FR2555715A1 - Dispositif detecteur de la formation de givre sur des echangeurs a ailettes - Google Patents

Abstract

POUR DETECTER L'APPARITION DE GIVRE SUR UN TUBE 1 A AILETTES 2 AGISSANT EN ABSORBEUR DE CHALEUR, ON FAIT PASSER EN LIGNE DROITE UN FAISCEAU LUMINEUX ENTRE UNE SOURCE DE LUMIERE 3 ET UN RECEPTEUR 4 A TRAVERS UN GROUPE DESDITES AILETTES. LE FAISCEAU PEUT, COMME MONTRE, ETRE PARALLELE AU TUBE 1, AUQUEL CAS IL PASSE A TRAVERS DES PERFORATIONS 2A OU AUTRE GENRE D'ENTAILLES DES AILETTES, L'EMETTEUR 3 ET LE RECEPTEUR 4 POUVANT ETRE LOGES DANS DES CREUSURES PRATIQUEES DANS PLUSIEURS AILETTES SUCCESSIVES DANS LE CAS DE TUBES 1 DE GRANDE LONGUEUR. EN VARIANTE LE FAISCEAU EST PERPENDICULAIRE AU TUBE ET PASSE ENTRE DEUX AILETTES OU DAVANTAGE.

Description

On sait que certains échangeurs travaillant en absorbeurs de chaleur et comportant des ailettes exposes à un courant d'air extérieur risquent de givrer par temps froids et de perdre ainsi leur efficacité, la couche de givre agissant à la façon d'un isolant. I1 en est plus particulièrement ainsi des évaporateurs associés aux pompes à chaleur.

On a donc été amene à imaginer des appareils propres à détecter l'apparition du givre sur de tels changeurs, de façon à déclencher alors un cycle opératoire approprié assurant le dégivrage, par exemple le simple arrêt de la machine, la mise en oeuvre d'un système de réchauffage, etc On a notamment etabli des détecteurs photo-électriques dans lesquels l'apparition du givre influe sur la transmission de la lumière entre une source et un récepteur. Toutefois les appareils proposés à ce jour sont relativement compliques et ils exigent soit une conformation particulière de l'eehangeur sur lequel on désire les monter, soit d'être installes à des emplacements particuliers, et ainsi ils répondent mal à la fonction qu'on attend d'eux.

L'invention vise au contraire à établir un appareil très simple et qui puisse se monter sur un échangeur à ailettes existant sans qu'il soit besoin de modifier celui-ci dans une mesure notable.

Conformément a l'invention, l'on fait passer un faisceau lumineux en ligne droite à travers un groupe d'ailettes successives de ltéchangeur pour le faire arriver à un récepteur, de manière telle que dès que le givre commence à se former la quantité de lumière parvenant au récepteur diminue dans une mesure suffisante pour assurer le déclenchement d'un signal approprie.

Le faisceau peut être orienté perpendiculairement aux ailettes, auquel cas celles-ci doivent être perforées ou entaillées pour son passage. I1 peut également leur être parallale en passant ainsi entre elles.

Dans tous les cas, la disposition suivant l'invention permet d'assurer une certaine temporisation du signal de givrage. L'expérience montre en effet que la formation du givre favorise au début l'échange de chaleur au lieu de le gêner. En disposant convenablement le parcours du faisceau detecteur par rapport aux ailettes, on peut obtenir que le déclenchement du signal n'apparaisse qu'arcs que le givrage ait commence sur la partie de celles-ci la plus rapprochez du tube adjacent de l'echangeur.

Le dessin annexe, donne à titre d'exemple, permettre de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle pressente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer
Fig. 1 est une vue de cté avec coupe partielle montrant schématiquement une forme d'exécution de l'invention.

Fig. 2 est une coupe transversale suivant II-II (fig. 1).

Fig. 3 est une vue semblable à celle de fig. 1, mais correspondant à un cas pratique d'application de la forme exécution précitée de l'invention å un échangeur tubulaire à spires droites multiples.

Fig. 4 et 5 sont des coupes transversales partielles suivant IV-IV et V-V.

Fig. 6 est une coupe semblable à celle de fig. 5, mais montrant une variante.

Fig. 7 est une coupe semblable à celle de fig. 4, mais indiquant un mode de fixation commode de l'émetteur de lumière sur une spire du serpentin.

Fig. 8 montre en vue de côté une seconde forme d'exécution de l'invention appliquée à un tube isole à ailettes circulaires.

Fig. 9 est une coupe transversale suivant IX-IX (fig. 8).

Fig. 10 est une vue semblable à celle de fig. 8, mais indiquant une variante.

Fig. 11 montre une autre variante de la disposition de fig. 8.

Fig. 12 est une coupe transversale partielle d'un serpentin à spires droites multiples comportant application de la seconde forme d'exécution précitée.

Fig. 13 montre une variante de la disposition de fig. 12.

Dans la disposition schématiquement représentée en fig. 1 et 2, on trouve un tube 1 pourvu d'une série de dix ailettes circulaires successives 2. Chacune de ces ailettes comporta une perforation 2a et celles-ci sont alignées suivant un axe parallèle à celui du tube 1. De part et d'autre de l'ensemble des ailettes 2 et sur l'axe commun des perforations 2a l'on a disposé d'un côté un émetteur lumineux 3, de l'autre un récepteur correspondant 4 propre à répondre à la lumière qui lui parvient de cet metteur.

On comprend que si les choses ont été convenablement agencées, aussi longtemps que les ailettes 2 ne sont pas givrées le récepteur 4 détecte la lumière reçue et engendre un signal correspondant. Dès que le givrage apparait, la section libre des perforations 2a diminue et par conséquent le signal engendré par le récepteur 4 s'abaisse de façon correspondante. Cet abaissement peut aisément être décelé et être utilisé pour déclencher le cycle de dégivrage prévu pour l'échangeur auquel appartient le tube 1.

Par ailleurs, on comprend que le givre commence à apparaître sur la périphérie du tube 1, puis s'étend progressivement sur chaque ailette 2 dans le sens radial. Il s'écoule donc un certain temps entre le début du givrage et l'instant où celui-ci est détecté, ce qui assure la temporisation favorable dont il a été parle plus haut. Cette temporisation est évidemment fonction de plusieurs facteurs, tels notamment que la conductivité thermique des ailettes et la dimension des perforations 2a. En agissant sur le diamètre de celles-ci ainsi que sur leur écartement par rapport au tube 1, on peut le régler à la construction dans une mesure qui s'avare suffisante pour la pratique.

L'émetteur 3 peut être constitue par une ampoule à incandescence ou à décharge ou, mieux, par une diode électroluminescente (diode à jonction p-n). I1 peut comporter une lentille ou réflecteur de concentration du faisceau lumineux. Le récepteur 4 est avantageusement établi sous la forme d'une cellule photo-électrique ou similaire sensible, si possible de façon sélective à la radiation de l'émetteur de façon à limiter les effets parasites de la lumière ambiante. On pourrait d'ailleurs utiliser un ou deux filtres optiques pour mieux assurer l'effet sélectif recherche.

Dans la pratique, le schema de fig. 1 et 2 ne convient guère puisqu'il suppose un tube à ailettes circulaires de longueur relativement faible, alors qu'an réalité les échangeurs du genre en question se présentent sous la forme de serpentins à spires droites multiples de grande longueur, les ailettes étant ellasqamas des rectangles très allonges qui s'étendent sur toute la largeur de l'ensemble de ces spires. Pour s'adapter à pareille réalisation l'on peut, comme montré fig. 3 à 5, loger l'émetteur 3 et le récepteur 4 dans des creusures 3a, respectivement 4a, entaillées localement dans les ailettes 2.

Chaque spire du tube 1 peut alors comporter une longueur bien supérieure à ltécartement séparant l'émetteur 3 du récepteur 4.

En variante, on pourrait disposer l'émetteur 3 et le récepteur 4 sur le côté des ailettes, orienter le faisceau perpendiculairement au tube 1 et le renvoyer à 90 une première fois pour l'orienter parallèlement à celui-ci, puis une seconde pour le renvoyer au récepteur, en utilisant à cet effet des miroirs ou des conducteurs de lumière.

I1 est possible de recouvrir localement les ailettes d'un cache tel que celui indiqué en traits discontinus en 5 pour~réduire les éclairements parasites éventuels, étant note que de tels caches peuvent également avoir une influence sur le courant d'air qui balaye les ailettes et par conséquent sur l'apparition du givre sur le trajet du faisceau lumineux.

Dans la variante de fig. 6, on a remplacé les perforations 2a de fig. 5 par des entailles 2b ou, en d'autres termes, on a fait déboucher les perforations précitées vers le bord adjacent des ailettes, ce qui peut faciliter la réalisation de l'espace vide ménagé pour le passage du faisceau lumineux.

Fig. 7 indique un mode de fixatiodcommode de l'émetteur 3 sur la spire adjacente du tube 1 par le moyen d'une pince élastique 6 fixée à cet émetteur et qui vient s'enclencher sur le tube entre deux ailettes consécutives. Il convient alors que le jeu de cet émetteur dans la creusure 3a soit aussi réduit que possible. Le même mode de fixation est évidemment applicable au récepteur 4.

On notera que si dans la disposition à pince de fig. 7 11 axe émetteur-récepteur (ctest-à-dire l'axe du faisceau-lumineux) doit se trouver substantiellement à l'aplomb de celui de la spire considérée du tube 1, il nten va pas de même dans les autres cas. Ainsi en fig. 4, par exemple, cet axe pourrait se trouver sur les ailettes à mi-chemin entre deux spires successives du tube, c'est-à-dire sur l'axe transversal indiqué an A.Cela peut avoir une certaine importance pratique, car avec un courant d'air transversal au serpentin, les conditions de température et de givrage ne sont pas tout à fait les mimes entre deux spires où l'air circule librement, que dans l'alignement de l'une d'entre elles où il existe nécessairement une zone tourbillonnaire.

Par ailleurs, on comprend que dans la disposition de fig. 6 la profondeur des entailles 2b peut être quelconque. A la limite elle pourrait même être nulle, ce qui entraînerait toutefois l'inconvénient que la détection risquerait d'être influencée par des effets extérieurs parasites, meme avec l'adjonction de caches de recouvrement.

Fig. 8 et 9 montrent une autre forme d'exécution de l'invention que, comme dans le cas en fig. 1 et 2, l'on a supposée appliquée à un tube unique à ailettes circulaires. Ici l'metteur 3 et le récepteur 4 sont disposés suivant un axe transversal par rapport au tube 1, bien entendu å une distance suffisante de l'axe de celui-ci pour ne pas le rencontrer. Le faisceau lumineux, schématisé en 7, passe alors entre deux ailettes 2 successives. Si ces dernières sont suffisamment rapprochées, comme cela est le cas en pratique, des que le givre commence à se former il réduit la quantité de lumière reçue par le récepteur 4 et détermine l'apparition du signal de givrage. La temporisation se règle en faisant passer le faisceau 7 plus ou moins près du tube 1. Bien entendu, les ailettes peuvent présenter tout profil non circulaire.

Fig. 10 se distingue de fig. 8 en ce que l'émetteur 3 et le récepteur 4 sont prévus de dimensions suffisantes pour que le faisceau lumineux qui les relie passe entre plusieurs couples successifs d'ailettes 2, ce qui réalise une détection moins localisée, donc plus sûre.

Dans les formas d'exécution de fig. 8 à 10, il apparat parfois que ltécartement entre les ailettes 2 successives s'avère trop faible pour diverses raisons, notamment pour permettre une temporisation suffisante, le faisceau 7 étant amena à passer assez praos du tube 1, ainsi qu'on peut le voir en fig. 9. Il peut donc s'avérer intéressant de supprimer une ailette pour disposer d'un espace plus large, ainsi que cela a été représenté en fig. 11. On conçoit encore que si l'on envisage d'utiliser un faisceau lumineux de largeur importante, comme dans le cas de fig. 10, c'est alors une ailette sur deux qu'on doit supprimer dans la zone intéressée.

Fig. 12 montre l'application de la forme d'exécution de fig. 8 à 11 à un serpentin (tube 1) dont les spires élémentaires successives comportent des ailettes rectangulaires allongÉes 2 qui leur sont communes. L'axe 7 du faisceau est transversal par rapport au plan du serpentin et il passe à mi-chemin entre deux spires successives. Bien entendu, comme en fig. 10 ce faisceau 7 pourrait être assez large pour intéresser plus de deux ailettes.

Fig. 13 montre une disposition préférée qui se distingue de celle de fig. 12 en ce que l'axe 7 est oblique par rapport au plan précité. Cet agencement comporte l'avantage que l'émetteur 3 et le récepteur 4 peuvent être disposes dans l'alignement transversal des deux spires considérées, de sorte que leur présence gêne le moins possible la circulation du courant d'air indiquée parles flèches 8. En outre, la zone de détection (c'est-a-dire la partie de la surface des ailettes 2 qui se trouve au voisinage immédiat du faisceau 7) internasse tout l'espace situe entre les deux spires 1 et non plus seulement la partie centrale de cet espace, comme en fig. 12. La détection est donc la encore moins localisée et sa sécurité se trouve donc augmentée.

I1 doit d'ailleurs entre entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limita nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Dispositif détecteur de givre pour échangeurs à ailettes travaillant an absorbeurs de chaleur dans un courant d'air extérieur, et notamment pour évaporateurs de pompes à chialeur, du genre comportant un émetteur lumineux et un détecteur correspondant agences de maniera telle que le givrage influe sur la lumière qui parvient au récepteur, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire passer un faisceau lumineux en ligne droite 9 partir de l'ematteur (3) en direction du récepteur (4) à travers un groupe d'ailettes (2) successives.

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le trajet du faisceau lumineux est substantiellement perpendiculaire aux plans des ailettes (2) du groupe considéré et en ce que celles-ci sont découpées d'ouvertures alignées pour permettre son passage.

3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisE en ce que les ouvertures pratiquées dans les ailettes (2) du groupe considéré sont des perforations (2a).

4. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les ouvertures pratiquées dans les ailettes (2) du groupe considéré sont des entailles (2b) qui débouchent sur le bord adjacent de ces ailettes.

5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un au moins de l'emetteur et du récepteur est logé dans une creusure de dimensions correspondantes pratiquée dans au moins une ailette (2) bordant le groupe considéré.

6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce-que celui de l'émetteur (3) et du récepteur (4) est logé dans une creusure des ailettes (2) est fixé a la partie adjacente du tube (1) dont ces ailettes sont solidaires par le moyen d'une pince élastique (6) s'enclenchant sur lui.

7. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau lumineux (7) est substantiellement parallèle aux plans des ailettes (2) et passe entre au moins deux successives de celles-ci.

8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que 1'écartement entre les ailettes (2) successives est plus grand dans la zone du trajet (7) du faisceau lumineux qu'en dehors de celle-ci.

9. Dispositif suivant la revendication 7, applicable à un échangeur comportant un tube disposa en serpentin suivant une succession de spires droites parallèles définissant un plan moyen, caracterisé en ce que le trajet (7) du faisceau lumineux est substantiellement perpendiculaire à ce plan et passe entre deux spires successives du tube (1).

10. Détecteur suivant la revendication 7, applicable un échangeur comportant un tube disposé en serpentin suivant une succession de spires droites parallèles définissant un plan moyen, cet échangeur étant traversé par un courant d'air orienté substantiellement perpendiculairement à ce plan, caractérisé en ce que le trajet (7) du faisceau lumineux est orienté obliquement par rapport audit plan, de manière que 1'émetteur et le récepteur se trouvent substantiellement dans llalignement transversal de deux spires successives, l'un en avant de l'une, l'autre en arrière de l'autre par rapport au sens d'écoulement du courant d'air.

11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé encre qu'il assure une temporisation déterminez entre le début de l'apparition de givre et l'instant de la détection de celui-ci.