Brevet FR2538518A1 — publié le 19840629

La présente invention concerne un procédé et un dis- positif de surveillance et de commande d'un évaporateur en vue de détecter la présence de givre à sa surface et de déclencher son élimination Elle concerne en particulier le cas ou l'évaporateur est celui d'une pompe à chaleur. Le principe d'une pompe à chaleur est bien connu de l'homme de l'art et on rappelle simplement que les pompes à chaleur utilisant l'air comme source froide comprennent un évaporateur o cet air échange ses calories avec un fluide frigorigène circulant à l'intérieur de cet évapora- teur et qui de ce fait se vaporise Lors de l'utilisation d'une telle pompe à chaleur pour le chauffage, l'air utilisé comme source froide est de l'air pris à l'extérieur du local à chauffer Dans certaines conditions, l'utilisation de cet air extérieur peut amener la création de givre sur l'évapo- rateur ce qui en freinant l'échange thermique entre les deux fluides pénalise le rendement de l'installation et nécessite une opération de dégivrage Cette opération qui nécessite l'arrêt de la pompe ne doit être effectuée qu'à bon escient si l'on veut optimiser l'installation On prévoit donc dans ces installations des dispositifs per- mettant de détecter la présence de givre et déclencher l'o- pération de dégivrage Ces dispositifs sont habituellement constitués par des capteurs permettant de mesurer la perte de charge subie par l'air lors de son passage sur l'évapora- teur ou de mesurer la température d'évaporation par mesure directe sur la paroi de l'évaporateur On peut aussi utiliser des systèmes de temporisation qui déclenchent le dégivrage à des intervalles de temps prédéterminés Cependant, ces réalisations présentent l'inconvénient lié au fait que toutes les mesures effectuées sont des mesures absolues qui ne prennent en compte ni les conditions initiales de l'ins- tallation et ses conditions de fonctionnement, ni non plus les conditions extérieures et leurs variations Parmi les conditions extérieures influentes sur l'apparition du givre, on peut citer le degré hygrométrique de l'air, sa température. Parmi les conditions de l'installation, il est nécessaire de surveiller le débit d'air qui, si il est fixé pour une installation, et peut être considéré comme constant, varie d'une installation à l'autre Toutes ces conditions nécessi- tent alors un réglage sur place de l'installation. Au contraire, l'invention prévoit un dispositif et un procédé de détection de la présence de givre qui per- mettent de pallier à ces inconvénients dont le fonctionne- ment n'est pas tributaire des variations des différents paramètres cidessus cités et qui ne nécessitent aucun réglage lié au site o est installé l'évaporateur. Pour cela l'invention prévoit un procédé de surveil- lance et de commande d'un évaporateur en vue d'assurer la détection et l'élimination du givre sur la surface de l'éva- porateur, ledit évaporateur étant associé à un circuit de circulation d'un fluide frigogène et en contact avec un second fluide mis en mouvement de façon à le traverser, le second fluide étant susceptible de céder ses calories au premier fluide et de provoquer son évaporation, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer un paramètre Pl représentatif de l'état du second fluide en amont de l'évaporateur et un paramètre P 2 représentant le même fluide en aval de l'éva- porateur, ces mesures étant effectuées à des instants (ti) déterminés à partir d'un instant initial, à calculer pour chaque instant (ti) la différence S Pl existant entre les deux paramètres Pl et P 2 et à comparer chaque diffé- rence A Pl avec la différence A Po mesurée à l'instant ini- tial, cette comparaison se faisant sous la forme d'une sous- traction dont le résultat est un paramètres, et à commander le dégivrage de l'évaporateur quand S est supérieur à une valeur de consigne Cl. Ce procédé permet donc de ne-commander le dégivrage qu'à bon escient et du fait que la consigne de référence est fournie par la première mesure, il permet de s'affranchir des conditions extérieures. Selon une autre caractéristique,la différences Po est comparée à l'instant to, à une valeur Co, et le dégivrage est commandé quand, Po est supérieur à Co Cette valeur Co est choisie d'après les caractéristiques du dispositif. Cette étape du procédé permetdes'assurer que la première mesure prise comme référence, n'a pas été faite en présence de givre ou de tout autre paramètre néfaste, et de préfé- rence, elle est répétée plusieurs fois si nécessaire et l'installation est arrêtée si, après un nombre d'essais,par exemple quatre, la différences po n'est pas devenue supé- rieure à la consigne Co. Enfin, selon une autre caractéristique,la commande du dégivrage de l'évaporateur est interrompue quand le para- mètre P 2 devient supérieur à une valeur de consigne C 2. De préférence, le paramètre mesuré est la température ou encore la pression. L'invention prévoit aussi un dispositif de mise en oeuvre du procédé cidessus défini et qui-comporte au moins deux moyens permettant de mesurer un paramètre représentatif du fluide, chacun desdits moyens étant situé d'un côté de l'évaporateur et étant muni de moyens pour générer des signaux continus représentatifs dudit paramètreedes moyens de traitement de ces signaux permettant à chaque instant d'établir la différence entre les valeurs des paramètres mesurés par lesdits capteurs et de comparer cette différence à celle existant initialement lors de-la mise en marche de l'installation de façon à pouvoir générer un signal de commande actionnant un dispositif de dégivrage de l'évapora- teur en fonction du résultat de ladite comparaison. Selon un-mode de réalisation préférentielle, les moyens de mesure sont des capteurs de température four- nissant un signal analogique et associés à un convertisseur analogique numérique permettant de rentrer ces signaux dans un microprocesseur constituant ledit moyen de traitement des signaux. Enfin, selon une caractéristique préférentielle de l'invention, les moyens de mesure de la température compor- tent au moins deux résistances variables avec la température parcourues par un courant d'intensité grossièrement régla- ble et montées en série avec deux résistances étalons, un moyen de multiplexage du signai muni d'au moins quatre voies d'entrée dont au moins deux reçoivent chacune un signal analogique représentatif de la tension aux bornes des résistances variables et dont deux parmi les autres recoivent chacune un signalîreprésentatif de la tension aux bornes des résistances étalon, ce moyen de multi- plexage comportant aussi une voie de sortie et des moyens de sélection permettant de sélectionner à chaque instant une desdites voies d'entrée afin de la mettre en communi- cation avec ladite voie de sortie, un moyen de transformation permettant de transformer les signaux issus du moyen de multiplexage en des signaux al- ternatifs dont un des paramètres constitutifs est propor- tionnel à la tension du signal correspondant, lesdits signaux étant directement traités par le microprocesseur. Selon l'invention, le moyen de transformation peut générer des signaux alternatifs dont la période est pro- portionnelle à la tension du signal correspondant mais il peut, selon un autre mode de réalisation, générer des signaux dont la fréquence est proportionnelle à la tension dudit signal. Selon une caractéristique préférentielle, les moyens de traitement sont constitués par un microprocesseur per- mettant d'effectuer une comparaison par seconde. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, description faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente un premier mode de réalisation de l'invention la figure 2 représente un second mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente schématiquement la partie évaporation d'une pompe à chaleur à laquelle on a associé un dispositif de détection de givre selon l'invention. L'évaporateur ( 1) dans lequel circule le fluide frigorifique est placé dans un courant d'air ( 2) produit par un ventilateur ( 3) Le circuit, ( 4) de circulation du fluide frigorifique comporte un détendeur ( 35). Il est bouclé par le reste de l'installation d'échange de calories de la pompe à chaleur représenté par le rectangle ( 5) et qui comporte, notamment et d'une manière habituelle un compresseur et un condenseur Le circuit ( 4) comporte une boucle ( 6) de contournement permettant le contournement du condenseur et du détendeur ( 35) Cette boucle est commandée par une vanne trois voies ( 7) associée à un servomoteur ( 30) Le ventilateur ( 3) est muni d'un interrup- teur électromagnétique ( 8) Deux-sondes de température ( 9) et ( 10) sont placées dans le courant d'air ( 2), la sonde( 9) en amont de l'évaporateur et la sonde ( 10) en aval Chacune de ces sondes est connectée à un microprocesseur ( 11), par l'intermédiaire des câbles ( 12) et ( 13) et des conver- tisseurs analogique numérique ( 31) et ( 32). Le dispositif ainsi représenté fonctionne de la manière suivante Le système est mis en fonctionnement nor- mal, c'est-à-dire que le fluide frigorifique circule dans l'évaporateur, le circuit de contournement ( 6) est fermé, le ventilateur ( 3) alimente et aspire le courant d'air ( 2) vers et à travers l'évaporateur ( 1), et l'évaporateur n'est pas givré Au bout d'un certain temps tl, on considère que. le régime permanent est atteint. A partir de ce temps tl, le microprocesseur de surveillance se met en route et effectue, à des instants ti séparés par des intervalles de temps réguliers de l'ordre de 1 seconde, le calcul de la'différence AT entre la tempé- rature mesurée par la sonde 9 et celle mesurée par la sonde La première mesure faiteû To est prise comme mesure de référence et donc mise en mémoire A chaque instant ti, le microprocesseur compareh Ti à 4 To Dès que A Ti devient su- périeur àL To augmenté d'une constante K, le microprocesseur élabore un signal actionnant l'interrupteur ( 8) du ventila- teur Ce signal agit aussi sur le servomoteur ( 30) qui actionne la vanne trois voies ( 7) de façon à ce que le fluide frigorifique circule dans le circuit de contourne- ment ( 6) Simultanément, le microprocesseur surveille la température mesurée par la sonde aval ( 10) et dès que celle- ci redevient supérieure à une valeur limite, le micropro- cesseur élabore un nouveau signal qui par action de l'interrupteur ( 8) et du servomoteur ( 30) remet le système en fonctionnement normal de sorte que le cycle reprend comme précédemment. Ce système effectue aussi une surveillance de l'ins- tallation au démarrage qui permet de prendre en compte la situation o l'évaporateur serait givré lors de la mesure de A To, ou celle liée à un fonctionnement défectueux du circuit de circulation du fluide frigorifique Pour cela le microprocesseur compare l'intervallet To à une valeur limite et déclenche le dégivrage si LA To est supérieur à cettevaleur. En effet, dans ce cas on considère que l'échange thermique ne s'est pas bien fait et que l'évaporateur est givré Cette opération peut être répétée un certain nombre de fois jus- qu'à obtention d'un fonctionnement normal mais le micro- processeur va déclencher un arrêt total si ce fonctionnement normal n'est pas obtenu au bout d'un nombre déterminé de dégivrages: par exemple 4 Cette phase du procédé permet donc de s'assurer que la valeurt S To, prise en compte pendant toute la surveillance, correspondant à un état normal du dispositif. La figure 2, représente une variante de l'invention selon laquelle les températures sont mesurées à l'aide d'un dispositif comprenant deux sondes montées en parallèle avec deux résistances étalon, un multiplexeur et un générateur de signaux numériques Le microprocesseur assume le calcul des températures et la surveillance du dégivrage Un tel dispositif est décrit plus précisement dans la demande de brevet n O 82 19 765 à laquelle il est fait explicitement référence. Sur cette figure 2, les éléments indentiques à ceux de la figure 1 portent les mêmes repères De part et d'autre de 1 ' évaporateur sont placées des sondes de température ( 101) et ( 102) chacune constituée par une résistance variable en fonction de la température Ces deux sondes sont montées en série avec deux résistances étalons placées dans le boitier ( 103) qui permet aussi l'alimentation de I'ensem- ble sondes-résistances étalon par une tension continue. Les cables ( 105)et ( 106)sont des conducteurs à quatre fils permettant la mise en série des sondes et des résistances et permettant aussi la mesure de la tension aux bornes des résistances variables Un cable ( 107) multiconducteur relie le boitier ( 103) à un multiplexeur ( 109) Ce cable permet d'alimenter le bus d'entrée du multiplexeur avec les ten- sions aux bornes d es résistances variables et aux bornes des résistances étalon La sortie du multiplexeur est reliée à un amplificateur ( 110) puis à convertisseur analogique-nu- mérique ( 111) lequel est connecté au microprocesseur ( 112), lui même relié au multiplexeur ( 109) par un cable ( 120) de transport des ordres de commandes. En se référant à la demande de brevet n O 82 19 765 à la description faite en référence à la figure 1 on com- prend aisément que le fonctionnement du dispositif représen- té est assuré principalement par le microprocesseur qui non seulement effectue les adressages du multiplexeur et les règles de trois permettant le calcul des températures mais encore fait les diverses opérations nécessaire à la détec- tion de la présence de givre sur l'évaporateur. Le convertisseur analogique ( 111) est, de préférence, similaire au V C Oo décrit dans la demande de brevet N O 82 19765 c'est à dire un dispositif qui délivre à sa sortie une fréquence proportionnelle à la tension présente à l'entrée. On peut aussi utiliser un modulateur de largeur d'im- pulsions de sorte que le microprocesseur travaillera à partir d'une période, par comptage d'impulsions dont le nombre est directement proportionnel à la période. Le dispositif représenté peut comporter différents organes de surveillance permettant par exemple de vérifier que le ventilateur est en fonctionnement ou que son accès par l'air extérieur n'est pas gêné par des éléments tels que des feuilles mortes par exemple. Ce dispositif est particulièrement bien adapté à la surveillance de l'évaporateur d'une pompe à chaleur telle que celle décrite dans la demande de brevet français- N O 80 06 103 "Installation de chauffage pour locaux à usage d'habitation ou industriel". Enfin,l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, elle en englobe au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Procédé de surveillance et de commande d'un évaporateur dans lequel circule un premier fluide, ledit évapora- teur étant au contact d'un second fluide mis en mouve- ment de façon à le traverser, le second fluide étant susceptible de céder ses calories au premier fluide et de provoquer son évaporation, ledit procédé permettant la détection de la présence de givre sur l'évaporateur et l'élimination de celui-ci, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer un paramètre Pl,représentatif de l'état du second fluide en amont de l'évaporateur et un paramètre P 2 représentatif de l'état du même second fluide en aval de l'évaporateurs ces mesures étant effectuées à des instants ti, déterminés à partir d'un instant initial, à calculer pour chaque instant la différence f Pl existant entre les deux paramètres Pl et P 2, à comparer à chaque instant ti la différence& Pl avec la différence L Po mesurée à l'instant initial, cette comparaison se faisant sous la forme-d'une sous- traction dont le résultat est un paramètre S et à comman- der le dégivrage de l'évaporateur quand S est supérieur à une valeur de consigne Cl. 2 _ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différencef Po est comparée au moins une fois, à l'instant to, à une valeur de consigne Co et que le dégivrage est commandé quand L Po est supérieur à Co. 3 Procédé selon 1, caractérisé en ce que la commande du dégivrage est interrompue quand le paramètre P 2 devient supérieur à une valeur de consigne C 2. 4 Procédé selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que le paramètre mesuré est la pression. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le paramètre mesuré est la température. 6 Dispositif de surveillance et de commande d'un évapora- teur associé à un circuit de circulation d'un premier fluide frigorigène et mis en contact avec un second fluide mis en mouvement par un ventilateur de façon à traverser l'évaporateur, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une paire de capteurs de température situés de part et d'autre de l'évaporateur et en contact avec ledit second fluide, des moyens de traitement des signaux provenant de ces capteurs, lesdits moyens per- mettant à chaque instant d'établir la différence entre les températures mesurées par les deux détecteurs et de la comparer à l'écart initial existant lors de la mise en marche de l'installation de façon à générer un signal de commande actionnant un dispositif de dégivrage de l'évaporateur en fonction du résultat de ladite compa- raison. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les capteurs de températures génèrent un signal continu représentatif de la température et en ce que lesdits moyens de traitement sont constitués par un mi- croprocesseur. 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les capteurs de température sont constitués par des résistances variables avec la température, parcourues par un courant d'intensité grossièrement réglable et montée en série avec deux résistances étalon, ledit dispositif comportant en outre un moyen de multiplexage du signal muni d'au moins quatre voies d'entrée, dont au moins deux recoivent chacune un signal analogique représentatif de la tension aux bornes des résistances variables et dont deux parmi les autres reçoivent chacune un signal représentatif de la tension aux bornes des résistances étalon, ce moyen de multiplexage comportant aussi une voie de sortie et des moyens de sélection permettant de sélectionner à chaque instant une desdites voies d'entrée afin de la mettre en communication avec ladite voie de sortie, un moyen de transformation permettant de transformer les signaux issus du moyen de multiplexage en des signaux alternatifs dont un des paramètres constitutifs est proportionnel à la tension du signal correspondant, lesdits signaux pouvant être directement traités par le microprocesseur. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de transformation génère des signaux alternatifs dont la période est proportionnelle à la tension du signal correspondant. 10 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de transformation génère des signaux alter- natifs dont la fréquence est proportionnelle à la tension du signal correspondant.