FR2595806A1 - Procede et dispositif pour la detection de givre sur un echangeur de chaleur - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE DETECTION DE GIVRE SUR UN ECHANGEUR DE CHALEUR. LE DISPOSITIF COMPREND UNE SOURCE ELECTRIQUE 12 ALIMENTANT EN COURANT LE MOTEUR 11 D'UN VENTILATEUR 10 POUR LA MISE EN CIRCULATION FORCEE DU GAZ QUI CIRCULE SUR LEDIT ECHANGEUR, UN CAPTEUR DE COURANT 13 DESTINE A MESURER LE COURANT APPELE PAR LE MOTEUR, EVENTUELLEMENT UN AMPLIFICATEUR 14 POUR AMPLIFIER LEDIT SIGNAL DE MESURE, UN DISPOSITIF STABILISE ET REGLABLE 16 FOURNISSANT UNE PREMIERE VALEUR DE CONSIGNE, UN COMPARATEUR 15 DANS LEQUEL LE SIGNAL EVENTUELLEMENT AMPLIFIE EST COMPARE A LADITE PREMIERE VALEUR DE CONSIGNE ET QUI FOURNIT DONC A SA SORTIE UN SIGNAL REPRESENTANT L'ECART ENTRE CES DEUX VALEURS, ET UN DISPOSITIF DE DECLENCHEMENT DU CYCLE DE DEGIVRAGE QUI ENTRE EN FONCTION DES QUE LE SIGNAL DE SORTIE DU COMPARATEUR DEVIENT POSITIF.

Description

Procedé et disnositif Dour la détection de givre sur un échangeur de chaleur.

On sait que du givre se forme sur un échangeur de chaleur (tel qu'un évaporateur d'une pompe à chaleur ou une batterie froide d'un ensemble frigorifique), lorsque les ailettes de celui-ci sont portées à une température négative et que, de plus, cette température est inférieure au point de rosée de la vapeur d'eau contenue dans le gaz passant sur cet échangeur.

La masse de givre se déposant sur les ailettes dudit échangeur est proportionnelle à la quantité de gaz qui a circulé et à l'écart existant entre le poids d'eau contenu dans le gaz, en amontde l'échangeur, et le poids d'eau à saturation du gaz porté à la température des ailettes de l'échangeur. Le dépôt de givre n'est donc pas constant, car à débit donné et pour un écart de température donné entre le gaz et les ailettes, le poids d'eau pouvant se déposer diminue lorsque la température du gaz baisse.

Ainsi, par exemple, le dépôt de givre, lors que la température du gaz entrant dans ltéchangeur est de l'ordre de + 2 à + 30C, est supérieur au dépit de givre lorsque ce gaz est à - lO0C, pour une même valeur d'humidité relative de ce gaz.

Le dép8t de givre sur les ailettes a comme inconvénients d'une part, de diminuer le coefficient d'échange thermique de l'échangeur, et d'autre part, de constituer une obstruction au passage du gaz.

Plusieurs moyens ont été mis en oeuvre par le passé pour le supprimer, parmi lesquels les plus largement utilisés sont l'inversion périodique du cycle et l'injection périodique de gaz chauds. Mais en général, ces moyens sont commandés par des horloges qui déclenchent les cycles de dégivrage à des intervalles de temps réguliers, de sorte qu'il peut arriver que le cycle de dégivrage se produise à un moment où il n'y a pas de givre.

Une première amélioration a été apportée à ces moyens en n'autorisant le fonctionnement de l'horloge que lorsqu' il y a risque de givrage. Ce risque peut être apprécié par exemple en mesurant la température du fluide froid circulant dans les tubes de la batterie. Toutefois, ce moyen ne tient pas compte du dépôt effectif de givre et, dans certaines conditions. il peut y avoir des dégivrages intempestifs.

On connais encore un autre procédé de détection qui consiste à mesurer en permanence la perte de charge du gaz traversant l'espace entre les ailettes de la batterie.

En effet, puisque le givre obstrue cet espace, la perte de charge croft au fur et à mesure du dépôt. La mesure de la perte de charge donne donc une indication assez fidèle de l'état de givrage de la batterie. Mais il a été observé des déclenchements anormaux du cycle de dégivrage, dus notamment à des variations brutales de pression,telles que des sautes de vent, qui modifient de façon instantanée et ponctuelle la valeur de la perte de charge.

Un autre procédé de détection connu consiste à mesurer l'écart entre la température du fluide et la température du gaz. Mais cet écart mesuré dans une situation normale et celui mesuré dans une situation anormale sont tellement proches que cela peut conduire ici aussi à des déclenchements parasites.

Enfin, selon un autre procédé de détection connu, on mesure l'épaisseur de la couche de givre par absorption dans l'infra-rouge. En effet, le givre a un spectre d'absorption dans l'infra-rouge qui le différencie de la simple condensation. Mais cette mesure est ponctuelle, alors que la formation de givre n'est pas uniforme, mais dépend de facteurs qui ne sont pas toujours mattrisé; tels que le sens du vent, le réglagedeltorgane d'alimentation en fluide de la batterie, etc... De plus, ce procédé de détection est relativement motteux.

La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des procédés connus, et part de la constatation faite par la Demanderesse selon laquelle, puisque la présence de givre sur les ailettes de la batterie accroît la perte de pression du gaz passant sur ces ailettes, l'effort à fournir pour faire circuler le gaz à travers celles-ci augmente, ce qui oblige le moteur du ventilateur à fournir un effort supplémentaire, donc à consommer plus de courant.

L'invention concerne donc un procédé de détection de givre sur un échangeur de chaleur destiné à prélever de la chaleur d'un gaz qui circule sur cet échangeur en régime forcé au moyen d'un ventilateur, caractérisé en ce qu'il consiste à fixer une valeur de consigne pour le courant réel appelé par le moteur du ventilateur de circulation du gaz, à comparer le courant réel appelé en cours de fonctionnement avec ladite valeur de consigne, et, dès que le courant appelé devient supérieur à cette dernière, à commander, par le signal qui en résultez le déclenchement d'un cycle de dégivrage.

Ainsi, le cycle de dégivrage (par exemple, une inversion du cycle de production de froid, ou une injection de gaz chaud) est déclenché lorsque la valeur instantanée du courant devient supérieure à la valeur de consigne.

Selon une variante de l'invention, pour éviter des déclenchements intempestifs pouvant se produire dans le cas où le courant appelé par ledit moteur déviendrait momentanément et par accident supérieur à la valeur de consigne, par exemple lors du démarrage de la ventilation qui, comme on le sait, provoque des surintensités, ou encore lors de sautes de vent qui ont toujours pour effet de perturber l'écoulement de l'air, le procédé selon l'invention consiste alors à intégrer dans le temps l'écart mesuré entre la valeur instantanée du courant et la valeur du courant de base appelé par le moteur en l'absence de givre, puis à comparer la valeur résultant de l'intégration a une seconde valeur de consigne, et à commander le cycle de dégivrage par le signal résultant de cette com- parais on.

L'invention concerne également un dispositif de détection de givre et de commande du cycle de givrage pour la mise en oeuvre du procédé susmentionné, et qui se caractérise en ce qu'il comprend une source électrique alimentant en courant le moteur du ventilateur de circulation du gaz circulant sur un échangeur de chaleur, un capteur de courant destiné à mesurer le courant appelé par le moteur, éventuellement un amplificateur pour amplifier le signal fourni par ce capteur, un dispositif pour la fourniture d'une première valeur de consigne stable, un comparateur dans lequel la valeur éventuellement amplifiée est comparée à ladite première valeur de consigne et qui fournit donc à sa sortie un signal représentant l'écart entre ces deux valeurs, et un dispositif destiné à déclencher le cycle de dégivrage.

L'invention concerne enfin une variante de ce dispositif de détection de givre et de commande du cycle de dégivrage pour la mise en oeuvre du procédé susmentionné, et qui se caractérise en ce qu'il comprend en outre un intégrateur différentiel disposé entre 1'amplificateur et le comparateur, et destiné à intégrer dans le temps 'écart entre le signal de mesure issu du capteur éventuellement amplifié et la première valeur de consigne fournie par le dispositif stabilisé, et à délivrer cet écart intégré à une entrée du comparateur, alors qu'à 1 'autre entrée de ce comparateur est appliquée une seconde valeur de consigne.

L'invention sera décrite à présent plus en détail, en regard des figures annexées qui sont données ici à titre non limitatif et qui représentent les deux variantes du schéma électrique du dispositif de détection de givre, selon la présente invention.

Le dispositif représenté sur la figure 1 est destiné à détecter un dépôt de givre se formant sur un échangeur de chaleur, tel que les évaporateurs d'une pompe à chaleur ou sur les batteries froides d'un ensemble frigorifique, non représenté ici. Un ventilateur 10 entrainé par un moteur 11 est prévu pour faire circuler un gaz à travers les ailettes de l'échangeur de chaleur. Ce moteur est alimenté par une alimentation électrique 12. Le courant électrique appelé par le moteur est mesuré en permanence par un capteur de courant 13 qui peut être constitué par exemple par un shunt branché en série avec le moteur.Le signal issu de ce capteur peut être éventuellement amplifié par un amplificateur 14 dont la sortie est reliée à une entrée d'un comparateur 15 dont l'autre entrée reçoit une première valeur de consigne fournie par un dispositif stabilisé et réglable 16 (réglée par exemple par un potentiomètre).

Ladite valeur de consigne est égale à la tension aux bornes du moteur lorsque le dépôt de givre atteint le seuil pour lequel on souhaite déclencher le dégivrage.

Le signal recueilli à la sortie du comparateur 15, et qui est égal à la différence entre le signal de mesure et la valeur de consigne, est appliqué à un dispositif d'actionnement 17 destiné à déclencher le cycle de dégivrage, lorsque ce signal deviendra positif. Le dispositif d'actionnement peut être constitué par exemple par un relais qui déclenche le cycle de dégivrage (arr8t du ventilateur, alimention d'une électro-vanne d'inversion de cycle ou d'injection de gaz chaud, ... > . La durée de dégivrage peut être fixée par exemple par un temporisateur 18.

La figure 2 représente un dispositif selon une variante de l'invention, dans lequel un intégrateur différentiel 20 est rajouté entre l'amplificateur 14 et le comparateur 15. Dans cette figure, les éléments identiques à ceux de la figure précédente portent la mamie référence.

Cet intégrateur différentiel 20 calcule l'écart entre une première valeur de consigne (dite consigne de courant admissible) et la valeur éventuellement amplifiée venant de l'amplificateur 14, et l'intègre dans le temps. I1 est clair que grâce à cette intégration, les fluctuations momentanées du courant appelé par le moteur 11 ne sont pas prises en considération.

Le signal sortant de l'intérgateur 20 est appliqué à une entrée du comparateur 15 dont l'autre entrée reçoit une seconde valeur de consigne réglable (dite consigne de dégivrage), d'une façon analogue à ce qui est dit pour la figure 1, bien que cette valeur ne représente pas ici un courant maximal acceptable, mais une mesure de la surcon damnation énergétique du ventilateur.

Le signal recueilli à la sortie ducomparateur 15 déclenche le cycle de dégivrage, lorsqu'il devient positif.

Enfin, au déclenchement du dégivrage, l'intégrateur 20 est remis a zéro pour un nouveau cycle.

Le procédé et le dispositif selon l'invention dans ses deux variantes permettent ainsi de déterminer d'une façon globale la présence ou non de givre et donc de n'effectuer des dégivrages qu'à bon escient. Des essais réalisés sur un évaporateur de pompe à chaleur ont mis en évidence une variation du simple au double du temps de fonctionnement entre deux dégivrages, selon les conditions climatiques.

On comprend que ce même procédé peut servir également de détecteur d'encrassement par déclenchement d'une alarme lorsqu'après un dégivrage, on ne retrouve pas l'intensité de base appelée par le ventilateur.

Il va de soi que de nombreux perfectionnements peuvent être apportés aw:modesde réalisation qui viennent d'être décrits. Par exemple, on pourrait, avec des circuits électroniques plus évolués, avoir un réglage automatique périodique des valeurs de consigne pour tenir compte des effets du vieillissement du moteur et de l'encrassement de la batterie. De même, un dispositif de compensation en température 26 peut être prévu pour corriger la dérive des valeurs de consigne sous l'effet de la température. Le circuit électronique peut également comporter soit une horloge fixant la durée du dégivrage, soit une mesure de température donnant le signal de fin du dégivrage.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1.- Procédé de détection de givre sur un échangeur de chaleur destiné à prélever de la chaleur d'un gaz qui circule sur cet échangeur en circulation forcée au moyen d'un ventilateur et de déclenchement d'un cycle de dégivrage, caractérisé en ce qu'il consite à fixer une première valeur de consigne pour le courant réel appelé par le moteur du ventilateur de circulation dudit gaz, à comparer le courant réel appelé en cours de fonctionnement avec ladite première valeur de consigne, et, dès que le courant réel appelé devient supérieur à cette dernière, à commander, par le signal qui en résulte, le déclenchement du cycle de dégivrage.

2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à intégrer dans le temps l'écart mesuré entre la valeur instantanée du courant réel appelé et la première valeur de consigne et à commander le déclenchement du cycle de dégivrage, lorsque la valeur intégrée devient supérieure à une seconde valeur de consigne.

3.- Dispositif de détection de givre sur un échangeur de chaleur et de déclenchement du cycle de dégivrage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une source électrique (12) alimentant en courant le moteur (11) d'un ventilateur (10) pour la mise en circulation forcée du gaz qui circule sur ledit échangeur, un capteur de courant (13) destiné à mesurer le courant appelé par le moteur, éventuellement un amplificateur (14) pour amplifie ledit signal de mesure, un dispositif stabilisé et réglable (16) fournissant une première valeur de consigne, un comparateur (15) dans lequel le signal éventuellement amplifié est comparé à ladite première valeur de consigne et qui fournit donc à sa sortie un signal représentant l'écart entre ces deux valeurs, et un dispositif de déclenchement du cycle de dégivrage qui entre en fonction dès que le signal de sortie du comparateur devient positif.

4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un intégrateur différentiel (20) disposé entre l'amplificateur (14) et le comparateur (15), et destiné à intégrer dans le temps l'écart entre le signal de mesure issu du capteur (13) éventuellement amplifié, et la première valeur de consigne fournie par le dispositif stabilisé (16), et à délivrer cet écart intégré à une entrée du comparateur (15), alors qu'à l'autre entrée de ce comparateur est appliquée une seconde valeur de consigne.

5.- Dispositif de détection selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif de déclenchement du cycle de dégivrage est constitué par un relais électromagnétique (17).

6.- Dispositif de détection selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour corriger automatiquement les variations de la (ou des) valeur(s) de consigne fournie(s) par le dispositif stabilisé (16) sous l'effet de l'encrassement des batteries, du vieillissement du moteur ou de la température.

7.- Dispositif de détection selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une horloge fixant la durée du cycle de dégivrage.