Brevet FR2535842A1 — publié le 19840511

La présente invention concerne un detecteur d'épaisseur de givre ou de glace sur les ailettes d'un évaporateur d'une machine thermodynamique (Pompe à chaleur ou réfrigérateur). Dans les évaporateurs de pompe à chaleur, lthumidíté atmosphérique se dépose sous forme de givre ou de glace. Lorsque le dépit de givre dépasse une certaine épaisseur, il réduit de façon importante la transmission calorifique aux ailettes de ltévaporateur d'où un rendement plus faible du cycle thermodynamique. Par exemple, sur les pompes à chaleur actuelles, le dégivrage est effectué automatiquement par inversion du fonctionnement, ce qui détermine une consommation accrue d'énergie électrique à production d'énergie thermique égale. Actuellement, le cycle de dégivrage est déclenché par la surveillance d'une combinaison de capteurs, de température et/ou de pression, et/ou d'humidité, déterminant une présomption de givrage des ailettes. Le dégivrage peut donc être déclenché sans nécessité, ce qui accrolt encore la consommation d'énergie en raison des cycles inutiles, ne tenant pas compte de la présence effective de givre. Le brevet USA 3 229 271 du 11.01.1966 décrit une telle combinaison de capteurs. L'ensemble est difficilement utilisable dans le cas précis décrit ci-dessus, il est onéreux et ne donne pas une indication tangible de la présence de givre. D'autres brevets, tels que les brevets USA 3 540 025 du 20.01.1967 et 2 359 787 du 10.10.1944 décrivent des systèmes utilisant un prisme, et un ensemble émetteur-récepteur de lumière. Le faisceau émis et normalement réfléchi sur la face du prisme utilisée comme détecteur de givre. La présence de givre, modifie l'indice de réfraction et le faisceau est alors dévié en dehors de la zone de détection du capteur photo-électrique. Cet ensemble est nécessairement fragile à cause de l'utilisation du prisme en verre. Un contact intime, entre la plaque de l'évaporateur et le capteur ne peut être réalisé facilement et le prisme renchérit le cout du dispositif. L'invention a pour objet un capteur beaucoup plus simple et peu onéreux permettant de signaler efficacement la présence d'une épaisseur de givre ou de glace sur un évaporateur lorsqutelle atteint une valeur déterminée nécessitant une opération de dégivrage, puis d'indiquer l'absence de ruisselement ou de gouttelettes d'eau et provoquer ainsi la fin de l'opération de dégivrage au moment optimal. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, une ou plusieurs sources lumineuses émettent par réflexion sur la surface à surveiller ; celle-ci qui doitêtre la plus réfléchissante possible renvoie le signal lumineux en provenance de la source vers le récepteur, en l'ab sence de givre, de glace ou d'eau. Le récepteur délivre alors un signal. La présence d'un de ces éléments altère l'état réfléchissant de la surface à surveiller et diffuse le signal lumineux, ce qui modifie l'amplitude du signal en sortie de récepteur. De plus, le point de réflexion se déplace en fonction de l'épaisseur du givre, entratnant également une modification de l'intensité du signal lumineux reçu par le récepteur. L'amplitude de ce signal est donc représentative de l'épais- seur de givre ou de glace et peut etre exploitée par un système à seuil commandant le début et la fin du cycle de dégivrage. La source lumineuse peut être réalisée à partir de tout élément rayonnant que l'on trouve habituellement sur le marché. A savoir, lampe à incandescence LED (Light Emissive Diode), Diode laser, etc Le récepteur est constitué par une photo diode ou un photo transistor. Le faisceau lumineux est modulé en fréquence, puis le signal reçu est filtré à cette fréquence afin de protéger le système contre les sources de lumière parasites. D'autres caractéristiques et avantages de ltinvention seront mieux compris à l'aide des dessins annexés sur lesquels -- la fig. 1 représente le capteur proprement dit. - la fig. 2, montre son implantation dans un évaporateur. - la fig. 3 est un synoptique de la partie électronique donné à titre d'exemple de réalisation. Le capteur (fig. 1) est constitué d'un bloc métallique 1 dans lequel vient s'encastrer un tiroir 4 comprenant une cellule émettrice 6 et une cellule réceptrice 7. Ce tiroir 4, amovible, est fixé dans le bloc 1 par deux vis 5. La surface 3 est maintenue en contact avec l'ailette de l'évaporateur par une bride. La face 2serte réflecteur et c'est sur celui-ci que se forme le givre, altérant de ce fait la transmission du faisceau vers la cellule réceptrice. La fig. 2 représente l'implantation du ou des capteurs 1 dans ltévaporateur 2. Le plan du réflecteur est parallèle au plan des ailettes de façon à permettre une bonne circulation de l'air dans l'intervalle réflecteur - cellules. Le schéma synoptique du dispositif électronique est donné fig. 3 à titre d'exemple non limitatif. Il comprend une alimentation 1, un émetteur de lumière 2 (LED par exemple) alimenté de préférence à courant constant, et modulé à une fréquence F. Unrécepteur de lumière 3 (Photo transistor par exemple), un amplificateur de tension 11,un filtre 9 ne laissant passer que la fréquence utile, un détecteur 10 délivrant une tension continue proportionnelle à la crête de la tension alternative appliquée à l'entrée, 2 comparateurs 4 et 5 et un cir- cuit logique 6 sur les 2 entrées duquel sont appliquées les tensions C1 et C2 issues des comparateurs 4 et 5. La sortie du circuit logique, lorsqu'elle est active, déclenche la mise en route du dégivrage et son arrêt dans le cas contraire. En l'absence de givre, le faisceau lumineux émis par 2 est réfléchi et capté par le récepteur 3. La tension résultante est maximale et l'amplificateur il ayant un gain constant, délivre une tension alternative filtrée puis détectée par 9 et 10 qui est appliquée à l'entrée 2 de chacun des comparateurs 4 et 5, lesquels recoivent par ailleurs sur leurs entrées 1 une tension de référence R.Le seuil de déclenchement est réglable pour chacun dieux et celui du comparateur 4 est ajusté de telle sorte qu'il bascule pour une tension supérieure à celle du comparateur 5. Le circuit logique 6 comporte 2 portes : la porte 7 est une porte "ET", la porte 8, une porte "OU". Telles qu'elles sont connectées, si Ct o" rrgir et C2 = la sortie S est également à "o". Donc, en l'absence de givre, la tension est maximale à l'entrée des 2 comparateurs, et, aucun des deux tétant commuté, leurs 2 sorties sont à "o" ainsi que la sortie S du circuit 6. Lorsque le givre commence tout juste à se former, la transmission est légérement affectée et la tension appliquée diminue sur les comparateurs ce qui provoque le basculement du comparateur 1 . C1 ="l"et C2 =oS Dans le circuit 6, la sortie de la porte "ET" demeure à '!o" puisque son entrée 2 est toujours à "o". Le givre augmentant, la tension issue de l'amplificateur 4 continu à baisser jusqu'au moment où le comparateur 2 commute à son tour. On a alors : C1 = "1" et C2 = "1". La sortie S du circuit 6 passe également à "1" déclenchant la mise en route du système de dégivrage. Ceci est dû au passage à l'état "1" de l'entrée 2 de la porte 7. Suite à la mise en route de l'opération dégivrage, l'épaisseur de givre diminue, et le comparateur C2 repasse à "o". On a : Cî = 1, C2 = o et grace au rebouclage de la sortie S sur l'entrée 1 de la porte 8, la sortie S demeure à 1, maintenant de ce fait, le dégivreur en fonctionnement. Lorsque la tension à la sortie de l'amplificateur 4 atteint une valeur suffisante, correspondant à l'absence de givre, le comparateur C1 repasse également à "o", ainsi que la sortie S interrompant le fonctionnement du système de dégivrage. Par la description qui précéde, on voit qu'il est ainsi possible de régler avec précision le seuil d'enclenchement du dégivreur (comparateur C2) et son seuil de declenchemBnt. (comparateur C1). Dans un autre ordre dtidée, et tout en restant dans les limites de l'invention, il est loisible d'imaginer un système identique comportant n comparateurs, chacun basculant pour une épaisseur de givre déterminée. Si le passage à "li' de chaque comparateur allume une lampe, il est possible d'obtenir, en superposant chaque lampe, une représentation lumineuse de l'épaisseur de givre. REVENDICATIONS 1 - Dispositif détecteur d'épaisseur de givre sur les ailettes d'un évaporateur d'une machine thermodynamique, Caractérisé par l'utilisation d'un ou plusieurs capteurs fixés à la surface des ailettes de l'évaporateurJcomportant une plaque dont l'une des faces est réalisée de telle sorte qu'un faisceau issu d'une source rayonnante soit réfléchi par ladite plaque et envoyé vers un capteur photo électrique dont le signal de sortie est une fonction de la qualité de la réflexion sur la plaque et donc de l'épaisseur de givre qui s'y est formé. 2 - Dispositif selon la revendication 1, Caractérisé par l'utilisation de 2 comparateurs à seuil réglable permettant de démarrer ou d'arrêter automatiquement le système de dégivrage pour une épaisseur de givre déterminé. 3 - Dispositif selon la revendication 1, Caractérisé par l'utilisation de n comparateurs réglés de façon à basculer successivement lorsque l'épaisseur de givre croit ou décroît et dont la sortie, à l'état commuté, provoque le passage à l'état actif de n dispositifs de visualisation, permettant d'obtenir ainsi une représentation visuelle de l'épaisseur de givre.