Brevet FR2786556A1 — publié le 20000602

1. La présente invention se rapporte à un procédé de suivi de l'évolution du séchage et à un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. Dans un appareil de séchage, tel qu'un sèche-linge, le suivi du séchage par air chaud permet de déterminer la fin du processus de séchage, et donc l'arrêt de l'appareil. Bien entendu, le processus de séchage doit être optimisé, afin d'obtenir un degré déterminé de séchage du linge pour une dépense d'énergie la plus faible possible. Ce suivi de séchage se fait généralement soit par analyse de l'évolution de la température de l'air traversant les produits à sécher, soit par analyse de l'évolution de la résistivité de ces produits. Par ailleurs, il n'existe pas de capteur d'humidité adapté aux exigences des appareils ménagers. Les procédés connus ne permettent pas de déterminer la fin du processus de séchage avec une précision suffisante pour réaliser ladite optimisation. En effet, le résultat de la mesure (de température ou de résistivité) varie fortement en fonction des variations de l'un au moins des paramètres suivants: tension secteur, puissance de l'élément chauffant l'air de séchage, de la température de l'air ambiant, de la quantité de produit à sécher et de sa nature, de la précision de la mesure de température... Les dispositifs de mesure existants répondent à des besoins bien précis, spécifiques de la précision requise pour une application donnée. Leur coût est, par conséquent, prohibitif pour des fabrications en grande série et pour un emploi universel. La présente invention a pour objet un procédé de suivi d'évolution de séchage de produits humides disposés dans une enceinte parcourue par un courant d'air de séchage, procédé qui permette de fournir des indications fidèles sur l'état de séchage des produits, qui soit fiable aussi bien pour un environnement faiblement humide que pour un environnement fortement humide, pour une large gamme de températures ambiantes (par exemple de 0 à 100 C), pour un flux d'air de séchage stable et/ou instable, procédé qui fournisse des résultats indépendants des conditions de fonctionnement et de localisation de la machine de séchage, et qui s'adapte à des circuits de séchage ouverts ou fermés, avec évacuation ou avec condensation. La présente invention a également pour objet un dispositif de suivi d'évolution de séchage de produits dans une enceinte parcourue par un courant d'air de séchage, dispositif bon marché, simple, robuste, standard, modulable, fiable, universel (utilisable pour différents appareils ou pour divers modèles d'un même appareil, sans modification ou avec le minimum possible de modifications), n'affectant ni la mesure ni le résultat attendu. Le procédé de l'invention consiste à mesurer au moins plusieurs fois pendant le séchage l'écart d'humidité relative entre le flux d'air circulant dans l'enceinte et l'air ambiant, à surveiller la convergence de ces deux types de mesures et à arrêter le processus lorsque leur écart atteint une valeur déterminée. Les mesures peuvent être effectuées soit à l'aide de deux capteurs appariés et isothermes, soit à l'aide d'un seul capteur alternativement soumis aux deux types d'air. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif de mesure, à deux capteurs, pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, - la figure 2 est un schéma de principe d'un dispositif de mesure à un seul capteur, pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, - la figure 3 est un diagramme d'évolution d'humidités relatives telles que mesurées selon le procédé de l'invention, - la figure 4 est un schéma simplifié d'un capteur, similaire à celui de la figure 2, équipé d'un clapet, - les figures 5 et 6 sont des schémas simplifiés d'un exemple d'utilisation du capteur de la figure 4, - la figure 7 est un schéma simplifié d'un capteur, similaire à celui de la figure 2, équipé d'un filtre, - les figures 8 et 9 sont des vues simplifiées d'un exemple d'utilisation d'un capteur conforme à l'invention, respectivement en phase de mesure de l'air intérieur du circuit de séchage, et de mesure de l'air extérieur à ce circuit, - les figures 10 à 12 sont des vues en coupe simplifiées de différents modes de réalisation du capteur conforme à l'invention, et les figures 13 à 15 sont des schémas simplifiés de trois modes de réalisation d'un circuit de séchage mettant en oeuvre le procédé de l'invention. La présente invention est décrite ci-dessous en référence à un sèche-linge, mais il est bien entendu qu'elle n'est pas limitée à cette seule application, et qu'elle peut être mise en oeuvre dans d'autres domaines, tels que le séchage de matières premières, d'aliments... On a représenté en figure 1, de façon très simplifiée, une gaine 1, faisant partie d'un circuit de séchage de sèche-linge, en aval du tambour de séchage. Dans cette gaine 1 circule un courant d'air chargé de l'humidité prélevée sur la charge de linge placée dans le tambour. Cet air est à une température supérieure à celle de l'air ambiant (à proximité de la machine). Dans la gaine 1, on dispose un premier capteur 2 d'humidité relative, et à l'extérieur de la gaine 1, on dispose un second capteur 3 d'humidité relative. S15 Ce capteur 3 est disposé à l'intérieur de la machine, mais en dehors de tout le circuit de circulation d'air de séchage. Les deux capteurs 2 et 3 sont reliés à un calculateur 4, tel qu'un microcontrôleur. Ces capteurs sont appariés et portés à la même température: le capteur 2 est, en fait à la température de l'air de séchage circulant dans la gaine 1, tandis que le capteur 2 est chauffé à la même température par une résistance chauffante par exemple. Le calculateur 4 détermine la différence entre les mesures des capteurs 2 et 3, c'est-à-dire l'écart d'humidité relative entre l'intérieur de la gaine 1 et l'extérieur, c'est-à-dire l'écart d'humidité relative entre l'intérieur de la gaine 1 et l'extérieur, c'est-à-dire encore la différence entre la quantité d'eau véhiculée par le flux d'air de séchage et celle contenue dans l'air ambiant, ce qui est justifié par le fait que les mesures sont effectuées à la même température. Selon le mode de réalisation de la figure 2, on utilise un capteur unique 5 recevant alternativement de l'air de séchage et de l'air ambiant. Sur cette figure 2, on a omis les moyens permettant de faire circuler ces deux flux d'air (moyens décrits ci-dessous). Le capteur 5 est un composant dénommé " humidistance ", qui comporte essentiellement un condensateur ou une résistance 6 disposé(e) à l'intérieur d'un boîtier 7 ouvert à ses extrémités. Dans le cas o ce composant comporte un condensateur, son diélectrique est l'air présent à l'intérieur du boîtier 7. Sa capacité varie en fonction de l'humidité relative de l'air qui représente son diélectrique. Le boîtier 7 est fixé sur la gaine I de façon que l'une de ses ouvertures d'extrémité communique avec l'air ambiant, et l'autre avec l'air circulant dans la gaine. Le capteur 5 peut donc être parcouru alternativement par l'air de la gaine 1 et par l'air ambiant. Il est relié, comme dans le cas de la figure 1, à un calculateur 4. La figure 3 se rapporte à un sèche-linge dont le ventilateur du circuit de séchage tourne dans les deux sens de rotation, mais dont la volute est réalisée de façon que le flux d'air s'écoule toujours dans le même sens. Un fort débit d'air correspond à un sens de rotation du ventilateur, et un faible débit à l'autre sens. Les durées respectives de rotation dans un sens et dans l'autre sont différentes, par exemple 40 secondes à fort débit et une dizaine de secondes à faible débit. Ainsi, le débit d'air dans le circuit de séchage prend alternativement deux valeurs différentes, par exemple 40m3.h et 150 m3.h. Ceci permet, en association avec l'alternance des sens de rotation du tambour dans lequel est disposé le linge à sécher d'améliorer l'efficacité du séchage en détassant le linge (ces alternances de sens de rotation du ventilateur et du tambour peuvent être synchronisées entre elles). La courbe 8 représente l'évolution de la capacité du condensateur constituant le capteur 7 d'humidités relatives, cette capacité étant fonction inverse de l'humidité relative de l'air passant dans le capteur. Cette courbe 8 comporte des maxima 8A, correspondant à la mesure de l'humidité relative de l'air ambiant et des minima 8B correspondant à la mesure de l'humidité relative de l'air de séchage, (plus élevée que celle de l'air ambiant), en aval du tambour, à faible débit d'air, ainsi que des maxima intermédiaires 8c, correspondant à la mesure d'humidité relative de l'air de séchage à fort débit. On a représenté sur la figure 3 les courbes 8D et 8E constituant les enveloppes de la courbe 8, et qui sont les lieux géométriques des maxima 8A et des minima 8B, respectivement. On constate que ces courbes 8D et 8E, qui sont sensiblement rectilignes, tendent à converger en fin de processus, et que toutes deux sont croissantes, du fait qu'au fur et à mesure du séchage du linge, la température de l'air de séchage augmente, et, dans une moindre mesure, celle de l'air ambiant (l'air ambiant est celui à l'intérieur de la carrosserie de la machine). On a également représenté en figure 3 la courbe 9 d'évolution de la masse de linge ML, exprimée en pourcentage massique d'eau contenue dans le linge: la référence 0 % correspond à la masse de linge avant lavage et séchage, ce linge étant très légèrement chargé par l'humidité de l'air ambiant du local dans lequel il est entreposé (par exemple environ 2 % de masse en plus due à cette humidité ambiante). Cette courbe 9, calculée d'après les courbes 8D et 8E, est, bien entendu, constamment décroissante. La valeur initiale de la courbe 9 (instant TO) est, pour l'exemple représenté, d'environ 55 %. Lorsque la courbe 9 passe par une valeur déterminée, par exemple 10 % (instant T1), on diminue le débit maximal de l'air de séchage et/ou la puissance de chauffage de cet air de séchage. A l'instant T2, la courbe 9 passe par la valeur 0 %, puis passe par des valeurs légèrement négatives, correspondant à une dessiccation complète du linge (qui, avant lavage, était, comme précisé ci-dessus, légèrement chargé d'eau, donc non complètement sec). L'arrêt du processus de séchage peut être déclenché à un instant T3, légèrement postérieur à T2, ou antérieur à T2, selon les nécessités de l'utilisateur). On a représenté en figure 4 une sonde 10 comportant le capteur 7 ayant, à l'une de ses extrémités ouvertes, un manchon 11 dont l'extrémité libre est munie d'un clapet 12 pouvant obturer ou laisser ouverte cette extrémité libre, sous la commande du calculateur 4 (ou d'un dispositif mécanique ou électromécanique). On a représenté, de façon simplifiée, en figures 5 et 6 un exemple d'utilisation de la sonde 10 de la figure 4. Cette sonde 10 est fixée, par son extrémité opposée à celle munie du clapet 12, sur la conduite 13 d'un circuit de séchage, en aval des produits à sécher. En figure 5, le clapet 12 est ouvert, et l'air extérieur est aspiré par la dépression créée dans la conduite 13 par le flux d'air de séchage (flèche 14), en passant par le capteur 7. En figure 6, le clapet 12 est fermé, et donc seul l'air du circuit de séchage passe par le capteur 7 (flèche 15). Quelle que soit la configuration, le clapet 12 permet d'assurer une ventilation du capteur pour éviter la formation de condensats qui rendraient impossible la mesure de l'humidité relative. Selon le mode de réalisation de la figure 7, on intègre un filtre 16 à la sonde 10, ce filtre étant par exemple disposé entre le manchon 11 et le corps du capteur 7. Ce filtre permet de prévenir le dépôt éventuel de particules (particules de linge) pouvant conduire à l'obstruction des conduites traversées par le flux d'air de séchage, et/ou pouvant altérer le capteur lui-même. Ce filtre peut être défini de façon à induire une perte de charge permettant de contrôler le débit de l'air du flux créé par la ventilation. Selon le mode de réalisation de la figure 8, le capteur 17 (capteur de la figure 4 ou de la figure 7) peut être plongé à l'intérieur de la conduite 18 d'air de séchage et mesurer l'humidité relative qui y règne lorsque le débit d'air dans cette conduite est faible ou nul. Une prise d'air extérieur est formée en amont du capteur 17 grâce à une conduite auxiliaire 19. La sortie de la conduite 19 est située à l'intérieur de la conduite 18, est dirigée dans le même sens que le flux d'air circulant dans la conduite 18 et débouche face à l'entrée du capteur 17. L'entrée de la conduite 19 débouche à l'extérieur de la conduite 18. Lorsque le débit d'air dans la conduite 18 est élevé (figure 9), il crée une dépression à la sortie de la conduite 19, et aspire donc de l'air extérieur qui est envoyé vers le capteur 17. Inversement, selon une variante non représentée, le capteur 17 peut être disposé à l'extérieur de la conduite 18, et il coopère avec une conduite auxiliaire, dont l'entrée, située à l'intérieur de la conduite 18, est dirigée en sens inverse du flux d'air de séchage, et dont la sortie débouche face à l'entrée du capteur. Ainsi, lorsque le débit d'air de séchage est élevé, de l'air de la conduite 18 est envoyé par effet de surpression au capteur, tandis que lorsque ce débit est faible ou nul, le capteur ne reçoit pratiquement plus que l'air extérieur à la conduite 18. Selon la figure 10, on intègre au capteur 20 (qui peut être celui de la figure 4 ou de la figure 7) un ventilateur local 21 qui dirige soit le flux d'air extérieur, soit le flux d'air intérieur vers le capteur 20, en fonction de son sens de rotation: I'ensemble 20 + 21 peut, par exemple, être disposé d'une façon semblable à celle représentée en figure 2, en étant ouvert à ses deux extrémités, ou bien être disposé dans l'un des milieux (à l'intérieur ou à I'extérieur du circuit de séchage) et être relié à l'autre milieu par une conduite prélevant de l'air de cet autre milieu par mise en marche du ventilateur (qui ne tourne que dans un seul sens de rotation). Comme représenté en figure 11, on peut intégrer en un composant unique un capteur 22, un manchon à clapet 23 et un filtre 24. Ou bien, comme représenté en figure 12, on peut intégrer en un composant unique un capteur 25, un ventilateur 26, un manchon à clapet 27 et un filtre 28. Bien entendu, si la machine comporte deux sondes, on peut intégrer à chacune les composants 16 et/ou 21 et/ou 23 et/ou 24 et/ou 26 et/ou 27 et/ou 28. Grâce à un tel dispositif, dans le cas des machines à deux flux (grand et petit débit d'air dans le circuit d'air de séchage, le signal représentant l'humidité relative vraie peut être amplifié. Dans ce cas, le capteur est porté à basse température par le flux le plus froid. Ainsi, la mesure de l'autre flux sera faite à une température plus basse que sa température vraie (du fait de l'inertie thermique du capteur, refroidi par le flux le plus froid), et l'humidité relative mesurée sera plus élevée que l'humidité relative réelle. Ce dispositif est particulièrement adapté au suivi de l'évolution du séchage de faibles charges ou des cycles de séchage à faible puissance de chauffage. Il est bien entendu que le refroidissement du capteur peut être réalisé par tout autre moyen que le flux le plus froid: par exemple par un flux auxiliaire autre que l'un des deux flux à mesurer, ou par un module à effet Peltier... On a représenté en figure 13 le schéma simplifié d'un circuit de séchage du type à évacuation (évacuation vers l'extérieur de l'air de séchage après passage dans le tambour de linge à sécher), à " flux tiré " (turbine aspirant l'air de séchage, disposée près de la sortie du circuit de séchage). Ce circuit de séchage comporte un tambour 29 dans lequel est disposé le linge à sécher. En amont du tambour 29, un dispositif 30 de chauffage d'air est relié au tambour par une conduite 31. Le dispositif de chauffage 30 reçoit de l'air ambiant par une conduite d'entrée 30A. A la sortie du tambour 29, une conduite 32 le relie à une turbine d'aspiration 33 dont la conduite de sortie 34 évacue vers l'extérieur l'air humide ainsi aspiré. Une sonde 35 est fixée à la conduite 32. Cette sonde 35 comporte un corps 36 tubulaire, fixé à la conduite 32, dans lequel est disposé un capteur tel que le capteur 7. L'une des extrémités du corps 36 débouche à l'intérieur de la conduite 32. Sur l'autre extrémité du corps 36 on fixe un manchon 37 comportant deux orifices 38, 39. L'orifice 38 communique directement avec l'air ambiant. Un clapet mobile 40, disposé dans le manchon 37, peut obturer sélectivement l'orifice 38 ou l'orifice 39. Dans le mode de réalisation de la figure 13, I'orifice 39 est constamment bouché par un bouchon 41. Le circuit de la figure 13 fonctionne ainsi: lorsque le clapet 40 obture l'orifice 38, la turbine n'aspire que de l'air provenant du dispositif de chauffage 30, et le capteur disposé dans le corps 36 mesure l'humidité relative de cet air, après son passage dans le tambour 29. Il en est de même si la turbine 33 est à l'arrêt. Par contre, lorsque le clapet 40 n'obture plus l'orifice 38, et que la turbine 33 aspire de l'air de séchage, l'air ambiant est aspiré à travers l'orifice 38, et le capteur mesure donc l'humidité relative de cet air ambiant. En figure 14, on a représenté une variante du circuit de séchage de la figure 13, toujours pour une machine du type à évacuation, mais à flux " poussé ". Sur cette figure 14, les mêmes éléments que ceux de la figure 13 sont affectés des mêmes références numériques. La turbine 33 n'est plus disposée entre les conduites 32 et 34, mais en amont du dispositif de chauffage 30, auquel elle est reliée par une conduite 42 en " T " dont une branche est reliée par une conduite 43 à l'orifice 38 de la sonde 35. La turbine 33 aspire l'air ambiant par une conduite d'entrée 33A. Les mesures sont effectuées lorsque la turbine 33 fonctionne. Lorsque le clapet 40 obture l'orifice 38, le capteur mesure l'humidité relative de l'air de séchage circulant dans la conduit 32, et lorsque le clapet 40 n'obture pas l'orifice 38, la turbine 33 " pousse " I'air extérieur, aspiré par la conduite 33A, non seulement vers le dispositif de chauffage, mais aussi, via la conduite 43 vers le capteur de la sonde 35. Le capteur mesure alors l'humidité relative de l'air ambiant. La figure 15 se rapporte à une machine à circuit de séchage à condensation. Ce circuit de séchage coopère avec un tambour de séchage 44, et il comporte: un dispositif de chauffage 45 dont la sortie est reliée par une conduite 46 au tambour 44, et dont l'entrée est reliée par une conduite 47 à une turbine 48; un condenseur 49 dont l'entrée est reliée par une conduite 50 au tambour 44 et dont la sortie est reliée par une conduite 51 à la turbine 48. Une sonde 35A, similaire à la sonde 35, est fixée sur la conduite 50, de la même façon que la sonde 35 sur la conduite 32. La seule différence notable entre les sondes 35 et 35A est que la sonde 35A ne comporte pas de chapeau obturant son orifice 39. L'orifice 38 communique avec l'air ambiant, tandis que l'orifice 39 est relié par une conduite 52 à la conduite 51. Lorsque le clapet 40 obture l'orifice 38, une partie de l'air de séchage venant du tambour 44 par la conduite 50 passe dans la sonde 35A (flèche 53) et est aspirée, via la conduite 52, par la turbine 48. Le capteur mesure alors l'humidité relative de l'air de séchage. Lorsque le clapet 40 obture l'orifice 39, l'air ambiant est aspiré via l'orifice 38 et traverse la sonde A pour se diriger vers le condensateur 49 (flèche 54). Le capteur mesure alors l'humidité relative de l'air ambiant. Bien entendu, pour tous les modes de réalisation décrits ci- dessus, le débit d'air traversant la sonde est nettement inférieur au débit d'air de séchage, afin de ne pas perturber significativement le processus de séchage. REVENDICATIONS 1. Procédé de suivi d'évolution de séchage de produits humides disposés dans une enceinte parcourue par un courant d'air de séchage, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer au moins plusieurs fois pendant le séchage l'écart d'humidité relative entre le flux d'air circulant dans l'enceinte et l'air ambiant, à surveiller la convergence de ces deux types de mesures et à arrêter le processus lorsque leur écart atteint une valeur déterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mesures sont effectuées à l'aide de deux capteurs appariés et isothermes. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mesures sont effectuées à l'aide d'un seul capteur alternativement soumis aux deux types d'air. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au début du processus, I'air de séchage est chauffé à la puissance maximale prévue, et que lorsque ledit écart atteint une autre valeur déterminée, supérieure à celle déclenchant l'arrêt du processus, on diminue la puissance de chauffage et/ou le débit d'air de séchage. 5. Dispositif suivi de l'évolution du séchage de produits du séchage de produits humides disposés dans une enceinte (29, 44) parcourue par un courant d'air de séchage, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mesure de différence d'humidités relatives de l'air de séchage et de l'air ambiant (2, 3, 4, 7, 10, 17, 20, 22, 25, 35, 35A). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de mesure comporte deux capteurs (2, 3) reliés à un calculateur, l'un de ces capteurs recevant l'air ambiant, et l'autre l'air de séchage. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de mesure comporte un capteur unique recevant alternativement de l'air de séchage et de l'air ambiant. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un clapet (40) permet d'alterner l'arrivée d'air de séchage et d'air ambiant sur le capteur. 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le (s) capteur (s) est (sont) un (des) composant (s) capacitif (s) ou résistif (s) dénommé (s) 10. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le (s) capteur (s) est (sont) associé (s) (chacun) à un filtre (16). 11. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que le (s) capteur (s) est (sont) associé (s) (chacun) à un ventilateur local (21, 26).