Brevet FR2594594A1 — publié le 19870821

- 1 - DISPOSITIF DE TRAITEMENT D'AIR DE REFROIDISSEMENT POUR TUBES EMETTEURS. La présente invention est relative à un dispositif de trai- tement d'air de refroidissement pour tubes émetteurs de grande puissance, typiquement des tubes à onde progressive ou klystrons, qui exigent en général d'être refroidis par de l'air en circulation auquel ils cèdent des puissances de plusieurs kilowatts. Ces tubes sont pour la plupart utilisés dans des émetteurs placés dans des stations terrestres pour communications via satellites, installés dans des bâtiments ordinaires ou de type préfabriqué. Les tubes émetteurs de grande puissance dissipent de grandes quantités de chaleur qu'il faut évacuer de l'enceinte o les tubes sont contenus pour éviter que leur fonctionnement ne soit compromis. Pour résoudre ce problème de l'évacuation de la chaleur on a emprunté trois voies différentes jusqu'ici. Une première voie consiste à aspirer et rejeter l'air dans l'atmosphère intérieure conditionnée d'une station. Un inconvénient non négligeable de cette solution est que l'installation de conditionnement de la station doit être dimensionnée en tenant compte de cette plus grande charge thermique qui, chose remarquable, impose des accroissements - 2considérables de la puissance frigorifique. Ainsi, cette solution implique un surdimensionnement à la fois de l'ins- tallation de conditionnement et du groupe de continuité statique existant éventuellement dans la station, en plus d'être une source de dépense d'énergie électrique superflue. Une deuxième voie prévoit l'aspiration d'air extérieur à travers des filtres et des résistances électriques de type blindé - lesquelles réchauffent l'air aspiré lorsque néces- saire - et le rejet direct à l'extérieur de l'air utilisé. Il y a lieu de rappeler, au sujet du réchauffement, que les tubes émetteurs de grande puissance doivent être refroidis par de l'air qui, à l'arrivée, doit avoir une température non inférieure à une température spécifiée par le fabricant de ces tubes, en vue de ne pas risquer d'en compromettre les caractéristiques de fonctionnement. En outre, si le système de mise en circuit des résistances chauffantes n'est pas de type électronique, continu (donc délicat et coûteux), mais est de type thermostaté à télérupteur (donc robuste et économique), il peut se produire des perturbations considé- rables dans la température de l'air d'entrée lors de la mise en circuit des réchauffeurs, ce qui peut donner lieu à instabilité. Selon une troisième voie, on prévoit l'aspiration d'air et son expulsion dans une atmosphère séparée de dimensions relativement limitées; la température de l'air dans cette atmosphère est contrôlée par un système comportant un ampli- ficateur électronique et un actionneur motorisé qui rejette l'excès d'air chaud directement à l'extérieur. Bien que cette troisième voie soit efficace, elle demande un certain espace intérieur qu'il peut être difficile d'avoir disponible dans des stations en préfabriqué et/ou transpor- tables; en outre, le système de contrôle actif exige une - 3 alimentation et des câblages et il est sujet à des pannes, comme c'est le cas pour n'importe quel appareil électroni- que. La présente invention a précisément pour objet de proposer une quatrième voie de résolution du problème de refroidisse- ment des tubes émetteurs de grande puissance, des inconvé- nients des voies antérieurement empruntées. Un autre objet de l'invention est de réaliser un dispositif de traitement de l'air qui soit essentiellement passif, c'est-à-dire un dispositif qui puisse opérer sans utilisa- tion (ou, pour des conditions extrêmes, avec une utilisation minimale) d'énergie électrique, et qui soit facilement amovible et remplaçable. Les objets ci-dessus et d'autres buts de l'invention qu'on va décrire en détail ci-dessous, sont atteints par un dispo- sitif de traitement de l'air de refroidissement pour un tube émetteur de grande puissance placé dans une enceinte dans laquelle une circulation d'air forcée est provoquée entre un point d'entrée de ladite enceinte et un point de sortie de celle-ci, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un premier conduit qui s'étend entre une prise d'air extérieur et ledit point d'entrée de l'enceinte et dans lequel un filtre est monté, un deuxième conduit qui s'étend dudit point de sortie d'enceinte à un orifice d'échappement vers l'extérieur et dans lequel une soupape est montée, cette soupape permettant de régler, sous le contrôle d'une sonde pyrométrique, l'écoulement d'air à travers un tube de raccordement avec ledit premier conduit, tube qui débouche entre la prise d'air extérieur et ledit filtre et qui a pour fonction de recycler dans le système une fraction de l'air convoyé vers l'échappement, sous le contrôle de ladite soupape. - 4 - L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée suivante d'un mode d'exécution préféré, donné à titre d'exemple purement illustratif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 montre un schéma du dispositif; La figure 2 est une vue en perspective du même dispo- sitif; La figure 3 en est une vue de face; Les figures 4 et 5 sont des vues suivant les lignes A-A et B-B respectivement, de la figure 3; et La figure 6 est une coupe partielle selon la ligne C-C de la figure 4. En se reportant au schéma de la figure 1, on voit qu'on y a désigné par la référence 1 la paroi périphérique d'une station de terre pour satellite, désignée par 2 en général, dans laquelle se trouve rangée une armoire ou enveloppe 3 définissant une enceinte 4 pour abriter un tube émetteur de grande puissance 5, par exemple un tube à onde progressive lequel, pour fonctionner correctement, exige que la tempéra- ture de l'air de refroidissement de ce tube ne dépasse pas certaines limites (+50 /+5 C, par exemple) telles que spéci- fiées par le fabricant du tube émetteur considéré. Pour refroidir le tube émetteur 5, un flux d'air est produit dans l'enceinte 4 par un ventilateur 6 entre un point d'entrée 7 de ladite enceinte et un point de sortie 8 de celle-ci. Le dispositif 9 selon l'invention est relié de manière amovible à.une partie extérieure de la station 2, notamment à la paroi 1 de celle-ci et à une certaine distance du sol, à l'aide de pattes de support et de vis 10. Ce dispositif 9 -5comprend un corps en caisson 11 et comporte un premier conduit 12 qui s'étend à partir d'une prise d'air 13 et dans lequel est monté un filtre surdimensionné 14. Ce premier conduit 12 est relié au point d'entrée 7 précédemment mentionné par l'intermédiaire de raccords tubulaires, non représentés, traversant la paroi 1. Le dispositif 9 comporte, en outre, un deuxième conduit 15 relié au point de sortie 8 de l'enceinte 4 et se terminant par un orifice d'échappement 16 situé sur une autre face du corps en caisson 11. Dans ce deuxième conduit 15 est montée une soupape 17 qui est susceptible de faire dévier une frac- tion variant de zéro à une valeur maximale du débit d'air s'écoulant vers l'échappement 16, pour l'admettre à travers un tube de raccordement 21 dans le premier conduit 11 en un point en amont du filtre 14, ce qui permet d'obtenir à l'entrée de ce filtre un mélange d'air composé d'air prove- nant de la prise d'air 13 et d'air réchauffé provenant de l'enceinte 4 et remis en cycle à travers la soupape 17. La soupape 17 est commandée par une sonde thermostatique 18 à dilatation, à travers un actionneur 19 qui est relié hydrauliquement à la sonde 18 par un conduit 20, de sorte que la soupape 17 ne demande pas, pour être actionnée, l'emploi de circuits électriques susceptibles de pannes et nécessitant une alimentation en énergie. Aussi bien la sonde 18 que l'actionneur 19 et le raccorde- ment hydraulique 20 font partie d'un appareil unique, connu sous l'appellation de "thermostat auto-actionné", par exem- ple du type fabriqué par la Société SAMSON AG, Frankfort sur Main, République Fédérale d'Allemagne. Le principe de fonc- tionnement de cet appareil est fondé sur la dilatation d'un fluide dans la sonde et l'utilisation de la pression qui en résulte pour commander l'actionneur agissant sur la soupape. La sonde 18 est placée dans le premier conduit 12 en un point approprié quelconque de celui-ci entre le filtre 14 et -6- l'entrée 7 de l'enceinte 4, mais de préférence à l'intérieur du corps creux 11 du dispositif 9. La soupape 17, dont il sera discuté ultérieurement, fait dévier vers le tube de raccordement 21 une fraction du débit d'air s'écoulant dans le second conduit 15 en fonction de la température détectée par la sonde 18. La fraction déviée peut varier depuis zéro (tube de raccordement 21 fermé) jusqu'à une valeur maximale égale, par exemple à 70% dudit débit, ce qui veut dire qu'un flux d'air est évacué dans tous les cas par l'échappement 16. D'après ce qui précède, on comprend facilement le fonction- nement du dispositif selon l'invention. La mise en marche du ventilateur 6 (prévu de toutes façons dans l'enceinte 4, indépendamment de la présence ou de l'absence du dispositif de l'invention) provoque la circula- tion d'air. L'air extérieur aspiré à travers l'orifice d'arrivée 13 traverse le filtre 14 et, après avoir balayé la sonde 18 du thermostat à actionnement automatique, pénètre dans l'enceinte 4 o il refroidit le tube émetteur 5. En fonction de la température détectée par la sonde 18, la soupape 17 est réglée en position. Ainsi, l'air chaud sortant de l'enceinte 4 est en partie recyclé via le tube de raccordement 21 et en partie rejeté à travers l'orifice d'échappement 16, de sorte que l'air admis dans l'enceinte 4 a une température compatible avec les spécifications de fonctionnement du tube émetteur 5. Lorsque l'air extérieur aspiré a déjà une température rela- tivement élevée telle qu'un mélange avec l'air recyclé à travers le tube de raccordement 21 ne soit pas nécessaire, la soupape 17 est amenée dans sa position fermée de sorte - 7 - que l'air sortant de l'enceinte 4 s'échappe entièrement par l'orifice d'évacuation 16. Dans l'exemple de mise en oeuvre illustré aux figures 2 à 5, o les mêmes chiffres de référence désignent des organes identiques ou équivalents à ceux de la figure 1, le disposi- tif 9 selon l'invention comprend un corps sensiblement parallélépipédique 11 en tôle d'acier inoxydable dont aussi bien l'orifice de prise d'air 13 que l'orifice d'évacuation 16, qui se situent sur des côtés différents dudit corps, sont conformés en gueules-de-loup et garnis de grilles de protection 13A et 16A respectivement. Les deux conduits 12 et 15 sortent du corps 11 en alignement vertical avant de se raccorder aux points 7 et 8 de l'enceinte 4 o l'organe émetteur 5 est placé. Le premier conduit ou conduit d'arrivée 12 a une première section ou chambre H qui s'étend, en longueur, depuis l'ori- fice de prise d'air 13 jusqu'à la paroi d'en face 30 du corps 11 et, en hauteur, de la paroi inférieure 31 à la paroi supérieure 32 de celui-ci. Cette chambre est délimi- tée, en largeur, par la paroi 33 du corps 11 qui est opposée à l'orifice d'échappement 16, et une cloison parallèle 34. Sensiblement à mi-chemin de ladite section se trouve placé le filtre 14 occupant transversalement cette section. Une deuxième section du conduit 12 s'étend à partir d'une ouver- ture ou interruption 35 de la paroi 34, ouverture ou inter- ruption (voir en particulier figure 6) existant dans la partie supérieure et postérieure de ladite paroi 34. Une autre section M du premier conduit 12 amène à la sortie du corps de dispositif, c'est-à-dire au raccordement au point d'entrée 7 dans l'enceinte 4. Le second conduit ou conduit d'échappement 15 est délimité, en largeur, à l'intérieur du corps du dispositif 9, par une paroi 36 comportant l'orifice d'échappement 16, et la cloi- son 34 et, en hauteur, par un cloisonnement horizontal 37 * 8-2594594 qui sépare ledit second conduit de la section M du premier conduit 12. Dans le second conduit 15, au niveau de son orifice d'échap- pement 16, se trouve la soupape 17 qui prend la forme d'un clapet 43 dont une extrémité est solidaire d'un axe vertical supporté à pivotement d'une manière appropriée quelconque entre la paroi inférieure 31 du corps de dispositif 11 et le cloisonnement horizontal 37. L'axe 40 du clapet 43 traverse la cloison 37 (voir figure 5) et se termine par un bras radial 41. Ce bras 41 est soumis à l'action de l'actionneur 19 et d'un ressort de rappel 42. L'actionneur 19, le ressort 42 et le bras 41 sont situés au-dessus de la cloison 37. La sonde 18 est placée en partie dans la section H du premier conduit 12 et en partie dans la section M de ce conduit, en étant supportée par la cloison 37, par l'inter- médiaire d'un support 46, d'une manière qui permet à cette sonde de s'étendre en porte-à-faux dans ladite section H. Le raccordement de recyclage 21 est en pratique constitué par une partie de conduit 15 qui s'étend au-delà du clapet 43 pour venir déboucher dans la section de conduit H à travers une ouverture 21A formée dans la cloison 34 dans une position diagonalement opposée à l'ouverture 35 reliant les sections H, M du premier conduit 12. Dans la figure 4, on a indiqué en tirets les deux positions extrêmes de la course du clapet 43. Bien entendu, le corps 11 est pourvu d'au moins une porte d'accès, non représentée pour des raisons de clarté. Le dispositif de l'invention fonctionne d'une manière irréprochable, complètement passive, sans nécessiter l'emploi d'énergie électrique, donc de raccordements élec- triques, et il est facile à enlever et à remplacer. -9 Seul le cas d'un usage du dispositif dans des régions à très basses températures, par exemple -25/35 C, peut suggérer l'opportunité d'utiliser un élément réchauffeur de démarra- ge qui peut présenter la forme de résistances électriques 50 situées dans la section H du premier conduit 12 entre la prise d'air 13 et le filtre 14; ces résistances peuvent être mises en circuit manuellement lors d'un premier démar- rage, ou pendant l'entretien, dans le but de maintenir la température de l'air dans des limites acceptables, ou pour dégivrer ou déshumidifier le système si nécessaire. Des contacts thermostatiques 51, 52 fonctionnant en moyens d'avertissement peuvent également être prévus à l'entrée 7 de l'enceinte 4. A titre d'exemple, deux de ces moyens, réglés par exemple à 5 C et 50 C, peuvent être reliés à une porte logique 53 pour fournir un signal - par exemple un signal lumineux 54 - d'avertissement général du niveau de température. - 10 - Revendications 1. Dispositif de traitement de l'air de refroidisse- ment pour tube émetteur de grande puissance, le tube émetteur étant placé dans une enceinte dans laquelle une circulation d'air forcée est provoquée entre un point d'entrée et un point de sortie de ladite enceinte, caractérisé en ce qu'il comporte un premier conduit (12) qui s'étend entre une prise d'air (13) extérieur et ledit point d'entrée (7) de l'enceinte (4) et dans lequel un filtre (14) est monté, et un deuxième conduit (15) qui s'étend entre ledit point de sortie (8) de l'enceinte (4) et un orifice d'échappement (16) vers l'extérieur et-dans lequel est montée une soupape (17) servant à contrôler, sous l'effet d'une sonde pyrométrique (18), l'écoulement d'air dans un conduit de raccordement (21) relié au premier conduit (12) entre la prise d'air extérieur (13) et le filtre (14), dans le but de recycler dans le système une fraction de l'air convoyé vers l'orifice d'échappement (16). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sonde (18) est une sonde à dilata- tion dont la dilatation, fonction de la température détec- tée, est utilisée pour commander la soupape (17) par l'intermédiaire d'un actionneur (19). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite sonde (18) et ledit actionneur (19) forment un thermostat à actionnement automatique. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape (17) comprend un clapet (43) monté à pivotement à proximité de l'orifice d'échappe- ment (16) et relié à un bras (41) sur lequel l'actionneur (19) agit à l'encontre d'un ressort (42). - 11 - 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice d'échappement (16) et la prise d'air (13) sont conformés en gueules-de-loup. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une résistance chauffante (50) est placée entre la prise d'air (13) et le filtre (14) en vue d'un réchauffement de départ. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens (51, 52) sont prévus entre le filtre (14) et ledit point d'entrée (7) qui ont pour rôle de détecter des températures critiques et de commander un signal d'avertissement (54). 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un corps sensiblement en caisson (11) relié de manière amovible à une partie exté- rieure d'une station (2) o le ou les tubes émetteurs de puissance (5) sont placés. - 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier conduit (12) comprend deux sections (H, M) d'aires transversales différentes, et que, dans la plus grande, se trouve placé le filtre (14), lesdi- tes sections de conduit (H, M) se situant respectivement à côté dudit second conduit (15) et horizontalement et verti- calement par rapport à lui. 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit de raccordement (21) est un prolongement du second conduit (15) s'étendant au-delà de l'orifice d'échappement (16), notamment au-delà du clapet (43), ce prolongement débouchant dans la grande section (H) du premier conduit (12) à travers une ouverture (21A) dans une cloison (34) qui sépare ladite grande section (H) dudit second conduit (15). - 12 - 11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sonde pyrométrique (18) est placée entre le filtre (14) et le point d'entrée (7) dans l'encein- te (4).