existe par exemple des machines dont la turbine de ventilation est dissymétrique et tourne alternativement dans chacun des deux sens. Dans l'un des sens de rotation, le débit de ventilation est élevé (environ 150 m3/h), et dans l'autre sens de rotation, le débit est plus faible (environ 40 m3/h). Au début du processus de séchage, lorsque le débit d'air est élevé, la vaporisation de l'eau contenue dans le linge est importante. Par contre, lorsque le débit d'air est faible ou nul, la vaporisation de l'eau est plus faible. Au fur et à mesure du déroulement du processus de séchage, la différence d'humidité relative pour les deux débits d'air s'atténue et tend vers une valeur nulle. En effet, en début de séchage d'un linge humide, les molécules d'eau imprègnent aussi bien la " peau " (partie périphérique) des fibres du linge que leur coeur, et celles de la " peau " sont facilement vaporisées. Ensuite, les molécules d'eau imprégnant le coeur migrent vers la périphérie, mais ce mouvement de migration est relativement lent (sa vitesse dépend en particulier de la nature des fibres et de la disposition du linge dans le tambour de la machine). On a constaté qu'en fin de séchage, cette i0 vitesse de migration est faible et sensiblement constante, quel que soit le débit d'air de séchage. Le procédé de l'invention tire parti de ce phénomène en surveillant au moins en fin de séchage ladite différence d'humidité pour déterminer la fin du processus de séchage. Le diagramme de la figure 1 représente l'évolution du taux d'humidité relative HR pour deux masses différentes de linge humide en fonction du temps. Les courbes de la figure 1 sont relevées sur une machine prototype ou de pré-série, puis leurs valeurs remarquables sont mémorisées dans des mémoires telles que des ROM implantées sur des machines de série, pour être exploitées de la façon décrite ci-dessous. Ces masses sont par exemple de 1 et 4 Kg. Le processus de séchage comprend trois phases notées respectivement P0, P1 et P2. Pour toutes ces phases du processus de séchage du linge, les mesures d'humidité relative HR sont effectuées à l'arrêt stabilisé du débit d'air de séchage. Egalement, pour toutes ces phases, le débit d'air varie de manière périodique. Chaque période T comprend une succession de quatre temps élémentaires: [Dmax, A, Dmin, A] dont les significations sont les suivantes: Dmax, Dmin: débit maximal et minimal respectivement, A: arrêt de la ventilation d'air de séchage. Les valeurs de Dmax et de Dmin sont différentes selon les phases du processus de séchage. Ainsi, selon un exemple, pour les phases P0 et P1, les valeurs de Dmax et Dmin sont respectivement de 140 m3/h et 40 m3/h et leurs durées respectives au sein d'une période T sont de 31 secondes et 6 secondes, les temps d'arrêt A étant de 2 secondes. Pour ce même exemple, pendant la phase P2, les valeurs des débits sont les mêmes, mais leurs durées sont de 12 secondes pour Dmax et 25 secondes pour Dmin, les temps d'arrêt A étant toujours de 2 secondes. Bien entendu, les valeurs citées pour cet exemple peuvent toutes être différentes dans d'autres exemples sans sortir du cadre de l'invention. Les phases P0, P1 et P2 sont déterminées de la façon suivante. La phase P0 commence avec le début du processus de séchage et s'achève lorsque la masse de linge et les parties de la machine chauffées par le flux d'air chaud de séchage ont atteint la température maximale que peut leur conférer cet air chaud. Cette fin de P0 coïncide avec l'instant o l'humidité relative HR de l'air de séchage atteint son maximum (HRo), HR étant mesurée à l'arrêt de la ventilation (par exemple après 25 secondes d'arrêt, pour pouvoir obtenir une valeur stabilisée de l'humidité relative) entre deux périodes T successives, T étant telle que définie ci-dessus. Pour simplifier la réalisation, on peut, dans les machines de série, prendre P0 de durée fixe égale à la plus grande valeur mesurée en laboratoire sur des machines de pré-série. La périodicité de mesure de HR peut être variable selon les machines et selon les masses de linge. Il suffit généralement de quelques mesures pour déterminer la fin de P0, qui intervient assez rapidement après le début du séchage (après quelques minutes en général). On constate que les valeurs de HRO sont nettement différentes pour les deux charges de linge prises en exemple (ces valeurs de HRO sont notées HRO - 1 et HRO-4. Ensuite débute la phase P1, au cours de laquelle on mesure des valeurs d'humidité relative appelées HR. Ces valeurs sont mesurées entre deux périodes T, également à l'arrêt de la ventilation, par exemple après 25 secondes d'arrêt. On constate que HR est constante, puis diminue sensiblement linéairement au cours du temps, et plus rapidement pour de faibles charges de linge. Ceci est dû en particulier au fait que l'air de séchage passe plus difficilement dans une grande quantité de linge (occupant presque complètement tout le volume intérieur du tambour de la machine) que dans une petite quantité de linge, et se charge donc moins en humidité. La fin de la phase P1 est déterminée de la façon suivante. On peut par exemple prendre comme référence l'instant o le taux de séchage du linge atteint 20 % (le taux de séchage étant défini comme le rapport entre la masse d'eau restant dans le linge et la masse de linge). Ce taux de séchage ne pouvant être directement mesuré dans une machine en service chez l'utilisateur, on détermine en laboratoire, dans une machine identique, le taux d'humidité relative HR1 correspondant. Ce taux est noté x. HRO, avec o différentes autres masses. La phase P2 débute dès que l'humidité relative devient inférieure au x. HRO correspondant. Pendant toute cette phase, qui s'achève l0 o théoriquement au séchage complet du linge, on effectue deux mesures différentes pour chaque charge de linge: une mesure de HRl comme pendant la phase P1, et une mesure de HR2 pendant des temps élémentaires o le débit d'air de séchage est égal à Dmin. Les mesures de HR1 et HR2 pendant la phase P2 sont effectuées plus souvent que les mesures de HR1 i.5 pendant la phase P1, car leurs valeurs diminuent très rapidement. On relève pour différentes valeurs de la différence (HR1 - HR2) le taux de séchage correspondant (ou une indication équivalente telle que linge prêt à être repassé, linge tout à fait sec,...), car, comme on le voit d'après la figure 1, cette différence décroît en fonction du temps, et donc en fonction du taux de séchage du linge, et s'annule lorsque le linge est complètement sec. On remarquera sur cette figure 1 que les courbes relatives à différentes charges de linge ont des phases P1 et P2 de durées différentes et que les fins des phases P2 sont suffisamment distantes entre elles dans le temps pour qu'un processeur puisse les distinguer facilement. Par conséquent, il suffit de mémoriser dans la mémoire de chaque machine de série les allures des différentes courbes HRl et HR2 (OU des points caractéristiques de ces courbes, entre lesquels peut avoir lieu une interpolation) pour différentes charges de linge, ces différentes courbes ayant été relevées sur une machine prototype ou de pré-série, afin de déterminer très facilement la fin du séchage du linge. A cet effet, il n'est pas nécessaire que l'utilisateur connaisse la masse de linge, puisque les courbes relatives à différentes masses et/ou qualités de linge sont suffisamment différenciées les unes par rapport aux autres. Il suffit donc que le dispositif de contrôle de la machine procède à quelques mesures de taux d'humidité (par l'intermédiaire de mesures de fréquences) à des instants " caractéristiques ", c'est-à-dire au début du séchage pour déterminer HRO (lorsque le taux d'humidité est à son maximum), puis un peu avant la fin prévisible de P1 (c'est-à-dire peu de temps avant de descendre à x. HRo), et ensuite périodiquement au cours de P2, en alternant régulièrement les mesures de HR1 et HR2 jusqu'à ce que la différence (HR1 - HR2) atteigne la valeur désirée, qui est fonction du taux de séchage (ou d'une indication similaire) affiché par l'utilisateur. On notera que les courbes relatives à une petite charge de linge (quelques pièces de linge) et à une charge maximale de linge (environ 4 à 5 kg, pour une machine standard) sont suffisamment distantes entre elles pour que le circuit de contrôle de la machine puisse, avant même la fin de PO, rapidement déterminer quelle est la courbe relative à une charge quelconque de linge à sécher, même si cette charge diffère nettement en composition de celle ayant servi à établir les courbes. Il est important de noter que ces mesures sont pratiquement indépendantes de la température de l'air de séchage (en particulier pendant P2) et des différents phénomènes précités intervenant dans le processus de séchage (tension secteur, rechargement de linge, dérives des composants...). L'humidité d'un flux d'air étant un phénomène diffus, et non pas concentré en une faible zone de la section de ce flux, le positionnement de l'humidistance n'a pas besoin d'être effectué en un endroit précis. Il est par conséquent aisé de la placer en un endroit o elle risque le moins l'encrassement par de la bourre provenant du linge séché. Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre aussi bien dans les machines à évacuation de l'air de séchage que dans les machines à condensation. De façon avantageuse, on peut améliorer la précision de détermination du taux de séchage en déterminant le type moyen du produit à sécher et ses caractéristiques de séchage (textile dans le cas présent) par exemple en mesurant la pente des courbes de la figure 1. En effet, la nature des fibres textiles influence la vitesse de migration des molécules d'eau de leur coeur vers la surface, donc la vitesse de séchage. Dans le cas extrême de fibres n'absorbant pratiquement pas d'eau, I'évaporation de l'eau retenue superficiellement est rapide, et donc le séchage est rapide, ce qui augmente la pente de la courbe correspondante. Il suffit alors de moduler la vitesse de séchage de ces produits. Une autre possibilité d'affiner cette précision est d'associer à l'humidistance une sonde de température, ce qui permet de tenir compte de I'influence des variations de température sur les variations d'humidité relative, et donc de corriger ces dernières. De plus, il est ainsi possible de déterminer l'humidité absolue de l'air de séchage. Le circuit 1 représenté schématiquement en figure 2 comporte, en tant que dispositif d'exploitation de signaux de capteurs et dispositif de l0 calcul, un microcontrôleur numérique 2. Un capteur principal capacitif 3, du type " humidistance ", est relié à un oscillateur 4 suivi d'un circuit 5 de mise en forme délivrant des signaux rectangulaires à fréquence variable en fonction de la capacité du capteur 3. La sortie du circuit 5 est reliée à une entrée numérique 6 du microcontrôleur 2. Le microcontrôleur 2 est également relié à une mémoire 8 dans laquelle sont stockées des valeurs de taux de séchage en fonction de différentes valeurs d'humidité relative et/ou de valeurs de différences d'humidité relative pour les débits d'air de la machine. Si on ne dispose pas d'humidistance, on peut utiliser à sa place un capteur résistif d'humidité (7). Cette solution alternative a été représentée en traits interrompus en figure 3. Ce capteur 7 est relié à une entrée analogique 6' du microcontrôleur 2. Cette entrée 6' est reliée, à l'intérieur du microcontrôleur à un convertisseur analogique/numérique (non représenté). Un capteur de température 9, par exemple une thermistance, est relié à une autre entrée analogique 10 du microcontrôleur 2. Le microcontrôleur 2 est programmé de façon évidente pour l'homme du métier à la lecture de la présente description. Le capteur de température 9 permet de corriger, le cas échéant, les informations fournies par le capteur 3. Un capteur de débit d'air de séchage 11 est relié à une autre entrée 12 du microcontrôleur. Cette entrée 12 est une entrée analogique ou numérique, selon le type du capteur 11. Dans le cas le plus simple, ce capteur 11 est un tachymètre solidaire de la turbine du circuit d'air de séchage. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de l'évolution du séchage au cours d'un processus de séchage mis en oeuvre dans une machine dans laquelle on fait circuler un courant d'air chauffé, caractérisé en ce que l'on prédétermine en au moins un point du circuit d'air l'humidité relative (HR) de cet air pour différentes quantités et/ou qualités de produits à sécher, que l'on mesure, au début du processus de séchage, I'humidité relative de l'air (HR) de séchage à l'arrêt de la ventilation d'air de séchage, que lorsque cette humidité relative descend en-dessous d'un seuil (x. HRO) qui est fonction de l'humidité relative maximale (HRO), on entame la dernière phase (P2) du processus de séchage au cours de laquelle on fait alternativement circuler, dans le circuit d'air de séchage de la machine, de l'air de séchage avec au moins deux débits différents, que l'on établit au moins une relation sdéterminée entre des valeurs d'humidités relatives qui sont fonction des mesures pour les deux débits différents, pour différentes quantités de produit à sécher, que l'on mémorise les lois d'évolution de ces relations, et qu'en service normal, avec les mêmes alternances des mêmes débits d'air, on déduit des relations établies à partir des mesures des valeurs d'humidité relative, effectuées de la même façon, I'état de séchage des produits. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite relation déterminée est une différence entre des valeurs d'humidité relative pour les deux débits différents. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on mesure en outre la température de l'air de séchage en au moins un point de son circuit, afin de corriger, le cas échéant, les mesures d'humidité relative. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on mesure la pente de la loi d'évolution de l'humidité relative, afin de tenir compte du type du produit à sécher et de ses caractéristiques de séchage. l1 5. Machine de séchage de produits par un courant d'air de séchage, caractérisé en ce qu'elle comporte un microcontrôleur (2) auquel sont reliés: au moins un capteur d'humidité relative (3, 7), un capteur (1) de débit d'air de séchage, et une mémoire (8) dans laquelle sont stockées des valeurs de taux de séchage en fonction de différentes valeurs d'humidité relative et/ou de valeurs de différences d'humidité relative pour les débits d'air de la machine (D1, D2). 6. Machine selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'un au o moins des capteurs d'humidité relative (3) est du type " humidistance ". 7. Machine selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'un au moins des capteurs d'humidité relative (7) est un capteur résistif. 8. Machine selon la revendication 5 à 7, caractérisé en ce qu'elle comporte en outre au moins un capteur (9) de température d'air de séchage. 9. Machine selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'elle est un sèche-linge ou une lavante-séchante.