FR3098594A1 - Système de mesure d’humidité et procédé de mesure d’humidité correspondant - Google Patents
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Abstract
La présente invention porte sur un système de mesure de l’humidité absolue dans un circuit de circulation de gaz, notamment un circuit de circulation de gaz traversant un caisson d’une installation de chauffage, ledit système comprenant - une chambre de mesure adaptée pour être reliée par un conduit d’entrée au circuit de circulation de gaz, ladite chambre abritant au moins un capteur d’humidité relative et un capteur de température, - des moyens de déviation d’un flux de gaz test depuis le circuit de circulation de gaz vers le conduit d’entrée et la chambre de mesure, - des moyens de détermination de l’humidité absolue dans le circuit de circulation de gaz à partir de valeurs mesurées d’humidité relative et de température à l’intérieur de la chambre de mesure, et - des moyens de régulation de la température à l’intérieur de la chambre de mesure.
Description
La présente invention concerne un système et un procédé de mesure de l’humidité absolue à l’intérieur d’un circuit de circulation de gaz, notamment un circuit de circulation de gaz traversant un caisson d’une installation de chauffage. L’invention concerne en particulier une installation de chauffage du type munie d’au moins une zone de chauffage comprenant un caisson traversé par un produit à chauffer ou sécher se déplaçant sur un convoyeur.
On connaît différentes installations de chauffage du type précité. Dans le processus de fabrication d’un matelas de fibres minérales liées par un liant par exemple, le matelas est déplacé à l’intérieur d’une telle installation connue sous le nom d’étuve de réticulation, dans laquelle il est simultanément asséché et soumis à un traitement thermique spécifique qui provoque la polymérisation de la résine thermodurcissable du liant présent à la surface des fibres. Le mode opératoire utilisé pour provoquer le durcissement du liant consiste à faire passer de l'air chauffé à travers toute l’épaisseur du matelas, de telle façon que le liant présent dans toute l’épaisseur du matelas soit lui-même porté progressivement à une température supérieure à sa température de durcissement. A cette fin, l’étuve de réticulation comprend une série de caissons alimentés par de l’air chaud mis en circulation par des ventilateurs, les conditions d’humidité et de température pouvant être contrôlées au sein des différents caissons de l’étuve.
Une installation de chauffage du type précité est également utilisée dans le processus de fabrication des plaques de plâtre.
Comme il est bien connu, la fabrication de plaques de plâtre comprend :
a) la fabrication du plâtre par broyage puis calcination du gypse,
b) le mélange du gypse broyé et calciné avec de l’eau et des additifs tels que le silicone, pour obtenir la gâchée
c) sur un convoyeur, la mise en place de la gâchée sur une première bande de papier formant bande inférieure et le recouvrement avec une bande supérieure de papier
d) la prise pendant environ 3 minutes
e) le découpage des plaques encore humides à l’aide d’un couteau
f) par le biais d’un convoyeur, le transport des plaques encore humides dans un sécheur
g) le séchage pendant environ 45 minutes.
a) la fabrication du plâtre par broyage puis calcination du gypse,
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d) la prise pendant environ 3 minutes
e) le découpage des plaques encore humides à l’aide d’un couteau
f) par le biais d’un convoyeur, le transport des plaques encore humides dans un sécheur
g) le séchage pendant environ 45 minutes.
Avant séchage, autrement dit à l’étape f), les plaques sont constituées pour un tiers de leur volume en eau. La fonction du sécheur est de séparer le gypse de l’eau en excès, par évaporation de l’eau. Tout comme l’étuve de réticulation mentionnée précédemment, et comme illustré de manière schématique sur la figure 1, un tel sécheur 100 comprend typiquement plusieurs zones de chauffages 70a, 70b, 70c que traversent successivement les plaques de plâtre 60a, …, 60n.
La figure 2 est une vue plus détaillée d’une des zones de chauffage 70b du sécheur 100 de la figure 1.
La zone de chauffage 70b comprend un caisson 72 traversé par une pluralité de plaques de plâtre 60a,…, 60n, transportées par une pluralité de convoyeurs à rouleaux (non représentés) empilés les uns au-dessus des autres et un circuit de circulation de gaz 74.
L’évaporation de l’eau contenue dans les plaques est en effet obtenue par circulation d’un flux d’air chaud entre une multitude d’orifices d’entrée d’air 76a, …, 76n (ci-après référencés 76) répartis sur toute la hauteur de l’empilement, d’un côté du caisson, jusqu’à une multitude d’orifices de sortie d’air 78a, …, 78n (ci-après référencés 78) situés de son côté opposé (dans le sens de défilement des plaques).
Le circuit de circulation d’air 74, relié à ces orifices d’entrée 76 et de sortie 78, comprend (à l’extérieur du caisson) :
- un conduit de recirculation d’air chaud 80 reliant les orifices de sortie 78 aux orifices d’entrée 76,
- dans le conduit de recirculation 80, un brûleur 82 destiné à chauffer l’air avant qu’il ne pénètre dans le caisson,
- dans le conduit de recirculation 80, en aval du brûleur 82, un ventilateur de recirculation 84 pour forcer le transport de l’air chauffé vers le caisson,
- un conduit d’alimentation en air frais 86 muni de moyens de régulation de débit 88 - par exemple sous forme d’un volet ou d’un ventilateur - relié au conduit de recirculation 80 en un point S1 situé en amont du brûleur 82 (l’amont et l’aval étant définis ici en lien avec la direction de déplacement de l’air à l’intérieur du conduit de recirculation 80), et
- un conduit d’extraction de gaz 90 relié au conduit de recirculation 80 en un point S2 situé entre le ou les orifices de sortie 78 et le point S1, et muni d’un volet ou d’un ventilateur d’extraction 92 commandé par un capteur de pression, permettant d’ajuster le débit d’air en sortie du circuit.
- un conduit de recirculation d’air chaud 80 reliant les orifices de sortie 78 aux orifices d’entrée 76,
- dans le conduit de recirculation 80, un brûleur 82 destiné à chauffer l’air avant qu’il ne pénètre dans le caisson,
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- un conduit d’alimentation en air frais 86 muni de moyens de régulation de débit 88 - par exemple sous forme d’un volet ou d’un ventilateur - relié au conduit de recirculation 80 en un point S1 situé en amont du brûleur 82 (l’amont et l’aval étant définis ici en lien avec la direction de déplacement de l’air à l’intérieur du conduit de recirculation 80), et
- un conduit d’extraction de gaz 90 relié au conduit de recirculation 80 en un point S2 situé entre le ou les orifices de sortie 78 et le point S1, et muni d’un volet ou d’un ventilateur d’extraction 92 commandé par un capteur de pression, permettant d’ajuster le débit d’air en sortie du circuit.
Le capteur de pression est généralement situé entre le point S1 et les orifices de sortie 78.
Pour augmenter le rendement de fabrication, il est souhaitable que les plaques de plâtre soient séchées le plus vite possible. Dans ce but, il est courant d’utiliser à l’intérieur des caissons du sécheur des températures élevées, typiquement comprises entre 200-300°C. Un chauffage trop brutal peut cependant endommager les plaques et les rendre inutilisables. Lorsque la température de l’air est trop élevée, ou lorsque l’humidité dans le caisson est trop importante, la température du corps de la plaque peut parfois s’élever au-dessus de 95-100°C, provoquant la recalcination du gypse. L’intérieur de la plaque devient friable. La plaque perd sa résistance mécanique et devient inutilisable. Des problèmes d’adhérence du papier sur la plaque sont également parfois observés si le contrôle du séchage n’est pas suffisamment précis.
L’invention a pour objectif de remédier aux inconvénients précités en fournissant un système et un procédé permettant une mesure de l’humidité absolue dans un circuit de circulation de gaz, notamment un tel circuit traversant un caisson d’une installation de chauffage du type précité, qui soit fiables dans le temps et faciles à mettre en œuvre.
Cet objectif est atteint avec un système de mesure de l’humidité absolue dans un circuit de circulation de gaz, notamment un circuit de circulation de gaz traversant un caisson d’une installation de chauffage, ledit système comprenant
- une chambre de mesure adaptée pour être reliée par un conduit d’entrée au circuit de circulation de gaz, ladite chambre abritant au moins un capteur d’humidité relative et un capteur de température,
- des moyens de déviation d’un flux de gaz test depuis le circuit de circulation de gaz vers le conduit d’entrée et la chambre de mesure,
- des moyens de détermination de l’humidité absolue dans le circuit de circulation de gaz à partir de valeurs mesurées d’humidité relative et de température à l’intérieur de la chambre de mesure, et
- des moyens de régulation de la température à l’intérieur de la chambre de mesure.
- une chambre de mesure adaptée pour être reliée par un conduit d’entrée au circuit de circulation de gaz, ladite chambre abritant au moins un capteur d’humidité relative et un capteur de température,
- des moyens de déviation d’un flux de gaz test depuis le circuit de circulation de gaz vers le conduit d’entrée et la chambre de mesure,
- des moyens de détermination de l’humidité absolue dans le circuit de circulation de gaz à partir de valeurs mesurées d’humidité relative et de température à l’intérieur de la chambre de mesure, et
- des moyens de régulation de la température à l’intérieur de la chambre de mesure.
La chambre de mesure du système selon l’invention est destinée à être reliée à un circuit de circulation de gaz tout en restant à distance de ce circuit, de façon à ne pas en subir directement les variations thermiques et d’humidité. Le conduit d’entrée permet le transport d’un flux de gaz depuis une portion du circuit jusqu’à la chambre de mesure déportée.
Grâce aux moyens de régulation, les conditions à l’intérieur de la chambre de mesure peuvent être régulées, de façon à rester conformes aux plages de fonctionnement des capteurs présents à l’intérieur de la chambre de mesure, notamment du capteur d’humidité relative.
Un capteur d’humidité relative pouvant être utilisé dans le système de mesure selon l’invention est par exemple un hygromètre à variation d’impédance, notamment un hygromètre capacitif ou résistif.
Les capteurs d’humidité relative, notamment ceux du type précité, ont pour particularité de ne fonctionner que dans des plages prédéterminées d’humidité relative. Hors de ces plages, les mesures ne sont pas fiables, voire le capteur peut être détérioré. Par exemple, certains hygromètres capacitifs ne délivrent des mesures fiables que pour une humidité relative comprise entre 20 et 80%.
Les moyens de régulation sont adaptés pour réguler la température à l’intérieur de la chambre de mesure et d’y maintenir ainsi une atmosphère conforme aux plages de fonctionnement des capteurs, notamment du capteur d’humidité relative.
Selon une disposition préférée, les moyens de régulation de la température à l’intérieur de la chambre de mesure sont des moyens de régulation de la température du flux de gaz test dans le conduit d’entrée, en fonction des valeurs mesurées d’humidité relative et/ou de température à l’intérieur de la chambre de mesure.
Selon un exemple, les moyens de régulation de la température à l’intérieur de la chambre de mesure comprennent une unité de régulation reliée au capteur d’humidité relative. L’unité de régulation peut dans ce cas être adaptée pour déterminer une variation de température à appliquer au flux de gaz test dans le conduit d’entrée à partir de la valeur d’humidité relative mesurée et des lois psychométriques, pour que l’humidité relative à l’intérieur de la chambre de mesure reste à une valeur ou dans une plage de valeurs prédéterminée.
Selon un autre exemple, les moyens de régulation de la température à l’intérieur de la chambre de mesure comprennent une unité de régulation reliée au capteur de température. L’unité de régulation peut dans ce cas être adaptée pour déterminer une variation de température à appliquer au flux de gaz test dans le conduit d’entrée à partie de la valeur de température mesurée, de sorte la température à l’intérieur de la chambre de mesure reste à une valeur ou dans une plage de valeurs prédéterminée.
Dans des cas où la température du gaz à l’intérieur du circuit de circulation de gaz est très élevée, et pour maintenir des conditions adéquates à l’intérieur de la chambre de mesure, il est nécessaire d’abaisser la température du flux de gaz test avant sa pénétration dans la chambre de mesure. Selon un exemple, les moyens de régulation comprennent un refroidisseur disposé dans le conduit d’entrée.
Les refroidisseurs passifs (radiateurs de refroidissement) ne permettent pas de régulation du refroidissement : avec ce type de systèmes, le refroidissement dépend uniquement de la surface d’échange du refroidisseur, qui est fixe. Avantageusement, les moyens de régulation comprennent en outre un chauffage disposé dans le conduit d’entrée. Le chauffage est par exemple un chauffage électrique, qui lui peut varier en fonction de la puissance injectée et peut ainsi compenser une partie du refroidissement du radiateur passif.
Alternativement, les moyens de régulation peuvent comprendre un système de climatisation du type pompe à chaleur, ou un module de refroidissement par cellule Peltier.
Les moyens de déviation du flux de gaz test peuvent par exemple comprendre une pompe ou un système passif, notamment un système configuré pour aspirer l’air du fait d’une différence de pression (système du type « tube de Pitot »).
Selon un exemple, la chambre de mesure présente une forme cylindrique, et le conduit d’entrée de gaz débouche latéralement dans la chambre de mesure, de préférence tangentiellement à la paroi intérieure de la chambre.
La chambre et/ou le conduit d’amenée des gaz peuvent être isolés dans leur totalité ou en partie, par un isolant quelconque.
Selon un exemple, les moyens de mesure de l’humidité relative comprennent un capteur situé dans la chambre de mesure, au-dessus de l’orifice débouchant du conduit d’entrée.
Selon un exemple, la partie inférieure de la chambre de mesure présente une forme d’entonnoir. Dans le cas où le gaz condense à l’intérieur de la chambre, une telle forme permet de récupérer et d’évacuer aisément le liquide issu de la condensation.
Selon un exemple, le conduit d’entrée est muni d’un filtre, notamment d’un filtre à particules (notamment un filtre à poussières et/ou à particules de silice).
L’invention concerne également une installation de chauffage munie d’au moins une zone de chauffage comprenant un caisson traversé par un circuit de circulation de gaz chaud, la zone de chauffage comprenant un système de mesure tel que défini précédemment, configuré pour mesurer l’humidité absolue dans une portion du circuit de circulation de gaz représentative de l’intérieur du caisson.
Selon un exemple, l’installation de chauffage comprend une unité de contrôle adaptée pour contrôler des moyens d’alimentation du circuit de circulation de gaz en gaz frais en fonction de l’humidité absolue déterminée.
Ce contrôle intervient avantageusement dans des situations dans lesquelles l’humidité relative varie de façon importante à l’intérieur du caisson, par exemple :
- lors des démarrages et arrêts de ligne,
- lors d’un changement de produit, ou encore
- en cas d’accidents tels que le déchirement du papier recouvrant les plaques de plâtre (dans ce cas, les plaques défectueuses sont évacuées et l’humidité dans le sécheur baisse brusquement).
- lors des démarrages et arrêts de ligne,
- lors d’un changement de produit, ou encore
- en cas d’accidents tels que le déchirement du papier recouvrant les plaques de plâtre (dans ce cas, les plaques défectueuses sont évacuées et l’humidité dans le sécheur baisse brusquement).
De telles situations, aussi appelées « trous », seront désignées dans la suite de la présente description comme des variations exceptionnelles d’humidité.
Selon un exemple, le circuit de gaz chaud comprend au moins un orifice d’entrée de gaz chaud dans le caisson et au moins un orifice de sortie de gaz chaud hors du caisson, un conduit de recirculation reliant l’orifice de sortie à l’orifice d’entrée, un brûleur situé dans le conduit de recirculation, un conduit d’alimentation en gaz frais muni de moyens de régulation du débit, relié au conduit de recirculation en un point S1 en amont du brûleur et un conduit d’extraction de gaz relié au conduit de recirculation en un point S2.
De façon préférée, le conduit d’entrée de la chambre de mesure est relié au conduit de recirculation et non directement à l’intérieur du caisson. Dans ce cas, le conduit de recirculation est relié à un point du conduit de recirculation où l’humidité absolue est identique à celle pouvant être mesurée à l’intérieur du caisson. Le conduit d’entrée de la chambre de mesure est par exemple relié au conduit de recirculation entre le point S1 et le brûleur. Comme variante, il est relié au conduit de recirculation, entre l’orifice de sortie et le point S2.
Selon un exemple, l’installation de chauffage comprend une pluralité de zones de chauffage traversées successivement par le produit à chauffer.
L’invention concerne encore un procédé de mesure de l’humidité absolue à l’intérieur d’un circuit de circulation de gaz, notamment un circuit de circulation de gaz traversant un caisson d’une installation de chauffage, comprenant
- la déviation d’un flux de gaz test vers une chambre de mesure reliée par un conduit d’entrée au circuit de circulation de gaz,
- la mesure de l’humidité relative et de la température à l’intérieur de la chambre de mesure, à l’aide de capteurs,
- la détermination de l’humidité absolue à l’intérieur du circuit de circulation de gaz à partir des valeurs mesurées d’humidité relative et de température à l’intérieur de la chambre, et
- la régulation de la température à l’intérieur de la chambre de mesure.
- la déviation d’un flux de gaz test vers une chambre de mesure reliée par un conduit d’entrée au circuit de circulation de gaz,
- la mesure de l’humidité relative et de la température à l’intérieur de la chambre de mesure, à l’aide de capteurs,
- la détermination de l’humidité absolue à l’intérieur du circuit de circulation de gaz à partir des valeurs mesurées d’humidité relative et de température à l’intérieur de la chambre, et
- la régulation de la température à l’intérieur de la chambre de mesure.
Selon un exemple, la régulation de la température à l’intérieur de la chambre de mesure est réalisée par ajustement de la température du flux de gaz test avant son entrée dans la chambre de mesure.
La température du flux de gaz test peut être régulée de sorte que la température à l’intérieur de la chambre de mesure reste à une valeur ou dans une plage de valeurs prédéterminée. Comme alternative, la température du flux de gaz test peut être régulée de sorte que l’humidité relative à l’intérieur de la chambre de mesure reste à une valeur ou dans une plage de valeurs prédéterminée.
L’invention concerne enfin un procédé de contrôle d’une installation de chauffage munie d’au moins une zone de chauffage comprenant un caisson traversé par un circuit de circulation de gaz chaud et par au moins un produit à chauffer, le procédé de contrôle comprenant une mesure de l’humidité absolue dans une portion du circuit de circulation de gaz représentative de l’intérieur du caisson selon le procédé de mesure décrit précédemment.
Selon un exemple, ce procédé de contrôle comprend le contrôle de moyens d’alimentation du circuit de circulation de gaz en gaz frais en fonction de l’humidité absolue déterminée, de façon à maintenir l’humidité à l’intérieur du caisson dans une plage de valeur prédéterminée.
Plusieurs modes ou exemples de réalisation sont décrits dans le présent exposé. Toutefois, sauf précision contraire, les caractéristiques décrites en relation avec un mode ou un exemple de réalisation quelconque peuvent être appliquées à un autre mode ou exemple de réalisation.
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, de plusieurs modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d’un sécheur de type connu, utilisable pour le séchage de plaques de plâtre
- la figure 2 est une vue plus détaillée d’une des zones de chauffage du sécheur de la figure 1,
- la figure 3 illustre un premier exemple de réalisation d’un système de mesure d’humidité selon la présente invention,
- la figure 4 illustre un deuxième exemple de réalisation d’un système de mesure d’humidité selon la présente invention,
- la figure 5 illustre un premier exemple d’intégration d’un système de mesure d’humidité selon l’invention dans une zone de chauffage telle qu’illustrée sur la figure 2,
- la figure 6 illustre un deuxième exemple d’intégration d’un système de mesure d’humidité selon l’invention dans une zone de chauffage telle qu’illustrée sur la figure 2,
- la figure 7 illustre les relations psychométriques entre humidité absolue, humidité relative et température.
- la figure 1 est une vue schématique d’un sécheur de type connu, utilisable pour le séchage de plaques de plâtre
- la figure 2 est une vue plus détaillée d’une des zones de chauffage du sécheur de la figure 1,
- la figure 3 illustre un premier exemple de réalisation d’un système de mesure d’humidité selon la présente invention,
- la figure 4 illustre un deuxième exemple de réalisation d’un système de mesure d’humidité selon la présente invention,
- la figure 5 illustre un premier exemple d’intégration d’un système de mesure d’humidité selon l’invention dans une zone de chauffage telle qu’illustrée sur la figure 2,
- la figure 6 illustre un deuxième exemple d’intégration d’un système de mesure d’humidité selon l’invention dans une zone de chauffage telle qu’illustrée sur la figure 2,
- la figure 7 illustre les relations psychométriques entre humidité absolue, humidité relative et température.
La figure 3 illustre un système de mesure d’humidité absolue 10 selon l’invention.
Selon un exemple non limitatif, un tel système peut être intégré sur le circuit de circulation d’air 74 d’une zone 70b d’un sécheur 100 tel que décrit précédemment en lien avec les figures 1 et 2. L’ensemble des indications fournies en référence à ces figures reste donc valable pour la suite et ne sera pas répété. Dans une telle configuration, le système de mesure 10 est adapté pour mesurer l’humidité absolue à l’intérieur du caisson 72 traversé par les plaques de plâtre 60a,…, 60n. En fonction des résultats de mesure, l’humidité dans le caisson 72 peut ensuite être régulée, pour améliorer le processus de séchage des plaques, éviter la recalcination du gypse, et garantir in fine une bonne qualité de produit.
Le système de mesure 10 selon l’invention se présente comme un circuit parallèle de mesure adapté pour capter un flux d’air, dit flux d’air test, provenant du circuit de circulation d’air 74, transporter ce flux d’air jusqu’à une chambre de mesure régulée en température, mesurer, dans ladite chambre, l’humidité relative et la température pour pouvoir en déduire l’humidité absolue, puis, en fonction de la pression statique dans le caisson, éventuellement réinjecter le flux d’air test dans le circuit de circulation d’air 74. Si la pression statique à l’intérieur du caisson est inférieure à la pression atmosphérique, le flux d’air test est réinjecté dans le circuit de circulation d’air 74.
Comme illustré sur la figure 3, le système de mesure 10 comprend donc une chambre de mesure 20 séparée physiquement du circuit de circulation d’air 74, mais reliée à ce dernier par un conduit d’entrée 30. La chambre de mesure 20 est destinée à recevoir, pour mesure, le flux d’air test issu du circuit de circulation 74.
Une extrémité 30a du conduit d’entrée 30 débouche dans la chambre de mesure 20 et son autre extrémité 30b débouche en un point SA du circuit de circulation d’air 74. Dans l’exemple, la chambre de mesure 20 est par ailleurs reliée au circuit de circulation d’air 74 par un conduit de sortie 40, dont une extrémité 40a est reliée à la chambre de mesure 20 et une extrémité 40b débouche en un point SB du circuit de circulation d’air 74, en aval de SA.
Le conduit d’entrée 30 est muni d’une valve 38 pour ajustement du débit de flux d’air test issu du circuit de circulation 74. Par exemple, si le débit de flux d’air test est trop fort, le flux d’air test sera moins bien refroidi. Il pourra ainsi être nécessaire d’ajuster le débit.
Dans l’exemple, les moyens de déviation du flux d’air test issu du circuit de circulation 74 vers le conduit d’entrée 30 et la chambre de mesure 20 sont formés par un système passif fonctionnant selon le principe du tube de Pitot. Du fait de la vitesse de circulation de l’air dans le circuit de circulation 74, déterminée par le ou les ventilateurs de recirculation 84, l’air a une pression dynamique telle que la pression est positive devant un obstacle rencontré par l’air et négative derrière le même obstacle. Le système de mesure 10 est configuré de sorte que le conduit d’entrée 30 et le conduit de sortie 40, faisant saillie avec leurs extrémités respectivement 30b, 40b à l’intérieur du conduit 80, constituent un tel obstacle. La pression P1 au niveau de l’orifice débouchant 30b du conduit d’entrée 30 est par conséquent strictement supérieure à la pression P2 au niveau de l’orifice débouchant 40b du conduit de sortie 40. Cette différence de pression permet de dévier de l’air à l’intérieur du conduit d’entrée 30, jusque dans la chambre de mesure 20 puis de nouveau vers le circuit de recirculation 80 à travers le conduit de sortie 40.
De façon préférée, le conduit d’entrée 30 de la chambre de mesure 20 n’est pas relié directement à l’intérieur du caisson 72, mais à une portion du conduit de recirculation 80 représentative de l’intérieur du caisson 72, autrement dit une portion du circuit 80 où l’humidité absolue dépend de celle pouvant être mesurée à l’intérieur du caisson 72.
Les figures 5 et 6 illustrent deux exemples de réalisation :
Sur la figure 5, le conduit d’entrée 30 de la chambre de mesure 20 est relié au conduit de recirculation 80 (autrement dit, l’extrémité débouchante 30b est située en un point PA du circuit 80 situé) entre le point S1 et le brûleur 82.
Sur la figure 6, le conduit d’entrée 30 de la chambre de mesure 20 est relié au conduit de recirculation 80 (autrement dit, l’extrémité débouchante 30b est située à un point PA du circuit 80 situé) entre les orifices de sortie 78 et le point S2.
La chambre de mesure 20 va à présent être décrite plus en détail en lien avec la figure 3.
La chambre 20 abrite un capteur d’humidité relative 50 et un capteur de température 52, qui seront décrits plus en détail dans la suite.
Dans l’exemple, ces capteurs 50, 52 sont tous deux reliés à une unité de calcul 54 adaptée pour calculer une humidité absolue à partir des valeurs d’humidité relative et de température mesurées par les capteurs 50, 52.
De façon avantageuse, la chambre de mesure 20 présente un tronçon supérieur 22 dans lequel la paroi intérieure 20a de la chambre forme un cylindre à section circulaire d’axe X. Selon une disposition avantageuse illustrée sur la figure 3, le conduit d’entrée 30 débouche latéralement dans ce tronçon supérieur 22, tangentiellement à la paroi intérieure 20a de la chambre 20. De cette façon, le flux d’air entrant tourbillonne à l’intérieur de la chambre de mesure 20 et y est homogénéisé.
De façon avantageuse, la chambre de mesure 20 est prolongée, sous son tronçon supérieur 22, par un tronçon inférieur 24 de diamètre décroissant. Sur son tronçon inférieur 24, la chambre 20 forme un entonnoir, dont l’extrémité rétrécie est reliée au conduit de sortie 40.
Le capteur de température 52 est situé par exemple à la jonction entre le premier et le deuxième tronçon 22, 24 de la chambre de mesure 20.
Le capteur d’humidité relative 50 est, lui, disposé au-dessus de l’orifice 30a du conduit d’entrée 30 débouchant dans la chambre 20, de façon à être préservé des particules et de la condensation éventuelle provenant de ce conduit 30. Il est par exemple fixé sur la paroi supérieure 20b de la chambre 20, comme illustré sur la figure 3.
De façon avantageuse, pour limiter la quantité de particules pénétrant dans la chambre de mesure 20 et éviter les dépôts sur les capteurs d’humidité 50 et de température 52, le conduit d’entrée 30 peut être muni d’un filtre à particules 32.
Un capteur d’humidité relative 50 pouvant être utilisé dans le système de mesure selon l’invention est par exemple un hygromètre à variation d’impédance, notamment un hygromètre capacitif ou résistif. Un tel capteur est équipé d’un élément sensible dont on mesure les variations de propriété électrique (la capacité, dans le cas d’un hygromètre capacitif, la résistance dans le cas d’un hygromètre résistif) en fonction de l’humidité ambiante. Dans le cas d’un hygromètre capacitif, par exemple, l’élément sensible est un condensateur dont le diélectrique est constitué d’un polymère actif situé entre deux électrodes.
Les capteurs d’humidité relative, notamment ceux du type précité, ont pour particularité de ne fonctionner que dans des plages prédéterminées d’humidité relative. Hors de ces plages, les mesures ne sont pas fiables, voire le capteur peut être détérioré. Typiquement, certains hygromètres capacitifs ne délivrent des mesures fiables que pour une humidité relative comprise entre 20 et 80%.
L'humidité relative de l'air, qui s’exprime en pourcentage, correspond au rapport de la pression partielle de la vapeur d'eau contenue dans l'air sur la pression de vapeur saturante à la même température. Humidité relative, humidité absolue et température d’air sont liées par les lois psychométriques. Par exemple, un volume d’air avec une humidité absolue donnée a une humidité relative plus importante à une température T1 qu’à une température T2 supérieure à T1. L’humidité relative est donc directement liée à la température.
Le diagramme de la figure 7 donne l’humidité relative en fonction de l’humidité absolue et de la température, et distingue, parmi les valeurs d’humidité relative du diagramme, celles correspondant aux plages de fonctionnement du capteur (en blanc), celles correspondant à une humidité relative trop importante, induisant un risque de condensation (zone de valeurs délimitées par une zone hachurée), et celles correspondant à une humidité relative trop faible, empêchant le bon fonctionnement du capteur (zone de valeurs délimitées en gris).
Le système de mesure selon l’invention comprend des moyens de régulation adaptés pour réguler la température à l’intérieur de la chambre de mesure, de sorte que l’humidité relative à l’intérieur de ladite chambre (et donc à l’emplacement du capteur d’humidité) soit sensiblement constante, ou, à tout le moins, corresponde aux plages de fonctionnement du capteur (première plage précitée, en blanc sur le diagramme de la figure 7).
Ces moyens de régulation comprennent, dans l’exemple, une unité de régulation 56 reliée au capteur d’humidité relative 50. A partir de l’humidité relative mesurée par le capteur 50 et en tenant compte des lois psychométriques reliant l’humidité relative à la température, l’unité de régulation détermine dans quelle mesure la température à l’intérieur de la chambre de mesure doit être modifiée, le cas échéant.Pour réaliser la régulation, l’unité de régulation 56 est reliée à des moyens d’abaissement et/ou d’augmentation de la température du flux de gaz test, qu’elle contrôle.
Ces moyens comprennent ici un refroidisseur 34, par exemple un radiateur de refroidissement, disposé dans le conduit d’entrée 30, pour abaisser la température du flux de gaz test avant sa pénétration dans la chambre de mesure.
Un tel refroidissement est souvent nécessaire, en fonctionnement normal du sécheur. La température du gaz à l’intérieur du caisson 72 est en effet très élevée, généralement comprise entre 100°C et 350°C. Comme indiqué sur le diagramme de la figure 7, cette plage de température n’est globalement pas conforme aux plages de fonctionnement du capteur d’humidité relative 50. Il faut donc refroidir l’air avant qu’il ne pénètre dans la chambre de mesure 20.
Les refroidisseurs passifs (radiateurs de refroidissement) ne permettant pas de réguler le refroidissement, le conduit d’entrée 30 est également pourvu d’un chauffage 36, par exemple un chauffage électrique, qui lui peut varier en fonction de la puissance injectée et peut ainsi compenser une partie du refroidissement du radiateur passif.
Alternativement, les moyens de régulation pourraient aussi comprendre un système de climatisation du type pompe à chaleur, ou par cellule Peltier.
Outre la régulation à l’intérieur de la chambre de mesure 20 qui permet d’optimiser les mesures, il peut être nécessaire de réguler l’humidité absolue à l’intérieur du caisson 72 de sorte qu’elle reste dans une plage de valeur prédéterminée, ou qu’elle revienne dans cette plage, après une variation exceptionnelle (aussi appelée « trou »), par exemple :
- lors des démarrages et arrêts de ligne,
- lors d’un changement de produit, ou encore
- en cas d’accidents tels que le déchirement du papier recouvrant les plaques de plâtre (dans ce cas, les plaques défectueuses sont évacuées et l’humidité dans le sécheur baisse brusquement).
- lors des démarrages et arrêts de ligne,
- lors d’un changement de produit, ou encore
- en cas d’accidents tels que le déchirement du papier recouvrant les plaques de plâtre (dans ce cas, les plaques défectueuses sont évacuées et l’humidité dans le sécheur baisse brusquement).
Pour gérer ces situations, l’unité de calcul 54 est avantageusement reliée à une unité de contrôle 58 adaptée pour contrôler les moyens de régulation de débit 88 - par exemple sous forme d’un volet ou d’un ventilateur - du circuit de circulation de gaz en gaz frais 86, en fonction de l’humidité absolue déterminée par l’unité de calcul 54.
Par exemple, en cas de baisse brusque de l’humidité absolue dans le caisson 72 en raison d’un « trou », le volet ou ventilateur d’entrée d’air frais 88 est fermé jusqu’à stabilisation.
Si au contraire l’humidité absolue augmente, par exemple dans le cas d’un changement de produit, le volet ou ventilateur d’entrée d’air frais 88 est complètement ouvert jusqu’à stabilisation.
L’unité de régulation 56 du système de mesure 10 se coordonne avec l’unité de contrôle 54 pour reprendre la régulation de la chambre de mesure 20 dès stabilisation.
Pendant la période d’instabilité, la configuration de la chambre de mesure 20 permet de préserver le capteur d’humidité relative 50. Si l’air est trop humide et condense, l’eau n’atteint pas le capteur 50 qui est situé en partie supérieure de la chambre de mesure 20. L’eau est par ailleurs évacuée de la chambre de mesure 20 du fait de la forme d’entonnoir de son tronçon inférieur 24.
Dans l’exemple de la figure 3, l’unité de régulation 56 utilise comme valeur(s) cible(s) une valeur ou une plage de valeurs d’humidité relative à l’intérieur de la chambre de mesure 20 correspondant aux plages de fonctionnement du capteur d’humidité relative 50. Elle définit la variation de température à appliquer au flux de gaz test en fonction de la valeur d’humidité relative mesurée en utilisant une relation mathématique intégrant les lois psychométriques.
Comme variante, l’unité de régulation 56 peut utiliser comme valeur(s) cible(s) une valeur ou une plage de valeurs de température à l’intérieur de la chambre de mesure 20. En effet, s’il est possible d’approximer/ou si l’on connait la gamme d’humidité absolue à mesurer, il est possible d’en déduire les valeurs de température pour lesquelles l’humidité relative à l’intérieur de la chambre sera acceptable eu égard aux plages de fonctionnement du capteur.
Dans le cas d’espèce, la plage d’humidité absolue du sécheur 100 est comprise généralement entre 150 à 700 g d’eau par kg d’air sec. Cette plage de valeur comprend
- le fonctionnement normal du sécheur, où l’humidité est comprise entre 300 et 450 g d’eau par kg d’air sec
- les variations exceptionnelles d’humidité, aussi appelées « trous », intervenant par exemple lors des démarrages et arrêts de ligne, lors d’un changement de produit, ou encore en cas d’accidents tels que le déchirement du papier recouvrant les plaques de plâtre (dans ce cas, les plaques défectueuses sont évacuées et l’humidité dans le sécheur baisse brusquement)
- le fonctionnement normal du sécheur, où l’humidité est comprise entre 300 et 450 g d’eau par kg d’air sec
- les variations exceptionnelles d’humidité, aussi appelées « trous », intervenant par exemple lors des démarrages et arrêts de ligne, lors d’un changement de produit, ou encore en cas d’accidents tels que le déchirement du papier recouvrant les plaques de plâtre (dans ce cas, les plaques défectueuses sont évacuées et l’humidité dans le sécheur baisse brusquement)
A partir de ces valeurs, il est possible de déterminer une température ou une plage de température à l’intérieur de la chambre de mesure 20 pour laquelle/lesquelles, en lien avec les valeurs normales d’humidité de 300-450°C, l’humidité relative est conforme aux plages de fonctionnement du capteur.
Cette valeur de température cible est par exemple comprise entre 70 et 120°C, et en particulier entre 80 et 100°C.
L’unité de régulation 56 est reliée au capteur de température 52. Lorsque la valeur de température mesurée par le capteur 52 s’écarte de la ou des valeur(s) cible(s), elle agit sur le chauffage 36 et/ou sur le refroidisseur 34, pour modifier la température du flux d’air entrant et ramener la température à l’intérieur de la chambre de mesure 20 à la cible.
Claims (23)
- Système de mesure de l’humidité absolue dans un circuit de circulation de gaz, notamment un circuit de circulation de gaz traversant un caisson d’une installation de chauffage, ledit système comprenant
- une chambre de mesure adaptée pour être reliée par un conduit d’entrée au circuit de circulation de gaz, ladite chambre abritant au moins un capteur d’humidité relative et un capteur de température,
- des moyens de déviation d’un flux de gaz test depuis le circuit de circulation de gaz vers le conduit d’entrée et la chambre de mesure,
- des moyens de détermination de l’humidité absolue dans le circuit de circulation de gaz à partir de valeurs mesurées d’humidité relative et de température à l’intérieur de la chambre de mesure, et
- des moyens de régulation de la température à l’intérieur de la chambre de mesure. - Système de mesure selon la revendication 1, dans lequel les moyens de régulation de la température à l’intérieur de la chambre de mesure comprennent des moyens de régulation de la température du flux de gaz test dans le conduit d’entrée en fonction des valeurs mesurées d’humidité relative et/ou de température à l’intérieur de la chambre de mesure.
- Système de mesure selon les revendications 1 ou 2, dans lequel les moyens de régulation comprennent un refroidisseur disposé dans le conduit d’entrée.
- Système de mesure selon la revendication 3, dans lequel les moyens de régulation comprennent en outre un chauffage disposé dans le conduit d’entrée.
- Système de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la chambre de mesure présente une forme cylindrique, et le conduit d’entrée débouche latéralement dans la chambre de mesure, de préférence tangentiellement à la paroi intérieure de la chambre.
- Système de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens de mesure de l’humidité relative comprennent un capteur situé dans la chambre de mesure, au-dessus de l’orifice débouchant du conduit d’entrée.
- Système de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la partie inférieure de la chambre de mesure présente une forme d’entonnoir.
- Système de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le conduit d’entrée est muni d’un filtre à particules, notamment un filtre à poussière et/ou à particules de silice.
- Installation de chauffage munie d’au moins une zone de chauffage comprenant un caisson traversé par un circuit de circulation de gaz chaud et par au moins un produit à chauffer, la zone de chauffage comprenant un système de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 configuré pour mesurer l’humidité absolue dans une portion du circuit de circulation de gaz représentative de l’intérieur du caisson.
- Installation de chauffage selon la revendication 9, comprenant une unité de contrôle adaptée pour contrôler des moyens d’alimentation du circuit de circulation de gaz en gaz frais en fonction de l’humidité absolue déterminée.
- Installation selon la revendication 9 ou 10, dans laquelle le circuit de gaz chaud comprend au moins un orifice d’entrée de gaz chaud dans le caisson et au moins un orifice de sortie de gaz chaud hors du caisson, un conduit de recirculation reliant l’orifice de sortie à l’orifice d’entrée, un brûleur situé dans le conduit de recirculation, un conduit d’alimentation en gaz frais muni de moyens de régulation du débit, relié au conduit de recirculation en un point S1 en amont du brûleur et un conduit d’extraction de gaz relié au conduit de recirculation en un point S2.
- Installation selon la revendication 11, dans laquelle le conduit d’entrée de la chambre de mesure est relié au conduit de recirculation, entre le point S1 et le brûleur.
- Installation selon la revendication 11, dans laquelle le conduit d’entrée de la chambre de mesure est relié au conduit de recirculation, entre l’orifice de sortie et le point S2.
- Installation selon l’une quelconque des revendications 11 à 13, comprenant en outre une unité de contrôle adaptée pour actionner les moyens de régulation du débit du conduit d’alimentation en gaz frais en fonction des variations de l’humidité absolue à l’intérieur du caisson.
- Installation selon l’une des revendications 11 à 14 dans laquelle les moyens de déviation du flux d’air test issu du conduit de circulation vers le conduit d’entrée et la chambre de mesure sont formés par un système passif fonctionnant selon le principe du tube de Pitot.
- Installation selon l’une quelconque des revendications 9 à 15, comprenant une pluralité de zones de chauffages traversées successivement par le au moins un produit à chauffer.
- Installation selon l’une quelconque des revendications 9 à 16 caractérisée en ce que le caisson est traversé par un produit à chauffer ou sécher, tel que des plaques de plâtre, se déplaçant sur un convoyeur.
- Procédé de mesure de l’humidité absolue à l’intérieur d’un circuit de circulation de gaz, notamment un circuit de circulation de gaz traversant un caisson d’une installation de chauffage, comprenant
- la déviation d’un flux de gaz test vers une chambre de mesure reliée par un conduit d’entrée au circuit de circulation de gaz,
- la mesure de l’humidité relative et de la température à l’intérieur de la chambre de mesure, à l’aide de capteurs,
- la détermination de l’humidité absolue à l’intérieur du circuit de circulation de gaz à partir des valeurs mesurées d’humidité relative et de température à l’intérieur de la chambre, et
-la régulation de la température à l’intérieur de la chambre de mesure. - Procédé de mesure selon la revendication 18, dans lequel la régulation de la température à l’intérieur de la chambre de mesure est réalisée par ajustement de la température du flux de gaz test dans le conduit d’entrée.
- Procédé de mesure selon la revendication 19, dans lequel la température du flux de gaz test est régulée de sorte la température à l’intérieur de la chambre de mesure reste à une valeur ou dans une plage de valeurs prédéterminée.
- Procédé de mesure selon la revendication 20, dans lequel la température du flux de gaz test est régulée de sorte que l’humidité relative à l’intérieur de la chambre de mesure reste à une valeur ou dans une plage de valeurs prédéterminée.
- Procédé de contrôle d’une installation de chauffage munie d’au moins une zone de chauffage comprenant un caisson traversé par un circuit de circulation de gaz chaud et par au moins un produit à chauffer, le procédé de contrôle comprenant une mesure de l’humidité absolue dans une portion du circuit de circulation de gaz représentative de l’intérieur du caisson selon le procédé de mesure de l’une quelconque des revendications 17 à 21.
- Procédé de contrôle selon la revendication 22, comprenant le contrôle de moyens d’alimentation du circuit de circulation de gaz en gaz frais en fonction de l’humidité absolue déterminée.
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