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PROCEDE DE REGULATION THERHIQUE, DISPOSITIFS EN PERMETTANT LA MISE EN OEUVRE
ET LEURS APPLICATIONS.
Dans les dispositifs destinés à la régulation du chauffage ou de la réfrigération, la mise en marche est très lente en raison de l'inertie de masse propre à Isolément engendrant ou absorbant 1? énergie thermique et de l'inertie de transmission de la chaleur ou du froid vers les milieux ambiants.
Il s'ensuit une perte de rendement lors de chaque arrêt du dispositif. Ce fait est particulièrement sensible dans la régulation thermostatique habituelle des armoires frigorifiques à absorption. Quand la température est descendue à une certaine valeur, le thermostat coupe; mais, par inertie, le réfrigérant continue à circuler et à s'évaporer pendant un certain temps et la température descend encore légèrement pendant ce temps.
Puis, elle remonte jusqu'au moment où le thermostat enclenche à nouveau; mais la résistance et son enveloppe qui se sont complètement refroidies ne reprennent que progressivement leur tempé- ratuve normale de -travail., de telle sorte que la température continue à re- monte!!: en raison de l'inertie ainsi présentée. Enfin le réfrigérant reprend à son tour sa circulation normale, d'où une nouvelle descente de température, d'abord rapide, puis lente, jusqu'au moment où le cycle recommence.
Une fraction de plus de 40 % du temps d'un cycle opératoire peut être nécessaire pour reprendre les conditions normales de fonctionnement, d'où le rendement énergétique relativement mauvais d'une régulation thermostatique ordinaire.
En vue d'accroïtre le rendement de la régulation thermique pour appareils de chauffage ou de réfrigération, la présente invention a pour objet un procédé de régu- lation thermique suivant lequel on rend successivement discontinue Inaction de l'organe chargé de la régulation thermique, les discontinuités étant déterminées de telle sorte que 1-'organe engendrant ou absorbant de l'énergie thermi- que reste continuellement en fonctionnement en raison de son inertie propre.
Suivant un mode avantageux d'application, les discontinuités d'action de l'organe chargé de la régulation thermique sont périodiques, leur période étant relativement courte par rapport à la période propre du dispositif de chauffage ou de réfrigération.
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On sait en effet que l'on peut régler l'énergie envoyée dans un système quelconque en l'alimentant non pas avec une puissance variable, comme on le fait d'ordinaire, mais avec une puissance constante pendant des temps variables en effectuant des coupures régulières. Ce procédé est intéressant pour les dispositifs de chauffage ou de réfrigération, car, en choisissant convenablement la période globale d'alimentation discontinue par rapport à celle du dispositif chauffant ou réfrigérant, on peut arriver à un rendement thermique excellent du fait qu'on utilise les effets d'inertie de ce disposi- tif chauffant ou réfrigérant au lieu de les gaspiller.
Par ailleurs, dans la mesure où la charge du dispositif chauffant ou réfrigérant reste invariable, à chaque réglage de l'alimentation discontinue périodique correspond un réglage de la température limite atteinte, ce qui permet dans une certaine mesure d'éviter un contrôle thermostatique.
Toutefois, il est bien évident que la température ainsi obtenue est flottante et suit obligatoirement les variations de charge du dispositif de chauffage ou de réfrigération. Si par ailleurs il se produit une variation brutale de cette charge (ouverture d'une porte, introduction d'une masse impor- tante à une température différente, etc... ), la température limite correspondant au réglage ne sera atteinte qu'asymptotiquement, donc beaucoup plus lentement qu'elle ne pourrait l'être avec un réglage thermostatique.
Pour remédier à ce dernier défaut, suivant un mode avantageux d'ap- plication du procédé de régulation thermique ci-dessus on règle thermostatiquement le dispositif chargé de la régulation thermique jusqu'à la température de réglage, température autour de laquelle on alimente ce dispositif d'une manière discontinue périodique de faible amplitude et de période relativement courte .par rapport à la période propre du dispositif de chauffage ou de réfrigération. Ce procédé a pour résultat de superposer le réglage thermostatique et le réglage discontinu périodique en associant leurs avantages respectifs, ce qui permet d'obtenir une régulation de température excellente jointe à un excellent rendement thermique.
En effet, en examinant par exemple le cas de la réfrigération, le réglage thermostatique pilote le dispositif de régulation jusqu'à la température de réglage à partir de laquelle l'alimentation est coupée et la température s'arréte de descendre, mais si la période de l'alimen- tation discontinue est telle que cette alimentation soit rétablie en un point de la courbe de température, pour lequel sous l'effet de l'inertie la ciroulation du liquide réfrigérant n'est pas encore interrompue, donc juste avant que la température ne remonte, cette circulation va s'entretenir en consommant le minimum d'énergie nécessaire et tant que la charge du système ne variera pas, on oscillera autour du point de déclenchement du réglage thermostatique avec une amplitude faible donnée par la période de l'alimentation discontinue,
au lieu d'osciller entre des limites situées au-dessus du point d'enclenchement et en dessous du point de déclenchement du thermostat, limites déjà espacées de 1 à 2 degrés dans les meilleures conditions. Ce procédé de réglage donne donc une précision très élevée du fait que pratiquement on travaille pour un réglage convenable de l'alimentation discontinue périodique autour du point de déclenchement du thermostat et non plus en deçà et au delà de ses points de déclenchement etd'enclenchement.
L'invention a en outre pour objet les dispositifs permettant la mise en oeuvre du procédé de régulation thermique spécifié ci-dessus, ce dispositif comprenant un clignoteur qui alimente le dispositif actif de régulation, clignote= dont on peut faire varier, de façon d'ailleurs absolument continue, le rapport temps de fermeture à temps d'ouverture. A chaque réglage de ce rapport correspond un réglage de la température limite atteinte.
De préférence le dispositif de régulation thermique comprend un détecteur commandant par un courant électrique faible un relais clignotant de faihle période devant la période propre du dispositif de chauffage ou de réfrigération que l'on désire contrôler, ce relais clignoteur alimentant une résistance fixe ou un organe moteur, ventilateur par exemple.
Suivant un mode avantageux de réalisation, le détecteur est constitué par un dispositif de mesure fournissant un courant permanent, tel que
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le centrant d'un pont de mesure cu d'un couple thermo-électrique, ce courant alimentant un organe auxiliaire commandant l'organe de clignotement concurem- ment avec un organe principal de commande de clignotement:, en vue d'obtenir une régulation proportionnellel'organe auxiliaire de commande de clignote- ment ayant pour rôle de 'régler le rapport des temps d'enclenchement et de dé- clenchement du clignotour, donc de régler progressivement le régulateur de dé- bit ainsi constitué au fur et à mesure que l'on se rapproche de la température de réglage.
On peut même obtenir un véritable asservissement en envoyant dans l'organe auxiliaire de commande de clignotement non plus un courant de mesure mais un courant d'erreur tel qu'un courant résultant de la comparaison, dans un pont par exemple, de la température lue avec étalon.
Suivant un autre mode avantageux de réalisation, le dispositif de régulation thermique comprend un bilame en hélice ou en spirale dont une ex- trémité fixe est réglable angulairemetn tandis que l'autre extrémité porte un rupteur à mercure dont le débattement angulaire est délimité par deux butées, une résistance rayonnant sur tout ou partie du bilame et reliée en parallèle sur les contacts du rupteur à mercure:, contacts reliés au dispositif de chauf- fage ou de réfrigération, ce bilame remplissant à la fois le rôle de détecteur et d'organe de commande du clignotement.
Dans le cas où l'organe de régulation thermique est utilisé pour le réglage d'un dispositif de réfrigération, cet organe peut en même temps permettre d'assurer le dégivrage de l'évaporateur du réfrigérateuren envoyant dans l'organe principal de commande de clignotement ou dans l'organe au±liai- re de commande de clignotement un courant auxiliaire traversant soit un contact manuel prévu à cet effets cas de dégivrage semi-automatique, soit un contact détectant la présence de givre sur l'évaporateur, cas d'un dégivrage entièrement automatique,en vue d'allonge:;
- suffisamment la durée du temps d'ou- verture dun cycle du olignoteur, pour permettre à l'évaporateur de remonter pendant un cycle - à une température supérieure à 0.
L'invention a enfin pour objet les applications industrielles du procédé et des dispositifs de régulation thermique spécifiés ci-dessus,notamment pour les réfrigérateurs à absorption et éventuellement à compression;, en vue d'effectuer des réglages de température précisquoique dans ce dernier cas avec l'inconvénient de démarrages des compresseurs, pour le réglage combiné des cuisinières électriques (combinaison thermostat-régulateur de débit) pour le réglage de fours (combinaison pyromètre régulateur de débit),d'étu- ves, etc...
La description qui va suivre,en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique, les particularités des dispositifs décrits faisant évidemment partie de l'invention.
La fig. 1 représente un diagramme de régulation thermostatique habituel.
La fig. 2 représente schématiquement un dispositif de régulation thermique à clignotement et à pilotage thermostatique conforme à l'invention.
La fig. 3 est un diagramme de régulation thermostatique obtenue par la mise en oeuvre du dispositif illustré à la figure 2.
Les fige 4 et 5 représentent les schémas de deux dispositifs de régulation thermostatique à clignotement et à régulation proportionnelle.
La fig. 6 est une vue en perspective avec arrachement partiel d'un dispositif de régulation thermostatique à interrupteur de mercure conforme à 1-'invention.
La fig. 7 représente schématiquement les connexions électriques d'utilisation du dispositif illustré à la figure 6.
Les fig. 8 et 9 représentent deux modes de montage d'un dispositif de régulation thermique à clignotement utilisé pour permettre le dégrivage.
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La fig. 10 est un diagramme de régulation thermostatique avec dégivrage.
Les schémas électriques représentés aux figures s'appliquent plus particulièrement pour la régulation frigorifique.
Le diagramme de régulation thermostatique illustré à la figure 1, se rapporte à la régulation d'une armoire frigorifique habituelle. Lorsque le dispositif de régulation thermostatique est mis en route, le thermostat assure la descente de la température du point a jusqu'à une certaine valeur b pour laquelle ce thermostat coupe; pendant un temps pouvant atteindre 7 à 8 minutes, par inertie, le réfrigérant continue à circuler et à s'évaporer et la températire descend encore légèrement jusqu'au point C.
Le réfrigérant étant alors arrêtée la température remonte jusqu'au. point d à partir duquel le thermostat enclenche à nouveau puis pendant un temps;, pouvant atteindre environ 7 minutes, la résistance et son enveloppe reprennent progressivement leur température normale de travail et la température remonte an point e. Puis pendant un temps pouvant atteindre 5 minutes, le réfrigérant reprend à son tour sa circulation normale et la température se stabilise de e en f . En-fin,, la température descend d'abord rapidement de f en g puis lentement jusqu'en b' où le cycle recommence.
On voit donc que, sur un cycle de fonctionnement de l'ordre de 45 minutes., environ 20 minutes ont été nécessaires pour retrouver les conditions normales de fonctionnement d'où le rendement thermique relativement défectueux d'un dispositif de régulation thermostatique ordinaire. Pour remédier à cet inconvénient, ainsi qu'indiqué précédemment, suivant l'invention, le dispositif de régulation comprend un organe vibrant ou clignoteur de période convenable pour utiliser précisément à son profit' les phénomènes d'inertie considérés comme génants dans les régulations habituelles.
Les dispositifs clignoteurs illustrés aux figures 2, 4, 5,8 et 9 comprennent un bâti 3 muni d'une chape 4 dans laquelle est monté un axe 5 mobile. Sur cet axe est pincé un bilame 6 dont la branche 6a prend appui sur des contacts 7, contact de fermeture, et 8, contact douverture. Sur l'autre branche 6b du bilame est rivée une plaquette métallique 9 formant palier pour un ressort de compression 10 en #, dont l'autre extrémité repose sur un palier 11. Une résistance ou un bobinage 13 assure le chauffage du bilame.
Dans la réalisation illustrée à la figure 2, le relais clignoteur à bilame est associé avec un thermomètre à bilame 14 en spiral dont le centre est fixe. L'extrémité de ce bilame 14 porte une palette mobile 15 reliée à l'un des pales de l'organe 18 engendrant ou absorbant de l'énergie thermique.
Le bilame 14 lorsque la température descend amène la palette 15 en contact avec une came conductrice 16 excentrée, reliée à l'une des extrémités de la résistance 13 dont l'autre extrémité est reliée, ainsi que le contact de fer- meture 7 à l'autre extrémité de l'organe 18. Tant que l'enveloppe est à une température élevée, la palette 15 n'est pas en contact avec la came 16,la résistance de chauffage 13 n'est pas alimentée, le dispositif fonctionne en thermostat pur. Quand on atteint la température de réglage, la palette 15 vient en contact avec la came 16 ce qui ferme le circuit d'alimentation de la résistance de chauffage 13 du relais.
Le courant de chauffage très faible provoque au bout de quelques minutes l'ouverture par rupture brusque du contact 7 du bilame 6, coupant à la fois le circuit de l'organe 18 et le circuit de chauffage de la résistance 13. Le bilame 6 se refroidit lentement et rétablit finalement le contact de fermeture 7. Si, à ce moment, la température ambiante détectée par le bilame 14 n'a pas ou peu bougé, la palette 15 est toujours en contact avec la came 16 et le cycle de clignotement recommence.
Si, par contre, la température ambiante a augmenté brusquement pour une raison quelconque, le contact 15-16 est ouvert et l'organe 18 retombe sous le contrôle non plus du relais clignotant mais de 1-*organe thermo-électrique formé par le bilame 14. Le réglage de la came excentrée 16 autour de son axe 16a, permet d'assurer le réglage de la gamme de régulation.
La succession des phénomènes est reproduite sur le diagramme de la figure 3 relatif à une armoire frigorifique. Lorsque le dispositif de ré- gulation thermostatique est mis en route, le thermostat assure la descente de
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la température du jointe a jusqu'à une certaine valeur b agissant ainsi comme pilote. En b le relais clignotant coupe, la température continue à baisser légèrement comme dans le diagramme 1, mais si la période de ce relais clignotant est faible par rapport à la période de l'organe réfrigérant, ce relais réenclenche automatiquement en e avant que la circulation du liquide
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de réfrigérant ne se soit interrompue.
La température seentretieit à nouveau jusque en d où le relais clignotant déclenche puis tend à remonter jusqu'en e où le relais clignotant réenclenche, et ceci pendant plusieurs cycles dont deux seulement ont été représentés pour la simplification du diagramme. Lors-
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que la température sera remontée jusqu'en E., le thermostat pilotera à nouveau le dispositif pour le ramener en!!' point à partir duquel le cycle recommence.
En raison de l'inertie, le réfrigérant continue à circuler dans les temps
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successifs '-9 -d.9dea -.f, 1-g, et ,g h9 la circulation du liquide réfrigé- rant s'entretient.donc en consommant le minimum d'énergie nécessaire et tant que la charge du système ne varie pas,on oscille autour du point de déclen-
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chement du thernnostat avec une amplitude de l'ordre de 1-,écart 12 cl, de l'ordre de 1/4 de degré par exemple, au lieu doscâ...:l.e, entre des limites situées au-dessus du point. d'enclenchement et au-dessous du point de déclenchement du thermostat, ces deux points pouvant être déjà espacés de quelques degrés.
On obtient ainsi une précision très élevée du réglage, du fait que pratiquement on travaille pour un réglage convenable du clignoteur sur le point bas du thermostat et non plus en degà et au delà des points bas et haut. Il est
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d'ailleurs possible éventuellement d:lassel"vir le réglage du rapport enclenche- ment/déclenchement du clignoteur à la valeur de ce point bas lui-même.
Si au lieu d'avoir une lecture de température discontinue, telle que celle donnée par le thermomètre à contact constitué par le bilame 14 de la figure 2, on utilise au contraire un dispositif de mesure absolument conti-
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nu,,,tel que le courant de mesure d'un couple thermo-électrique 19 (figure 4) ou le courant dj)erreur dun pont 20 (figure 5 ) il est possible d' envoyer ce courant dans une résistance auxiliaire 21 commandant également le bilame 6.
L'action de la résistance 21 s'ajoute à celle de la résistance 13, le relais se fermant sur le contact de fermeture 7 dans le cas du couple thermo-élec- trique (fig. 4) ou sur le contact 8 isolé en 22 dans le cas du point de mesure (fig. 5),de telle sorte que le courant parcourant la résistance 21 soit maximum pour le couple et égal à zéro pour le pont lorsque le point de régla-
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ge est atteint, ee qui entraîne l'ouverture du relais. On obtient de la sorte une régulation proportionnelle qui est également intéressante dans de nom-
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bEBc sas.
Si par exemple le dispositif de régulation thermique est adapté à une armoire frigorifique? tant que 1-'on est loin du point de réglage, par exemple au-dessus de ce point., la résistance 21 est alimentée par un courant relativement important, ce qui. a pour effet d'allonger notablement le temps
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de déclenchement par rapport au temps d'enclenchement donc d9accroi'tre le temps pendant que 1?organe 18 est sous tension et l'armoire a tendance à se refroidir rapidement,. Au fur et à mesure quon s'approche du point de réglage, le courant dans la résistance 13 diminue;; ainsi que le rapport des texnps
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de déclenchement et d5enclenchemeut.
Le système tend alors à se refroidir de plus en plus lentement et à atteindre asymptotiquement la température de réglage.
On peut même obtenir un véritable asservissement en envoyant dans
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la résistance 13 non plus 1L11 courant de mesure mais un courant d'erreur c'est- à-dire un courant résultant de la comparaison, dans un pont par exemple, de la température lue avec un étalon.
Dans la réalisation illustrée aux figures 6 et 7, le même bilame
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remplit le rôle de détecteur et d'organe de clignotement. L'appa:t'eil repré- senté à la figure 6 comprend une canne métallique 24 réalisée de préférence en un tube métallique souple à l'intérieur de laquelle est monté un axe 25 de
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faible diamètre, 2 im pax eXE'lIlple, supporté à l'une de ses extrémités par un palier 26 et à son autre extrémité par -un. palier 27 fixé dans un capot 28 faisant suite à la canne 24. Sur l'axe 25 est enroulé en hélice un bilame
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29 brasé en 30 sur cet axe. Un rupteur à mercure 31 est fixé à l'axtrémité
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libre du bilame en hélice 29, ce rupteur étant supporté par deux pinces 32.
Ce rupteur peut osciller entre dux butées 33 et 34 qui définissent sa zone angulaire de débattement pour qu'il reste toujours dans son angle de sécurité. Une résistance 35 est montée enfilée sur le bilame 29 et est cablée en paralléle avec les contacts du rupteur à mercure, l'arrivée de courant s'ef- fectuant par les bornes 36. Du capot 28 émerge un bouton de réglage 37 destiné à régler la plage d'action du bilame 29.
Peur un réglage angulaire donné de ce bilame 29 obtenu par l'action du bouton 37 l'interrupteur à mercure 31 en butée sur la butée 33 a son circuit fermé et la résistance de chauffage 18a est alimentée. La température du réfrigérateur descend jusqu'à ce que le bilame qui commande l'interrup- - leur à mercure 35 oblige ce dernier à basculer sur sa butée 34. Dès lors la résistance 35 qui était court-circuitée par l'interrupteur à mercure 31 entre en action et réchauffe une partie du bilame 29, celle affectée à la commande du clignotement,,jusqu'à ce que 31 soit réenclenché.
Dès lors, la résistance 35 est de nouveau court-circuitée et la partie du bilame affectée au clignotement va se refroidir à nouveau, jusqu'à ce que le rupteur à mercure 31 bascu- le sur la butée 33, et ainsi de suite. Donc le bilame 29 pour un réglage donné correspondant au déclenchement du rupteur, réglage par suite précis, pilo- te l'ensemble jusqu'à la température de réglage; ensuite, il fonctionne en clignotour, le rapport enclenchement/déclenchement étant défini., indépendam- ment du réglage initial, par l'écart angulaire entre les points d'ouverture et de fermeture du rupteur et par la valeur du courant traversant la résistance 35. Le clignotement est stable et de période longue.
Le bilame 29 remplit ici à la fois les rôles d'élément de mesure et de cligncteure, ce qui est particulièrement intéressant pour les raisons suivantes : proportionnant convenablement l'appareil et en raison de la longue durée des périodes, la fonction elignoteur ne réagit pratiquement pas sur la fonction mesure, cette dernière au contraire réagira sur la première, assurant ainsi une bonne compensation automatique et un véritable réglage proportionnel.
Le dispositif de régulation décrit ci-dessus peut être utilisé en vue d'assurer le dégivrage de l'évaporateur d'un réfrigérateur. Dans ce but, ainsi que représenté aux figures 8 et 9, on relie au contact d'ouverture 8 du relais isolé en 42 à bilame une résistance auxiliaire 38, reliée d'autre part à un pôle du secteur, cette résistance auxiliaire 38 étant montée en série avec une résistance 39 shuntée par un contact 40 en période de dégivra- ge (figure 8) ou elle-même shuntée par un contact 41 ouvert en période de dégivrage (figure 9), les contacts 40 et 41 étant soumis à l'action d'un détecteur de dégivrage.
De la sorte, lorsque 'le contact 40 est fermé ou le contact 41 ouvezt, l'intensité du courant circulant dans la résistance auxiliaire 38 assure le maintien du chauffage sur le bilame 6, maintenant ainsi le relais à l'ouverture pendant un temps suffisamment long pour permettre le dégivrage par montée de température dans le réfrigérateur..
Ce phénomène est reporté sur le diagramme illustré à la figure 10, dans lequel la courbe a-b-c-d-e-f-g-b' est la même que la courbe correspondante du diagramme de la figure 3. Le givrage s'étant produite sur l'é- vaporateur du réfrigérateur lorsque en b' le relais clignotant est remis en circuit, sous l'influence du détecteur de girore, le premier cycle sera très allongé et la température remontera jusqu'en h point à partir duquel , le givre ayant disparu, la régulation thermostatique abaisse à nouveau la température jusqu'en b" où le cycle normal de fonctionnement de l'appareil recommence.
Il est-bien évident que sans sortir du cadre de la présente invention, des modifications pourrai ent être apportées aux dispositifs décrits. En particulier,dans le cas de l'appareil illustré à la figure 6, le bouton de commande 37 pourrait être remplacé par un dispositif de commande à distance, par câble flexible par exemple. Pareillement le bilame 29 au lieu d'être enroulé en hélice pourrait l'être en spirale.
Le régulateur thermostatique à bilame représenté aux figures 6 et 7 peut être réalisé suivant d'autres variantes non représentées:
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a) ce régulateur peut comporter un potentiomètre ou tout autre dis- positif à résistance variable équivalent monté en série avec la résistance de clignotement,, pour la régulation en réfrigération, ou en parallèle avec cette résistance pour la régulation en échauffement;
b) dans le cas où le régulateur doit être utilisé indifféremment sous des tensions de 110 ou de 220 volts on place en série avec la résistan- ce de clignotement une résistance de valeur triple qui peut être mise sous tension pour le fonctionnement sous 220 volts et court-circuitée pour le fonctionnement sous 110 volts; c) en vue de diminuer les dimensions de l'appareil;, le bilame du régulateur peut être bobiné sur deux hélices concentriques; d) lorsque le régulateur doit être utilisé pour la régulation d'ap- pareils de chauffage, la portion du bilame enroulé en hélice soumise à l'action de la résistance de clignotement, est bobinée en inversant les faces in- térieure et extérieure de la portion du bilame utilisée comme détecteur;
e) la torsion de l'axe auquel est reliée l'une des extrémités du bilame enroulé en hélice peut être réglée à distance par l'intermédiaire d'une commande flexible;, telle que celle connue sous le nom de commande "Bowden"' f) la résistance de clignotement du bilame enroulé en hélice peut être constituée par quatre résistances miniatures parallèles à ce bilame et disposées sur un cylindre concentrique à celui-ci,, ces résistances étant reliées entre elles à l'une de leurs extrémités et pouvant être reliées à leurs autres extrémités de toute façon désirée, en série? en parallèle,, en série parallèle etc... par un organe de commitation en vue de réaliser toute connexion désirée entre elles.
REVENDICATIONS.
1. Un procédé de régulation thermique pour appareils de chauffage ou de réfrigération, caractérisé par le fait qu'on rend successivement discontinue l'action de l'organe chargé de la régulation thermique., les discon- tinuités étant déterminées de telle sorte que l'organe engendrant ou absorbant de l'énergie thermique reste continuellement en fonctionnement en raison de son inertie propre.
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THERHICAL REGULATION PROCESS, DEVICES ALLOWING THE IMPLEMENTATION
AND THEIR APPLICATIONS.
In devices intended for regulating heating or refrigeration, start-up is very slow due to the mass inertia specific to Isolation generating or absorbing 1? thermal energy and the inertia of heat or cold transmission to the surrounding environment.
This results in a loss of efficiency during each shutdown of the device. This fact is particularly noticeable in the usual thermostatic regulation of absorption refrigerated cabinets. When the temperature has dropped to a certain value, the thermostat cuts off; but, by inertia, the refrigerant continues to circulate and evaporate for some time and the temperature still drops slightly during this time.
Then, it goes back up to the moment when the thermostat engages again; but the resistance and its envelope which have cooled completely only gradually resume their normal working temperature, so that the temperature continues to rise !!: due to the inertia thus presented. Finally, the refrigerant in turn resumes its normal circulation, resulting in a further drop in temperature, first rapidly, then slowly, until the cycle begins again.
A fraction of more than 40% of a duty cycle time may be required to return to normal operating conditions, resulting in the relatively poor energy efficiency of ordinary thermostatic control.
With a view to increasing the efficiency of thermal regulation for heating or refrigeration appliances, the present invention relates to a thermal regulation process according to which the inaction of the member responsible for thermal regulation is made successively discontinuous. discontinuities being determined such that the member generating or absorbing thermal energy remains continuously in operation due to its inherent inertia.
According to an advantageous mode of application, the discontinuities of action of the member responsible for thermal regulation are periodic, their period being relatively short compared to the natural period of the heating or refrigeration device.
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We know in fact that we can adjust the energy sent to any system by supplying it not with a variable power, as is usually done, but with a constant power for variable times by making cuts. regular. This method is advantageous for heating or refrigeration devices, because, by suitably choosing the overall period of discontinuous supply with respect to that of the heating or cooling device, an excellent thermal efficiency can be obtained because of the use of inertia effects of this heating or cooling device instead of wasting them.
Furthermore, insofar as the load of the heating or cooling device remains invariable, each adjustment of the periodic discontinuous supply corresponds to an adjustment of the limit temperature reached, which makes it possible to a certain extent to avoid thermostatic control.
However, it is obvious that the temperature thus obtained is floating and necessarily follows the load variations of the heating or refrigeration device. If, moreover, there is a sudden variation in this load (opening of a door, introduction of a large mass at a different temperature, etc.), the limit temperature corresponding to the setting will only be reached asymptotically. , therefore much slower than it could be with a thermostatic control.
To remedy this latter defect, according to an advantageous mode of application of the above thermal regulation method, the device responsible for thermal regulation is thermostatically regulated up to the adjustment temperature, temperature around which this device is supplied. in a periodic discontinuous manner of small amplitude and of relatively short period compared to the natural period of the heating or refrigeration device. This process results in superimposing the thermostatic regulation and the periodic discontinuous regulation by combining their respective advantages, which makes it possible to obtain an excellent temperature regulation combined with an excellent thermal efficiency.
Indeed, by examining for example the case of refrigeration, the thermostatic regulation controls the regulation device up to the regulation temperature from which the power supply is cut off and the temperature stops falling, but if the period discontinuous supply is such that this supply is re-established at a point on the temperature curve, for which, under the effect of inertia, the circulation of the refrigerant liquid is not yet interrupted, therefore just before the temperature does not rise, this circulation will be maintained by consuming the minimum necessary energy and as long as the load of the system does not vary, we will oscillate around the trigger point of the thermostatic regulation with a low amplitude given by the period of the discontinuous feeding,
instead of oscillating between limits located above the cut-in point and below the thermostat cut-out point, limits already spaced 1 to 2 degrees apart in the best conditions. This adjustment process therefore gives a very high precision owing to the fact that in practice one works for a suitable adjustment of the periodic discontinuous supply around the trigger point of the thermostat and no longer below and beyond its trigger and cut-in points.
A further subject of the invention is the devices allowing the implementation of the thermal regulation method specified above, this device comprising a flashing light which supplies the active regulation device, flashes = which can be varied, so as to elsewhere absolutely continuous, the ratio of closing time to opening time. Each adjustment of this ratio corresponds to an adjustment of the limit temperature reached.
Preferably the thermal regulation device comprises a detector controlling by a weak electric current a flashing relay of low period before the natural period of the heating or refrigeration device that is to be controlled, this flashing relay supplying a fixed resistance or a component. motor, fan for example.
According to an advantageous embodiment, the detector consists of a measuring device supplying a permanent current, such as
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centering it with a measuring bridge cu of a thermoelectric couple, this current supplying an auxiliary device controlling the flashing device concurrently with a main flashing control device :, in order to obtain proportional regulation 'auxiliary flashing control device having the role of' adjusting the ratio of the flashing switch-on and switching times, therefore to gradually adjust the flow regulator thus constituted as the we get closer to the setting temperature.
It is even possible to obtain a real servo-control by sending into the auxiliary flashing control device no longer a measurement current but an error current such as a current resulting from the comparison, in a bridge for example, of the temperature read. with stallion.
According to another advantageous embodiment, the thermal regulation device comprises a helical or spiral bimetallic strip, one fixed end of which is angularly adjustable while the other end carries a mercury breaker whose angular movement is delimited by two stops. , a resistor radiating over all or part of the bimetallic strip and connected in parallel to the contacts of the mercury breaker :, contacts connected to the heating or refrigeration device, this bimetallic strip fulfilling both the role of detector and of flashing control.
In the case where the thermal regulation member is used for the adjustment of a refrigeration device, this member can at the same time make it possible to ensure the defrosting of the evaporator of the refrigerator by sending in the main flashing control unit or in the component to the flashing control link an auxiliary current flowing through either a manual contact provided for this purpose in the event of semi-automatic defrost, or a contact detecting the presence of frost on the evaporator, in the event of a fully automatic defrost, for extension :;
- long enough for the opening time of an olignotor cycle, to allow the evaporator to go up during a cycle - at a temperature above 0.
Finally, a subject of the invention is the industrial applications of the method and of the thermal regulation devices specified above, in particular for absorption and possibly compression refrigerators, with a view to making precise temperature adjustments, in the latter case with the disadvantage of starting compressors, for the combined regulation of electric cookers (thermostat-flow regulator combination) for the regulation of ovens (flow regulator pyrometer combination), stoves, etc ...
The description which will follow, with reference to the accompanying drawings by way of nonlimiting examples, will make it clear how the invention can be put into practice, the particularities of the devices described obviously forming part of the invention.
Fig. 1 shows a typical thermostatic regulation diagram.
Fig. 2 schematically shows a flashing and thermostatic piloting thermal regulation device in accordance with the invention.
Fig. 3 is a thermostatic regulation diagram obtained by using the device illustrated in FIG. 2.
Figs 4 and 5 represent the diagrams of two flashing thermostatic regulation devices with proportional regulation.
Fig. 6 is a perspective view with partial cut away of a thermostatic control device with a mercury switch according to 1-'invention.
Fig. 7 schematically shows the electrical connections for using the device illustrated in FIG. 6.
Figs. 8 and 9 show two methods of mounting a flashing thermal regulation device used to allow defrosting.
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Fig. 10 is a diagram of thermostatic regulation with defrost.
The electrical diagrams shown in the figures apply more particularly to refrigeration regulation.
The thermostatic regulation diagram illustrated in figure 1, relates to the regulation of a usual refrigerated cabinet. When the thermostatic regulation device is started, the thermostat ensures the temperature drop from point a to a certain value b for which this thermostat cuts off; for a time of up to 7 to 8 minutes, by inertia, the refrigerant continues to circulate and evaporate and the temperature still drops slightly to point C.
With the refrigerant then stopped, the temperature rises to. point d from which the thermostat engages again and then for a time ;, which can reach approximately 7 minutes, the resistance and its casing gradually return to their normal working temperature and the temperature rises to point e. Then for up to 5 minutes, the refrigerant in turn resumes its normal circulation and the temperature stabilizes from e to f. Finally, the temperature first drops rapidly from f to g and then slowly to b 'where the cycle begins again.
It can therefore be seen that, over an operating cycle of the order of 45 minutes, approximately 20 minutes were necessary to return to normal operating conditions, hence the relatively defective thermal efficiency of an ordinary thermostatic regulation device. To remedy this drawback, as indicated above, according to the invention, the regulating device comprises a vibrating or flashing member of suitable period to use precisely to its advantage the phenomena of inertia considered to be troublesome in the usual regulations.
The flashing devices illustrated in Figures 2, 4, 5,8 and 9 comprise a frame 3 provided with a yoke 4 in which is mounted a movable shaft 5. On this axis is clamped a bimetal 6 whose branch 6a rests on contacts 7, closing contact, and 8, opening contact. On the other branch 6b of the bimetallic strip is riveted a metal plate 9 forming a bearing for a compression spring 10 at #, the other end of which rests on a bearing 11. A resistor or a coil 13 ensures the heating of the bimetallic strip.
In the embodiment illustrated in FIG. 2, the bimetal flasher relay is associated with a spiral bimetal thermometer 14, the center of which is fixed. The end of this bimetallic strip 14 carries a movable pallet 15 connected to one of the blades of the member 18 generating or absorbing thermal energy.
When the temperature drops, the bimetallic strip 14 brings the pallet 15 into contact with an eccentric conductive cam 16, connected to one end of the resistor 13, the other end of which is connected, as does the closing contact 7 to the end. 'other end of the member 18. As long as the casing is at a high temperature, the pallet 15 is not in contact with the cam 16, the heating resistor 13 is not supplied, the device operates as a thermostat pure. When the setting temperature is reached, the paddle 15 comes into contact with the cam 16, which closes the supply circuit for the heating resistor 13 of the relay.
The very low heating current causes, after a few minutes, the sudden breaking of contact 7 of bimetallic strip 6, cutting both the circuit of member 18 and the heating circuit of resistor 13. Bimetallic strip 6 is cut off. cools slowly and finally re-establishes the closing contact 7. If, at this moment, the ambient temperature detected by the bimetallic strip 14 has not changed or hardly changed, the paddle 15 is still in contact with the cam 16 and the flashing cycle begins again .
If, on the other hand, the ambient temperature has suddenly increased for any reason, contact 15-16 is open and component 18 falls back under the control no longer of the flashing relay but of 1- * thermoelectric component formed by the bimetallic strip. 14. The adjustment of the eccentric cam 16 around its axis 16a makes it possible to ensure the adjustment of the regulation range.
The succession of phenomena is shown on the diagram in FIG. 3 relating to a refrigerated cabinet. When the thermostatic regulation device is switched on, the thermostat ensures the descent of
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the temperature of the seal a up to a certain value b thus acting as a pilot. In b the flashing relay cuts out, the temperature continues to drop slightly as in diagram 1, but if the period of this flashing relay is low compared to the period of the cooling unit, this relay automatically resets in e before circulation some cash
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refrigerant is interrupted.
The temperature is maintained again until the point where the flashing relay trips and then tends to rise until the flashing relay switches on again, and this for several cycles, only two of which have been shown for the simplification of the diagram. When
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that the temperature will be raised to E., the thermostat will control the device again to bring it back to !! ' point at which the cycle begins again.
Due to inertia, the refrigerant continues to circulate on time
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successive '-9 -d.9dea -.f, 1-g, and, g h9 the circulation of the refrigerant is maintained. therefore by consuming the minimum necessary energy and as long as the load of the system does not vary , we oscillate around the trigger point
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chement of the thermostat with an amplitude of the order of 1-, deviation 12 cl, of the order of 1/4 of a degree for example, instead of oscâ ...: l.e, between limits located above the point. switch-on point and below the thermostat's cut-out point, these two points may already be spaced a few degrees apart.
A very high precision of the adjustment is thus obtained, owing to the fact that practically one works for a suitable adjustment of the flashing light on the low point of the thermostat and no longer in degà and beyond the low and high points. It is
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moreover possibly possible d: lassel "vir the setting of the turn signal engagement / release ratio to the value of this low point itself.
If instead of having a discontinuous temperature reading, such as that given by the contact thermometer formed by the bimetallic strip 14 of FIG. 2, on the contrary, an absolutely continuous measuring device is used.
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nu ,,, such as the measurement current of a thermoelectric couple 19 (figure 4) or the current dj) error of a bridge 20 (figure 5) it is possible to send this current in an auxiliary resistor 21 also controlling the bimetallic strip 6.
The action of resistor 21 is added to that of resistor 13, the relay closing on closing contact 7 in the case of thermoelectric couple (fig. 4) or on contact 8 isolated at 22. in the case of the measuring point (fig. 5), so that the current flowing through resistor 21 is maximum for the torque and equal to zero for the bridge when the adjustment point
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ge is reached, which causes the relay to open. In this way, a proportional regulation is obtained which is also interesting in many cases.
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bEBc airlock.
If for example the thermal regulation device is suitable for a refrigerated cabinet? as long as 1-'on is far from the set point, for example above this point, resistor 21 is supplied with a relatively large current, which. has the effect of considerably lengthening the time
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tripping with respect to the on time therefore to increase the time while the member 18 is energized and the cabinet tends to cool rapidly. As one approaches the set point, the current in resistor 13 decreases ;; as well as the texnps report
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tripping and disengaging.
The system then tends to cool more and more slowly and to asymptotically reach the control temperature.
We can even get a real bondage by sending in
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resistor 13 no longer 1L11 measurement current but an error current that is to say a current resulting from the comparison, in a bridge for example, of the temperature read with a standard.
In the embodiment illustrated in Figures 6 and 7, the same bimetal
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fulfills the role of detector and flashing device. The appa: the eye shown in FIG. 6 comprises a metal rod 24 preferably made of a flexible metal tube inside which is mounted a pin 25 of
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small diameter, 2 im pax eXE'lIlple, supported at one of its ends by a bearing 26 and at its other end by -un. bearing 27 fixed in a cover 28 following the rod 24. On the axis 25 is helically wound a bimetal
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29 brazed at 30 on this axis. A mercury breaker 31 is attached to the end
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free of the helical bimetal 29, this breaker being supported by two clamps 32.
This switch can oscillate between two stops 33 and 34 which define its angular zone of movement so that it always remains within its safety angle. A resistor 35 is mounted threaded on the bimetallic strip 29 and is wired in parallel with the contacts of the mercury breaker, the current coming through the terminals 36. From the cover 28 emerges an adjustment button 37 intended to adjust. the action range of the bimetallic strip 29.
Fear a given angular adjustment of this bimetal 29 obtained by the action of the button 37 the mercury switch 31 in abutment on the stop 33 has its closed circuit and the heating resistor 18a is supplied. The temperature of the refrigerator drops until the bimetallic strip which controls the mercury switch 35 forces the latter to switch to its stop 34. Therefore the resistor 35 which was short-circuited by the mercury switch 31 comes into action and heats part of the bimetallic strip 29, that assigned to the flashing control, until 31 is re-engaged.
The resistor 35 is then short-circuited again and the part of the bimetallic strip affected by the flashing will cool again, until the mercury breaker 31 switches to the stop 33, and so on. Therefore the bimetal 29 for a given setting corresponding to the triggering of the breaker, which is therefore precise, drives the assembly up to the setting temperature; then, it operates in flashing light, the on / off ratio being defined, independently of the initial setting, by the angular difference between the opening and closing points of the breaker and by the value of the current flowing through resistor 35. The flashing is stable and of long period.
The bimetallic strip 29 here fulfills both the roles of measuring element and flashing light, which is particularly interesting for the following reasons: properly proportioning the device and due to the long duration of the periods, the flashing function hardly reacts not on the measurement function, the latter on the contrary will react on the first, thus ensuring good automatic compensation and true proportional adjustment.
The regulation device described above can be used to ensure the defrosting of the evaporator of a refrigerator. For this purpose, as shown in Figures 8 and 9, an auxiliary resistor 38 is connected to the opening contact 8 of the isolated relay 42 at bimetallic strip, connected on the other hand to a sector pole, this auxiliary resistor 38 being mounted. in series with a resistor 39 shunted by a contact 40 in the defrost period (figure 8) or itself shunted by a contact 41 open in the defrost period (figure 9), the contacts 40 and 41 being subjected to the action of a defrost detector.
In this way, when the contact 40 is closed or the contact 41 is open, the intensity of the current flowing in the auxiliary resistor 38 ensures that the heating is maintained on the bimetallic strip 6, thus keeping the relay open for a sufficiently long time. long to allow defrosting by temperature rise in the refrigerator.
This phenomenon is shown on the diagram illustrated in figure 10, in which the curve abcdefgb 'is the same as the corresponding curve in the diagram of figure 3. The icing having occurred on the evaporator of the refrigerator when in b '' the flashing relay is switched on again, under the influence of the girore detector, the first cycle will be very lengthened and the temperature will rise up to a point at which, the frost having disappeared, the thermostatic regulation lowers the temperature again until b "where the normal operating cycle of the device begins again.
It is obvious that without departing from the scope of the present invention, modifications could be made to the devices described. In particular, in the case of the apparatus illustrated in FIG. 6, the control button 37 could be replaced by a remote control device, by flexible cable for example. Likewise, the bimetallic strip 29, instead of being wound in a helix, could be wound in a spiral.
The bimetal thermostatic regulator shown in Figures 6 and 7 can be made according to other variants not shown:
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a) this regulator may include a potentiometer or any other equivalent variable resistance device mounted in series with the flashing resistor ,, for regulation in refrigeration, or in parallel with this resistor for regulation in heating;
b) in the event that the regulator is to be used indifferently at voltages of 110 or 220 volts, a resistor of triple value is placed in series with the flashing resistor which can be energized for operation at 220 volts and shorted for operation at 110 volts; c) in order to reduce the dimensions of the apparatus ;, the bimetallic strip of the regulator can be wound on two concentric propellers; d) when the regulator is to be used for regulating heating appliances, the portion of the helically wound bimetallic strip subjected to the action of the flashing resistor is wound by inverting the inner and outer faces of the portion of the bimetallic strip used as a detector;
e) the torsion of the axis to which one of the ends of the helically wound bimetallic strip is connected can be adjusted remotely by means of a flexible control ;, such as that known as the "Bowden" control. f) the flashing resistor of the helically wound bimetallic strip may be formed by four miniature resistors parallel to this bimetallic strip and arranged on a cylinder concentric with it, these resistors being interconnected at one of their ends and being able to be connected at their other ends anyway desired, in series? in parallel, in parallel series etc ... by a commitation member in order to achieve any desired connection between them.
CLAIMS.
1. A method of thermal regulation for heating or refrigeration appliances, characterized by the fact that the action of the organ responsible for thermal regulation is made successively discontinuous, the discontinuities being determined so that l The organ generating or absorbing thermal energy remains continuously in operation due to its own inertia.