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Dispositif de commande du ventilateur d'un système à plusieurs échangeurs de chaleur
La présente invention concerne un dispositif de commande pour un ventilateur d'échangeur de chaleur, et plus particulièrement pour commander la vitesse d'un ventilateur unique associé à un échangeur de chaleur comportant différents circuits pour le refroidissement de différents fluides et gaz,
La présente invention permet en particulier de réduire la puissance demandée au moteur d'un véhicule pour l'entraîne- ment d'un ventilateur de grande capacité destiné au refroidis- sernent de plusieurs échangeurs de chaleur à refroidissement
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.;.. .;";;'1binl.tif>O!.;j classiques de refroidissement 'J.(,.;;' '.. t..:;;.',1:' de ;.,. c ,r pour des moteurs à combustion :u'1>.:::'r.!. ...:..H:.".Y:: un ventilateur' entraîne directement par le !T.0t:',n' '-trI" '!t{1r,C'( prQPc t':')):1f:(.Ùlé à celle du moteur, ce q'j.j. -,:,<.. - [.±;J. u\d( déperdition d'énergie et un mauvais ;.en,"é.= en;. du de refroidissennt. Pour éviter ces 1 1:., >. . , à : . ' "'.. ,lo:".;,r:'t'1k"S d'automobiles utilisent i>p,1, <;1 ; <Ulf".:,)t; ces ;'Systèmes de refroidissement dans .1 "'[>. --: 1'.. y(;n<:.1.1ateur varie en fonction de la .;c:r.;UY/:; ..r ; cz.... . :: he.zz;e a- ou ;,haleur.
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transférée à ce dernier éohangeur de chaleur afin que le ventilateur fonctionne toujours à une vitesse suffisante pour satisfaire aux besoins de tous les échangeurs de chaleur.
A titre d'exemple, il peut être désirable que le ventilateur soit arrêté pour des températures inférieures 60 C pour l'air, à 70 C pour l'eau, à 82 C pour certaines huiles et à 105 C pour d'autres huiles, mais que le ventilateur tourne à pleine vitesse si la température de l'air s'élève au-dessus de 70 C, la température de l'eau au-dessus de 82 C, la tempé. rature d'une huile au-dessus de 105"C et la température d'une autre huile au-dessus de 148 C. Entre ces plages de températures la vitesse de ventilateur de refroidissement devrait, du point de vue idéal, être proportionnelle à la température du fluide de refroidissement étant dans les conditions les plus critiques.
La solution au problème ainsi posé est simple mécanique- ment si une seule température détermine la vitesse du ventilateur, Par contre, quand plusieurs températures doivent être contrôlées, la complication des liaisons mécaniques, la possibilité qu'une température influe sur une autre et la nécessité d'établir un nouvel étalonnage à chaque adjonction ou suppression d'un élément dont la température doit être utilisée, rendent la solution extrêmement complexe et à peu près impossible: à obtenir dans la pratique. rm
La présente invention concerne un système perfectionné dans lequel des diodes en semiconducteur sont utilisées pour la commutation dans un circuit de commande de la vitesse du
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ventilateur,l'élément à la température la plus voisine de sa valeur critique assurant la commande.
L'utilisation d'une diode dans chaque circuit détecteur de température permet l'adjonction ou la suppression de n'importe quel nombre d'éléments thermiques dans le système sans influer sur la corrélation entre la vitesse du ventilateur et la température des autres éléments du système.
La présente invention a par suite pour but de réaliser un dispositif pour la commande de la vitesse du ventilateur pour plusieurs échangeurs de chaleur, dans lequel la température de chacun des fluides contr81és peut déterminer la vitesse du ventilateur, et plus particulièrement dans lequel la température du fluide la plus voisine de sa plage critique détermine cette vitesse.
Suivant d'autres caractéristiques de l'invention) la vitesse du ventilateur est réglée par une température à n'importe quel point entre la vitesse nulle et la vitesse nominale maximale pour réduire au minimum la puissance demander: au moteur du véhicule, la température d'un seul élément étant utilisée à un moment donné indépendamment du nombre de tempéra- tures contrôlées, le transfert de la commande à l'élément correspondant à la température la plus élevée à contrôler étant instantané et automatique.
De même, le nombre de détec- teurs de température utilisés peut être quelconque sans influer sur la commande de la vitesse du ventilateur par chaque
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détecteur la plage des températures pouvant être différente pour chaque détecteur et la vitesse du ventilateur être proportionnelle à la température dans chaque place. En outre, un système, selon l'invention fonctionne avec un minimum d'éléments mobiles,
Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnée titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel
La figure 1 représente schématiquement un système à plusieurs échangeurs de chaleur avec un ventilateur commandé conformément à l'invention.
La figure 2 est le schéma du circuit électrique d'un dispositif selon l'invention, et
La figure 3 est le schéma du circuit électrique d'un dispositif selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention.
La figure 1 représente un premier échangeur de chaleur 12 avec une entrée 13 et une sortie 14, un second échangeur de chaleur 16 avec une entrée 17 et une sortie 18 et un troisième échangeur de chaleur 19 avec une entrée 21 et une sortie 22, La température du fluide sortant de l'é- changeur 12 est contrôlée par un détecteur 23, celle de l'échangeur 16 par un détecteur 24, et celle de l'échangeur 19 par un détecteur 26, Un circuit électronique de commande 27 est connecté électriquement aux détecteurs 23, 24 et 26, et
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il commande une électro-vanne hydraulique 28 montée dans un conduit pour fluide 29, en fonction des informations reçues des détecteurs.
Le conduit 29 communique avee un embrayage 31 commandé par le fluide et situé mécaniquement entre le venti- lateur de refroidissement 32 et le système d'entraînement 33.
Le système d'entraînement 33 est entratné par un arbre 34 couplé d'une façon appropriée au moteur du véhicule, non représenté. La commande de l'embrayage 31 permet de faire fonctionner le ventilateur 32 à n'importe quelle vitesse dans les limites admissibles. Le circuit électronique 27 fait varier la vitesse du ventilateur 32 par la commande de 1'électro-vanne 28.
Dans le circuit de la figure 2, les détecteurs 23, 24 et 26 sont de préférence des thermistors dont la résistance varie en fonction inverse de la température, Chaque thermistor 23, 24 et 26 est connecté électriquement en série avec une résistance correspondante de vàeur fixe 36, 37 ou 38 . Les trois ensembles série de thermistors et de résistances sont connectés en parallèle aux bornes de la batterie 39 du véhicule et un circuit série comprenant une résistance fixe 41, un potentiomètre 42 avec un curseur 43 et une résistance fixe 44,est connecté aussi aux bornes de la batterie.
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L'anode d'une diode 46 est connectée au point commun du thermistor 23 et de la résistance 36, l'anode d'une diode 47 est connectée au point commun du thermistor 24 et de la résistance 37, et ltanode d'une diode 48 est connectée au point commun entre le thermistor 26 et la résistance 38. Les cathodes des diodes 46, 47 et 48 sont connectées à un conducteur commun 51 qui est connecté à la résistance fixe 52 dont l'autre extrémité est connectée à la bande négative de la batterie 39, le condcteur 51 étant aussi connecté par un conducteur 53 à un servo-amplificateur 54. Le curseur 43 du potentiomètre 42 est connecté par un conducteur 56 à une autre entrée du servo- amplificateur 54.
Le servo-amplificateur 54 commando le géné- rateur de couple 58 en réponse à une différence de potentiel entre les conducteurs 53 et 56 de la façon expliquée plus en détail ci-après. Le générateur de couple 59 commande la vanne de commande 28 qui règle, non seulement le débit do fluide, mais également la position du curseur 43 du potentio- mètre 42 par l'intermédiaire d'un couplage mécanique représenté schématiquement en 59. Le fonctionnement du circuit de la figure 2 sera mieux compris en considérant un exemple concret.
On admet une batterie de 24 volts, des résistances 36, 37 C@ 38 de 500 ohms chacune et des thermistors 23,24 et 26 de 500 ohms à la limite inférieure de leurs plages respectives de températures. En partant de ces valeurs, et en supposant que les trois thermistors sont aux limites inférieures de leurs
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plages, la tension des points communs entre les thermistors et les résistances, et par suite des anodes des diodes 46, 47 et 48 est de 12 volts. En supposant une chute de tension maximale de 0,6 volt à travers les diodes, la tension est alors de 11,4 volts sur le conducteur 51.
La valeur de la résistance 44 est choisie de façon que quand le curseur 43 est à la limite inférieure de sa course, c'est-à-dire au point commun entre le potentiomètre 42 et la résistance 44, la tension soit de 11,4 volts sur le conducteur 56. Par suite, ; quand tous les thermistors sont à leur limite inférieure de température et quand le curseur 43 est à la limite inférieure de sa course, il n'existe aucune différence de potentiel entre les conducteurs 53 et 56, et la vanne de commande est réglée pour ne provoquer aucune action du ventilateur, c'est- à-dire pour une vitesse nulle de celui-ci. Cette condition est assurée par une corrélation mécanique entre la vanne 28 et le curseur 43 telle que le curseur ne soit à sa limite infé- rieure que quand la soupape 28 est fermée.
Si la température du thermistor 23 s'élève de 5,5 C , sa résistance tombe de 500 ohms à 400 ohms, et la tension du point commun du thermistor 23 et de la résistance 36 s'élève à 13,3 volts. A ce moment, la tension sur la diode 46 est supérieure de 1,3 volt à celle de n'importe quel autre point commun entre un thermistor et une résistanoe, et par suite un courant traverse la dinde vers le conducteur 51 dont la tension est élevée à 12,7 (13,3 volts moins 0, 6 volt de chute de tension à travers la diode).
Cette élévation de
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'la. tension du conducteur 51 se traduit par la polarisation. dans le sens inverse des diodes 47 et 48, ce qui déconnecte pratiquement les thermistors 24 et 26 du conducteur 51. De ce fait, du point de vue pratique, le thermistor 23 est le seul qui reste en circuit, et il oommande seul le fonction- nement de la soupape de commande et par suite du ventilateur
32.
L'augmentation de la tension du conducteur 51 entraîne l'augmentation de la tension du conducteur 53 et par suite une différence de potentiel à l'entrée du servo- amplificateur 54, ce qui provoque le fonctionnement du généra- teur de couple 58 et de la vanne de commande 28. Comme la différence de potentiel à l'entrée du servo-amplificateur 54 résulte d'une élévation de la température, la tension du conducteur 53 est supérieure à celle du conducteur 5 6 et le générateur de couple fonctionne dans le sens voulu pour augmenter le débit à travers le conduit 29 et augmenter le serrage de l'embrayage à friction et par suite la vitesse du ventilateur, Quand la .panne de commande 28 est actionnée peur augmenter le débit, le .curseur 53 est entraîné vers l'extrémité supérieure de sa course, ce qui augmente la tension sur le conducteur 56.
Quand la tension du conduc- teur 56 devient égale à celle du conducteur 51, la différence de potentiel devient nulle à l'entrée du servo-amplificateur
54, et le système se trouve dans un état stable.
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Si à ce moment la température du fluide contrôlé par le thermistor 24 s'élève de 11¯C, la résistance du thermistor 24 tombe à 320 ohms, de sorte que la tension du point commun entre le thermistor 24 et la résistance 37 s'élève à 14,4 volts. Les diodes 46 et 48 sont alors polarisées dans le sens inverse, et la commande du ventilateur est transférée au thermistor 24 seul, parce que ce thermistor est celui qui se trouve à la valeur la plus élevée dans sa plage de températures. De plus, le circuit en pont est à nouveau déséquilibré et il commande l'augmentation du débit dans le conduit 29 pour augmenter la vitesse du ventilateur 32 et en même temps pour régler le curseur 43 afin de rétablir une différence de potentiel nulle à l'entrée du servo-amplificateur 54.
Si la température du fluide contr8lé par le thermistor 26 s'élève brusquement de 25 C, jusqu'à la limite supérieure de sa plage de températures, la résistance du thermistor 26 tombe à 200 ohms, de sorte que la tension du point commun du thermistor 26 et de la résistance 38 @ s'élève à 17,6 volts. Comme ce thermistor est celui se trou.. vant au point le plus élevé de sa plage de fonctionnement, les autres thermistors sont mis hors circuit en raison de la polarisation inverse des diodes oorrespondantes, et le ventilateur est uniquement commandé par le thermistor 26.
Si la résistance 41 est choisie pour établir une tension de
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Pour contrôler la. température d'un fluide supplémentaire ajouté au système échangeur de chaleur 11 a@in de commander le ventilateur 32, il suffit d'ajouter un thermistor 61, une résistance 62 et une diode 63. Le rcuit n'est modifie que par le fait que le thermistor 61 prend la commande du fonctionnement du ventilateur quand le fluide qu'il contrôle est à une température plus voisine de sa température critique que n'importe lequel des autres fluides contrôlés. De même, il est possible de supprimer un ou plue leurs fluides, au moins du point de vue de la commande du ventilateur', en déconnectant le thermistor correspondant. Cela ne modifie pas l'action des autres thermistors qui continuent à agir de la façon décrite ci- dessus.
La figure 3 représente un autre mode de réalisation de circuit selon l'invention, qui a l'avantage de fonctionner sans le générateur de couple 58 ni le circuit série des ré@istances 41 et 44 et du potentiomètre 42. L'amplificateur ')4' commande l'électro-vanne hydraulique 66 par excitation de sa bobine 67 à travers le conducteur, 66.
L'autre en rémité de la bobine 67 est connectée à la masse à vers une diode Zener 68 qui est choisie pour ét@olir une* tension égale à celle du conducteur 53' quand tou @es sont à la limite inférieure de leurs plages de
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.J'l"A.it;\1!11rIi:!f$ (avare les waJ1.eviS 'jhon.""Aé1S w9 '0t"'t'tti> 'te#l@1i). est de t3 oitsj).
En @bo:!L:3:Jlss3.Jt.l't 1!lf,e 1b1;I1b:i!J.r.e '5? ' %M9.t une plage de !"onctl@11'!mi'eent de 5 ?volts aWa'"n la '!iiffeTa!!'!H?a de tension entre la lini'te i.r<êJri<e\U1.tt'Ii: .et la limite sup5râeure de la p3.&ige de ironcticnnenent à'un thermiotor tonné). les résultats obtenue z,>em Le 'air c'ait :dI la flou--a 2 sont aussi obtenus avec le circuit de la ï'.S.)CMs"8 3 Bans utiliser le générateur àie souple ni le c:1reiUil't àe e3)ls.'e à zéto. Pour le reste, le eitcuit i'n±tionne de la. /!f,êroo façon que dans le cas de la figura 3.
Bien entendu la deseription -qui précède n'est pas limitative et 'invention peut -être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre.