CH655781A5 - Procede et dispositif de surveillance et de commande d'un evaporateur. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de surveillance et de commande d'un évaporateur en vue de détecter la présence de givre à sa surface et de déclancher 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 où cet air échange ses calories avec un fluide frigorigène circulant à l'intérieur de cet évaporateur 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'évaporateur 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 permettant de détecter la présence de givre et déclencher l'opération 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'évaporateur 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 présentant 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'installation 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 nécessitent alors un réglage sur place de l'installation.
Au contraire, l'invention prévoit un procédé et un dispositif de détection de la présence de givre qui permettent de pallier à ces inconvénients dont le fonctionnement n'est pas tributaire des variations des différents paramètres ci-dessus cités et qui ne nécessitent aucun réglage lié au site où est installé l'évaporateur.
Pour cela l'invention prévoit un procédé de surveillance et de commande d'un évaporateur en vue d'assurer la détection et l'élimination du givre sur la surface de l'évaporateur, un premier fluide circulant dans l'évaporateur et étant en contact avec un second fluide mis en mouvement de façon à le traverser, le second fluide étant susceptible de céder sa chaleur au premier fluide et de provoquer son évaporation, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer un paramètre PI représentatif de l'état du second fluide en amont de l'évaporateur et un paramètre P2 représentatif de l'état du même second fluide en aval de l'évaporateur, ces mesures étant
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effectuées à des instants ti déterminés à partir d'un instant initial, à calculer pour chaque instant ti 1 a différence A Pi existant entre les deux paramètres PI et P2, à comparer à chaque instant la différence A Pi avec la différence A Po mesurée à l'instant initial, cette comparaison se faisant sous la forme d'une soustraction dont le résultat est un paramètre 8, et à commander le dégivrage de l'évaporateur quand 5 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 extérieurs.
La différence A Po peut être comparée à l'instant to, à une valeur Co, et le dégivrage est commandé quand A Po est supérieur à Co. Cette valeur Co est choisie d'après les caractéristiques du dispositif. Cette étape du procédé permet de s'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 préférence, elle est répétée plusieurs fois si nécessaire et l'installation est arrêtée si, après un nombre d'essais, par exemple quatre, la différence A Po n'est pas devenue supérieure à la consigne Co.
Enfin la commande du dégivrage de l'évaporateur peut être interrompue quand le paramètre P2 devient supérieur à une valeur de consigne C2.
De préférence, le paramètre mesuré est la température ou encore la pression.
Un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention est défini par la revendication 6.
Selon un mode de réalisation préférentielle, les moyens de mesure sont des capteurs de température fournissant 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 les moyens de mesure de la température peuvent comporter:
- au moins deux résistances variables avec la température parcourues par un courant d'intensité grossièrement réglable et montées en série avec deux résistances étalons,
- un moyen de multiplexage du signal 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 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 étant directement traités par le microprocesseur.
Le moyen de transformation peut générer des signaux alternatifs dont la période est proportionnelle 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.
De préférence, les moyens de traitement sont constitués par un microprocesseur permettant 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 annéxés 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.
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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 io 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 chaleur de la pompe à chaleur représenté par le rectangle (5) et qui comporte, notamment et d'une îs 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 20 d'un interrupteur 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 2s convertisseurs analogique numérique (31) et (32).
Le dispositif ainsi représenté fonctionne de la manière suivante. Le système est mis en fonctionnement normal, c'est-à-dire que le fluide frigorifique circule dans l'évaporateur, le circuit de contournement (6) est fermé, le ventilateur (3) aliso mente 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 ss intervalles de temps réguliers de l'ordre de 1 seconde, le calcul de la différence A T entre la température mesurée par la sonde 9 et celle mesurée par la sonde 10. La première mesure faite A To est prise comme mesure de référence et donc mise en mémoire. A chaque instant ti, le microproces-40 seur compare A Ti à A To. Dès que A Ti devient supérieur à A To augmenté d'une constante K, le microprocesseur élabore un signal actionnant l'interrupteur (8) du ventilateur. Ce signal agit aussi sur le servomoteur (30) qui actionne la vanne trois voies (7) de façon à ce que le fluide frigorifique circule 45 dans le circuit de contournement (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 microprocesseur élabore un nouveau signal qui par action de l'interrupteur (8) et du servomoteur (30) so remet le système en fonctionnement normal de sorte que le cycle reprend comme précédemment.
Ce système effectue aussi une surveillance de l'installation au démarrage qui permet de prendre en compte la situation où l'évaporateur serait givré lors de la mesure de A To, ou 55 celle liée à un fonctionnement défectueux du circuit de circulation du fluide frigorifique. Pour cela le microprocesseur compare l'intervalle A To à une valeur limite et déclenche le dégivrage si A To est supérieur à cette valeur. En effet, dans ce cas on considère que l'échange thermique ne s'est pas bien 60 fait et que l'évaporateur est givré. Cette opération peut être répétée un certain nombre de fois jusqu'à obtention d'un fonctionnement normal mais le microprocesseur va déclencher un arrêt total si ce fonctionnement normal n'est pas obtenu au bout d'un nombre déterminé de dégivrages: par 65 exemple 4. Cette phase du procédé permet donc de s'assurer que la valeur A 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
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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 précisément dans la demande de brevet FR 8 219 765 à laquelle il est fait explicitement référence.
Sur cette figure 2, les éléments indentiques à ceux de la fîgurel portent les mêmes repères. De part et d'autre de l'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 l'ensemble 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 tensions aux bornes des résistances variables et aux bornes des résistances étalon. La sortie du multiplexeur est reliée à un amplificateur (110) puis à convertisseur analo-gique-numérique (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° 8 219 765 à la description faite en référence à la figure 1 on comprend aisément que le fonctionnement du dispositif représenté est assuré principalement par le microprocesseur qui non seulement s effectue les adressages du multiplexeur et les règles de trois permettant le calcul des températures mais encore fait les diverses opérations nécessaire à la détection de la présence de givre sur l'évaporateur.
Le convertisseur analogique (111) est, de préférence, similaire au V.C.O. décrit dans la demande de brevet n° 8 219 765 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'impulsions 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° 8 006 103 «Installation de chauffage pour locaux à usage d'habitation ou industriel».
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Claims (10)
1. Procédé de surveillance et de commande d'un évapora-teur dans lequel circule un premier fluide, qui est au contact d'un second fluide mis en mouvement de façon à le traverser, le second fluide étant susceptible de céder sa chaleur au premier fluide et de provoquer son évaporation, le 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 PI, représentatif de l'état du second fluide en amont de l'évaporateur et un paramètre P2 représentatif de l'état du même second fluide en aval de l'évaporateur, ces mesures étant effectuées à des instants ti, déterminés à partir d'un instant initial, à calculer pour chaque instant la différence A Pi existant entre les deux paramètres PI et P2, à comparer à chaque instant ti la différence A Pi avec la différence A Po mesurée à l'instant initial, cette comparaison se faisant sous la forme d'une soustraction dont le résultat est un paramètre S et à commander 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 différence A Po est comparée au moins une fois, à l'instant to, à une valeur de consigne Co et que le dégivrage est commandé quand A Po est supérieur à Co.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande du dégivrage est interrompue quand le paramètre P2 devient supérieur à une valeur de consigne C2.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le paramètre mesuré est la pression.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le paramètre mesuré est la température.
6. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant 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 le second fluide, des moyens de traitement des signaux provenant de ces capteurs, lesdits moyens permettant 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 comparaison.
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 les moyens de traitement sont constitués par un microprocesseur.
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, et en ce qu'il comporte en outre un moyen de multiplexage du signal 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 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 des voies d'entrée afin de la mettre en communication avec ladite voie de sortie, et 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, les 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 alternatifs dont la fréquence est proportionnelle à la tension du signal correspondant.
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