Brevet FR2521731A1 — publié le 19830819

Capteur pour contrôler les dépôts de g ivre ou de glace sur des surfaces, particulièrement sur des surfaces d'évaporateurs de machines frigorifiques, de pompes à chaleur ou similaires. La présente invention concerne un capteur pour contrôler les dépôts de givre ou de glace sur des surfaces, notamment des surfaces d'évaporateurs de mina- chines frigorifiques, de pompes à chaleur ou siiilaires, sous la forme d'un bottier en forme de capsule pouvant être amené en contact de transfert thermique avec un évaporateur, et comprenant une membrane sur laquelle est placé un transducteur électro-acoustique, comme un êlé- ment piezo-électrique ou similaire, pouvant être mis en oscillation par 1 ' application d'une tension alternative. Dans un capteur de ce genre connu par le brevet RFA NO 27 50 165, la membrane portant le transduc- teur éleetro-acoustique est en liaison de transfert ther- mique, au moyen d'un soufflet élastique, avec une plaque de base qui, de son cbté, peut être fixée en contact de transfert thermique sur une surface d'évaporateur Dès que du givre s'accumule sur la membrane, il produit un effet d'amortissement qui est d'autant plus marqué que la couche de givre est plus épaisse En raison de latamor- tissement de la membrane qui augmente de cette manière, l'impédance du transducteur électro-acoustique acouplé avec la membrane et connecté dans un circuit oscillateur augmente également Quand le dépôt de givre sur la memo- brane s'épaissit, le fonctionnement de l'oscillateur s'in- terrompt pour une épaisseur de la couche de givre déter- minée par le dimensionnement du circuit et une opération de dégivrage est déclenchée par un circuit détecteur cor- respondant. Mais en raison de sa réalisation particulière, ce capteur connu n'est en mesure que de détecter des va- riations relativement grossières du dépôt de givre, ini- tialement très amorphe Il ne peut donc déclencher le dé- givrage que lorsque la couche de givre est déjà relativement épaisse et commence à se transformer en une couche massive de glace Mais en raison du fait que le transfert thermique de l'évaporateur est considérablement réduit dans ces conditions, la consommation d'énergie de la machine frigorifique augmente considérablement En outre, le circuit spécial du transducteur électrique ne permet qu'une décision entre les états "non givré " et "déjà fortement givré " de sorte que ce capteur connu n'est pas en mesure de contrôler de façon analogique et avec une précision suffisante l'apparition et la crois- sance de la couche de givre. L'invention a donc pour objet de réaliser un capteur du type décri-c en préambule, suffisamment sen- sible pour qu'il soit en mesure de détecter de façon stre et avec une plus grande précision, même un léger dépôt de givre, et/ou aussi une faible variation du dépôt de givre ou de glace. Selon l'invention, ce résultat est obtenu par le fait que, sur son côté oppos;é à la membrane, le bol- tier est également muni d'une seconde membrane faisant face à la première à une courte distance, prévue avec un transducteur électro-acoustlque et mise en oscillation par transmission d B son excitation. Grace à la réalisatl N du capteur selon l'in- vention, l'énergie ondulatoirc provenant d'une membrane fonctionnant en émetteur est transmise par conduction par la matière ou par l'air à l'autre membrane fonction- nant en récepteur, qui est ainsi excit& pour osciller. La tension alternative produite de cette manière par le transducteur électro-acoustique monté sur la membrane fonctionnant en récepteur est évaluée comme un signal de réglage de dégivrage. Etant donné qu'avec le capteur selon l'inven- tion, du givre se dépose sur les deux membranes, l'effet d'amortissement qui en résulte est doublé de sorte que ce capteur est à même de détecter avec une grande sensi- bilité, même les plus faibles dépôts de givre et/ou les plus petites variations de ces dép 8 ts Il peut donc commander le dégivrage de façon optimale ou actionner un dispositif d'alarme avec une plus grande sécurité et une plus grande précision Un résultat particulière- meent favorable est obtenu lorsques selon une disposi- tion préférée de l'invention, il est prévu que la se- conde membrane est disposée dans le bottier au moins à peu près parallèlement à la première. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, il est prévu que le tranaducteur électro- acoustique est constitué par un oscillateur piezo-cêra- mique qui recouvre la région moyenne de la membrane Jus- qu'au voisinage de la zone marginale et dont la fréquen- ce propre lui correspond largement. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se ré- férant au dessin annexé sur lequel: La Figure 1 représente un capteur constitué par un bottier annulaire avec deux membranes fixées sur ses extrémités vu dans la direction axiale du bottier; la Figure 2 est une coupe axiale du capteur de la Figure 1, la Figure 3 représente un premier mode de réa- lisation d'un capteur introduitdans une ouverture d'une plaque d'évaporateur et montre une partie de cette der- nière plaque, et la Figure 4 représente un autre mode de réali- sation d'un capteurfixé sur une plaque d'évaporateur au moyen d'un support spécial, Le capteur 10 représenté sur les figures 1 à 49 destiné à contrôler les dép 8 ts de givre et/ou de glace sur une surface, est constitué par un bottier 11 en capsule, sous la forme d'un cylindre creux de section transversale circulaire Le bottier 11, fabriqué en une matière bonne conductrice de la chaleur, comme par exem- ple en aluminium, en cuivre ou similaire, est fermé à chacune de ses faces d'extrémité axiales avec une mem- brane circulaire 12 dont le bord, dans le présent mode de réalisation, est introduit dans un dégagement épau- lé 13, à la face d'extrémité axiale du bottier 11 et y est fixé par exemple par collage ou similaire, Un transducteur électro-acoustique 14 est fixé sur la face intérieure de la membrane 12, réalisée de préférence entre une matière métallique susceptible d'osciller avec une bonne conductibilité électrique et thermique Ce transducteur consiste en un disque mince et circulaire de céramique piezo-électrique qui couvre la région médiane de la membrane 11 Jusqu'au voisinage de la zone marginale Le traneducteur électro-acoustique 14 est fixé sur la membrane 12, par exemple par de la colle Les faces du convertisseur électro-acoustique 14 qui servent habituellement d'électrodes de raccordement sont connectées à des conducteurs 15 et 16, dont celui désigné par 16 est directement appliqué sur la surface d'électrode du transducteur électro-acoustique, tandis que celui désigné par 15 est connecté électriquement à l'autre électrode du transducteur 14 par l'intermédiaire de la membrane Les conducteurs de liaison 15 et 16 sor- tent à l'extérieur par une ouverture correspondante dans la paroi du bottier 11, fermi par un produit de remplis- sage étanche à l'air. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, le capteur 10 est disposé en liaison bonne conductrice de la chaleur dans une ouverture circulaire L 7 d'tune pla- tine d'évaporateur 19 prévue avec des canaux 18 d'agent de refrigération Les deux membranes 12 sont ainsi essen- tiellement parallèles à la surface de la platine d'éva- porateur 19 et en sont à peu près éloignées de la m Sme distance Le bord de l'ouverture 17 qui reçoit le cap- teur 10 est prévu avec des encoches radiales 20 à inter- valles réguliers formant ainsi sur le bord de l'ouverture 17 des pattes qui sont repliées vers l'extérieur, alter- nativement de chaque côté du plan de la plaque d'évapora- teur 19 De cette manière, un assemblage sàr avec un bon transfert thermique du bottier 11 du capteur 10 est établi dans la plaque d évaporateur 19. Dans le cas d'utilisation de la figure 4, le capteur 10 avec son bottier Il est monté dans un élément support 21 qui est prévu avec un bord 22 en forme de collerette, fixé sur la plaque d'évaporateur 19, par exemple par des rivets 23 Dans ce cas, la dis- tance entre le capteur 10 et la surface de la plaque d'vaporation 19 est choisie aussi petite que possible pour que les gouttes d'eau qui descendent sur la sur- face de l'évaporateur puissent juste passer sans fltre genées et sans être arrêtées entre la plaque d'évapora- teur 19 et la membrane ou du capteur 10 qui lui fait face. Dans l'exemple de réalisation décrit et il- lustré, un transducteur électroacoustique 12 fonctionne comme émetteur tandis que l'autre sert de récepteurs. A cet effet, l'émetteur est excité par exemple par une tension alternative sinusoïdale constante d'une tension maximale crête à crête d'environ 20 Voltst dont la fré- quence correspond à la fréquence propre la plus basse du système Cette fréquence se situe environ de la plage de 3 à 4 k Hz De cette manière, l'émetteur excité déli- vre des ondes dans l'air qui, par le volume d'air enfer- mé, excite la membrane 12 opposée servant de récepteur. Par l'intermédiaire du bottier Il en forme d'anneau, des ondes dans la matière sont également transmises au récepteur De son côté, le récepteur qui a pratiquement la même fréquence propre que l'émetteur, délivre mainte- nant une tension alternative à la fréquence d'excitation dont l'amplitude à vide est égale ou un peu plus faible que celle de la tension d'excitation et qui dans le cas de résonance, la dépasse légèrement Sous l'effet du givrage des deux membranes 12 résultant du fonctionnement de la machine frigorifique, la fréquence de résonance la plus basse du système est déplacée jusqu'à 100 à 1000 Hz, mais sous l'effet d'un dép 8 t de glace, vers des fré- quences plus élevées, jusqu'à 3000 Hz De plus, une mince couche de glace entrains un fort amortissement du système En raison de ces deux effets, avec l'exci- tation à la fréquence de résonance du système non char- gé, le niveau de la tension de sortie baisse considéra- blement. Des recherches cnt montré que, par rapport à la tension de sortie U O du système non chargé, dans le cas d'une mince pellicule d'eau sur la membrane, le niveau de sortie s'abaisse d'environ 10 d B tandis qu' avec un léger givrage, il s'abaisse d'environ 20 d B. Mais avec un plus fort givrage, le niveau de sortie s'abaisse d'environ 30 d Bet avec une couche de glace d'une épaisseur d'environ 1 mm, il s'abaisse d'environ d B, allant jusqu'à plus de 50 d B avec une plus forte couche de glace Il en résulte Uo L= 20 Lg d B. La variation du rapport des tensions sous l'effet de givrage ou de dépôt de glace sur les membranes est suffisamment grande pour qu'au moyen d'un circuit électronique simple, comme par exemple un commutateur à seuil, le cycle de réfrigération puisse être commandé en fonction de la période de dégivrage nécessaire. Le capteur 10 décrit et représenté doit être disposé dans une position de l'évaporateur d'un appareil de réfrigération dans laquelle le dépôt de givre ou de glace doit être contrôlé Pour le montage, il y a lieu de respecter un contact thermique parfait qui peut être obtenu de la manière décrite au moyen d'un support Mais le support ne doit pas pas perturber l'oscillation de la membrane 12 De plus, cette membrane 12 ne doit pas être en contact avec l'évaporateur 19 Dans le cas du montage du capteur comme dans l'exemple de réalisation de la Fig. 4, la membrane 12 faisant face à l'évaporateur 19 doit être suffisamment éloignée de la surface de ce dernier pour qu'une goutte d'eau puisse glisser sur l'évaporateur mais wans toucher la membrane. *( 6 T) -xn Q 4 'Ba Od'U &p 4 T OP e O v Jant 'BT lq 99 TiT Tvmd 4 UOWGT Te Tg UOSSO qu"TOF (iT) BO Ue Jq MOIU 1309 enb e JlT-U 8 W OP ane 4 lejodv &ei T op (LI) arn 4 je Ano aun auv P eilououe OJ 49 4 ned (TT) ao T 4,^oq e T enb oo ue T BUOT 4100 FPUG Aea 99 P 9 ubu OO Tenb Oun&T u OI 00 aneqdua -(ZT) Ouvaqm Qm VI op al Teo enb Oq T 49 d On Td ned un quem -O Tn OI 3 "O 00-O Jans 13 T qu OP Oi Tu Tn Oa TO enbo Tp unsp emaoj Oú 78 T le (t T) Oub Twv Jg O-Oze Td an"v TTTO 9 Oo T onb oo ue ga Ta - 940 leav O &C u OTI 13 OT Pu GAQJ VI u OT 99 ine 4 duo il dgom$m OOT 4 uemersÈ-ç 4,exd quos sexdoad ououanbpaj sol quop 49 dua Tvu T Waum seuoz ainsi op 9,9 vu Ta To A nvgnbenr (ZT) seu-ejqmem sep vouue Xom suo T 29 j eo T quvi Anoooi sonb Tmieigo çz -oze-Fd g Jm 94 'OTTT 090 sep avd opnqT 4 euoo quou (yr) senb -T 4 $n OOIB-Oa 4 09 T 9 O-zn 94 On P"uv-14 99 T enb oo ue p"Tap 4 ova -130 4 E no t u OT 4 'OT Pu O &Oa VI u OTOB ane 4 dv D C uo-rouem T p 49 emioj amom OOAV qe 4 (VI) exoeaqmem ejijpm 9 jd 'v T '' 4 u Om' oz -OT'T Texed aitid ned lq au Fom nie 4 ie'rq:Foq OT 9 i'v P opood -s Tp que (ZT) eu 7 ajqwow opuooos VI oub 41 pvj OT avd 99 TU -? 40 '0 =O 4 t u OT 4 '90 'FPUOAO-x VI u OT 09 ine 4 dv D Z -uo-re -o Tmouva 4 avd uo T 4 vq Toxe aud u O Tqu ITTOOO UO Os Tm lO ( 1,T) enb^çqunoov-oaqoeip aneqoupeuuzq un 09 Ae 4 uem G Tv 2 p en & -pid daouv 4 e Tp 94 anoo aun -q 9 jiTmejd VI lq oouj 4 uvo Tej i(ZT) ouvjqmem opuoooo eunp Tunm 4 ueme Tu Sq 499 (tt) ze T 4;oq OT'(r,-t)-ouieaqmem 13 T 'q 990 dd O 9490 u O if ans "Onb 1 " q T-DJ OT ziad pol:jp 4 o-eauo Mqqd Vo 4 A Tq 13 U Zgq Tg Uol Fg Ugq L OL eunîp uo F 4 vo F Tddlg&T jwd uo-çllall Fooo ue 9-çm ea 4 q qtmmod sea Fi 3 T-rm Ter mo oubraqoe Tp-oze-çd qu Om PTP un Ommo O 4 *nbç 4 -onoo-a-oi 4 oo Te -zue 4 onpouvaq un eou Td que 9 T Tenbu T jus euvaqinew euti quleueidmoo qe tmeqvaodv Ap un "Am enb Tm -jeiq 4 qa 9 jouva 4 op 4 ole 4 uoo ue pueum ea 4#4 uu Anode Tniudvo u O JOT 4;Oq un&P Gm JOJ v T Bn GR 4 sea Tu T Tm T" no imellaqo lq sadmod op dueinb Fj Tao 2-Fij seu Tqoew op itine 4 viodv & 91, p geonjans sep quetmoe 4 ou dogo Bjans sep ans 90 VT 2 OP 40 9 a AT 2 OP gqgdg P UOT JOTQú 4 uo O inod me 4 dvo L 252173 1 6 Capteur salon l'une quelconque des reven- dications l à 4, caractérisé en ce que le bottier (il) peut itre fixé au moyen d'un élément support ( 21) bon conducteur de la chaleur, à une courte distance et au moins à peu près parallèlement à la surface de l'évapo- rateur. 7 Capteur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que le bottier ( 11) consiste en un tronçon d'un cylindre de section transver- sale circulaire, aux extrémités duquel les membranes ( 12) sont fixées.