Brevet FR2482712A1 — publié le 19811120

L'invention concerne d'une manière générale les équipements de réfrigération, notamment ceux du type commercial utilisés pour la réfrigération de vitrines dans des supermarchés ou établissements analogues. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de commande automatique utilisant un ou plusieurs éléments sensibles à l'apparition d'une condition indésirable dans un fluide'de réfrigération et réagissant, à cette condition, en élevant automatiquement la pression de charge à une valeur éliminant la condition détectée. Dans un système commercial de réfrigération du type utilisé dans des supermarchés ou établissements analogues, la condition connue sous le nom de "vaporisation instantanée" apparaît assez fréquemment dans la conduite de liquide s'étendant du condenseur à un ou plusieurs évaporateurs faisant partie du système. Il est souhaitable qu'un joint hydraulique, c'est-à-dire du fluide réfrigérant à l'état totalement liquide, soit présent au détendeur de chaque évaporateur du système. Le maintien du joint hydraulique empêche "le manque d'alimentation" du détendeur associé à chaque évaporateur. Autrement dit, chaque évaporateur doit être alimenté en continu en liquide réfrigérant à un débit constant pour fonctionner à son rendement maximal. La présence d'un mélange de vapeur et de liquide dans le détendeur entraîne donc une diminution souvent importante du rendement. On a proposé jusqu'à présent d'élever le rendement des évaporateurs en empêchant ou minimisant la vaporisation instantanée et le défaut ou manque d'alimentation du détendeur. Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique NI 4 167 102 décrit un dispositif destiné à empêcher le défaut d'alimentation des évaporateurs dans un système de réfrigération, dispositif dans lequel un fluide réfrigérant ou gazeux saturé est utilisé à des fins de dégivrage. La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 022 583, déposée le 21 mars 1979 au nom de WillittsD décrit également un dispositif destiné au réglage de pressions de récepteurs et ayant, entre autres fonctions, celle d'empêcher le défaut d'alimentation des détendeurs. Ces dispositifs sont très efficaces pour assumer les fonctions pour lesquelles ils sont prévus, en particulier grâce au fait qu'ils résolvent les problèmes dans des systèmes utilisant l'inversion du sens d'écoulement d'un fluide réfrigérant gazeux ("gaz chaud", "gaz froid" ou leur association). Cependant, l'invention aborde le problème de la vaporisation instantanée du fluide réfrigérant et du défaut d'alimentation des détendeurs d'une manière différente. L'invention résout donc des problèmes analogues, mais d'une manière permettant sa mise en oeuvre avantageuse dans des systèmes dans lesquels les commandes de l'art antérieur ne fonctionnent pas avec une efficacité équivalente. Brièvement décrite, l'invention est conçue en particulier pour permettre à la pression de charge de chuter à l'entrée d'un détendeur thermostatique classique d'un évaporateur jusqu'à ce que la vaporisation (c'est-à-dire un mélange de vapeur et de liquide) se manifeste en ce point. Conformément à l'invention, la présence de fluide vaporisé à l'entrée du détendeur est détectée instantanément par un dispositif sensible à cet état. Ce dispositif réagit en actionnant une vanne montée dans un conduit de dérivation entre la sortie du compresseur et un élément de réception ou réservoir du système, afin de produire un écoulement de gaz de décharge vers l'intérieur de l'élément de réception et d'élever ainsi la pression de charge dans la zone de la vanne. L'écoulement du gaz de décharge vers l'élément de réception et-l'élévation de la pression de charge à partir de la valeur ayant permis la vaporisation se poursuivent uniquement pendant la durée nécessaire au rétablissement d'un joint hydraulique à l'entrée du détendeur, c'est-à-dire aussi longtemps que la vaporisation du fluide réfrigérant persiste. Lors du rétablissement du joint hydraulique à l'emplacement du détendeur, le dispositif de détection arrête la dérivation du gaz de décharge vers l'élément de réception. De cette manière, la pression de charge présente à chaque détendeur est maintenue à une valeur minimale assurant efficacement le maintien du joint hydraulique souhaité à l'entrée de chaque détendeur. Le maintien de la pression de charge à cette valeur minimale mais efficace empèche le défaut ou manque d'alimentation du détendeur, tout en diminuant la consommation d'énergie et en accroissant la capacité du ou des compresseurs utilisés dans le système de réfrigération. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 représente -schématiquement un système de réfrigération comportant le dispositif de commande automatique de la pression de charge selon l'invention, un dispositif de détection indépendant étant associé à chaque évaporateur du système; et - la figure 2 représente schématiquement un système de réfrigération dans lequel un seul dispositif de détection est commun à tous les évaporateurs du système. L'invention est utilisée avantageusement dans des systèmes de réfrigération commerciaux classiques, tels que ceux mis en oeuvre pour réfrigérer des vitrines dans des supermarchés ou d'autres établissements commerciaux. Ainsi, la figure 1 représente à titre d'exemple un système de réfrigération comprenant plusieurs compresseurs 10, 12 et 14 montés en parallèle de manière à décharger un fluide réfrigérant gazeux et comprimé dans une tubulure commune 16 aboutissant à une conduite 18 de décharge de gaz chauds qui est reliée a un condenseur 20 avantageusement refroidi par l'air ambiant et de capacité suffisante pour condenser la production totale des trois compresseurs. Le condenseur 20 débite le liquide réfrigérant dans un conduit 22 d'écoulement du condenseur et dans un conduit 24 de liquide en passant par une vanne 26 sensible à la pression. Un réservoir 28 d'expansion communique par son fond avec le conduit 24 de liquide au moyen d'un conduit 30 de branchement. Le conduit 24 de liquide est relié à une série d'évaporateurs montés en parallèle, comme représenté en 32 et 34. Les évaporateurs comportent, à leurs extrémités d'entrée, des détendeurs 36 et 38, respectivement. Le fluide réfrigérant pénétrant dans les évaporateurs en passant par les détendeurs et provenant du conduit de liquide retourne aux compresseurs 2Ib82712 par des conduits 42a et 42b de retour qui communiquent avec une tubulure commune 44 de retour communiquant elle-même avec un conduit 45 d'aspiration commun à tous les compresseurs. L'invention n'est pas limitée à un système utilisant plusieurs compresseurs et/ou plusieurs évaporateurs. Elle peut être mise en oeuvre avantageusement dans des systèmes utilisant un ou plusieurs compresseurs ainsi qu'un ou plusieurs évaporateurs. Cependant, une installation commerciale utilisée typiquement dans un supermarché comporte, comme représenté, plusieurs compresseurs montés en parallèle, et une batterie d'évaporateurs qui, dans le-même système, sont également montés en parallèle. Le perfectionnement constitué par la présente invention est indiqué globalement en 46 sur la figure 2 et en 46a pour la forme préférée de réalisation représentée sur la figure 1. Dans la forme de réalisation de l'invention montrée sur la figure 1, des dispositifs indépendants 48a et 48b de détection sont montés de manière à détecter l'état du liquide réfrigérant arrivant aux évaporateurs 32 et 34 par des conduits d'entrée respectifs 49a et 49b. Les dispositifs de détection de la forme de réalisation représentée comprennent des indicateurs de niveau qui sont montés directement dans les conduits d'entrée respectifs des évaporateurs. Le liquide réfrigérant s'écoulant vers les détendeurs passe donc dans les indicateurs de niveau, immédiatement en amont des détendeurs respectifs. A cet emplacement, le fluide réfrigérant est de préférence à l'état totalement liquide afin de former une colonne liquide pleine à l'entrée de chaque détendeur thermostatique, c'est-à-dire un joint hydraulique à l'emplacement de chaque détendeur. Le maintien du joint hydraulique à l'emplacement de chaque détendeur n'est cependant pas toujours possible pendant le fonctionnement normal d'un système de réfrigération du type décrit et représenté. En particulier, il n'est pas rare qu'une vaporisation se produise à l'emplacement d'un ou plusieurs détendeurs. A ce moment, l'intégrité du joint hydraulique est rompue, car à la place d'une colonne liquide pleine présentée au détendeur, on a un mélange de vapeur et de liquide. Lorsque la condition connue sous le nom de vaporisation apparaît, le fluide réfrigérant perd de sa clarté normale, c'est-à-dire qu'à partir d'une condition ou d'un état dans lequel il présente les caractéristiques visuelles de l'eau claire, il se volatilise pour prendre un aspect trouble et réfléchit tout rayon lumineux dirigé vers lui. A ce moment, on peut noter qu'il est possible de disposer d'autres évaporateurs, ainsi que de détecteurs supplémentaires associés à ces autres évaporateurs, comme montré schématiquement sur la figure 1. Cependant, pour plus de clarté, l'invention sera décrite dans son application à un système n'utilisant que deux évaporateurs et deux dispositifs associés de détection, à savoir un pour chaque évaporateur. Une électrovanne classique 56 commande l'écoulement dans un conduit 58 établissant une communication entre le conduit 18 de décharge du compresseur et le haut du réservoir 28 d'expansion. Un clapet de retenue classique 60 est monté dans le cas décrit entre le réservoir d'expansion et l'électrovanne. Ce montage empêche tout écoulement du réservoir vers le conduit de décharge du compresseur dans le cas o la pression du réservoir dépasse celle régnant dans le conduit de décharge du compresseur alors que l'électrovanne 56 s'ouvre. Les circuits électriques au moyen desquels le fonctionnement de l'équipement ou des dispositifs, dans ce cas l'électrovanne 56, est commandé à l'aide d'un ou plusieurs phototubes, sont anciens et bien connus. Ces circuits dits à "oeil électrique" sont donc représentés d'une façon très schématique. La figure 1 montre des indicateurs de niveau 48a et 48b disposés respectivement dans les positions telles qu'il interceptent les faisceaux lumineux dirigés par des sources 52a et 52b de lumière vers des phototubes 50a et b, respectivement. Les phototubes sont reliés séparément 2 482712 par des conducteurs 54a et 54b, respectivement à un circuit classique 63 d'alimentation connecté à une source 64 d'énergie électrique et commandant le fonctionnement de l'électrovanne 56 par l'intermédiaire de conducteurs 62. Dans le circuit d'alimentation typique à "oeil électrique", le signal résultant de l'arrivée de la lumière sur la cathode du phototube est amplifié dans le circuit typique à 'oeil électrique" représenté afin de commander un relais ou autre élément faisant partie de ce circuit pour qu'il commande lui- même le passage du courant de la source 64 d'alimentation vers l'électrovanne 56. En ce qui concerne, par exemple, l'évaporateur 34, si le fluide réfrigérant passe dans l'indicateur 48b de niveau à l'état totalement clair et liquide, correspondant au maintien d'un bon joint hydraulique au détendeur 38, le faisceau lumineux n'est pas interrompu entre la source 52b de lumière et le phototube 50b. Dans ces circonstances, le phototube est excité afin de transmettre un signal au circuit 63 de commande montré sur la figure 1. On suppose que la vanne 56 est du type normalement fermé lorsqu'elle est désexcitée. Le relais ou tout autre élément équivalent approprié du circuit 63 peut être, dans ce cas, normalement excité en présence du signal provenant du phototube 50b, afin de maintenir le circuit ouvert entre la source d'alimentation et la bobine de l'électrovanne. Ceci constitue le fonctionnement normal et efficace dans le cas o aucune vaporisation n'apparait à l'entrée de l'un quelconque des détendeurs. Dans ces conditions, la pression de charge est assez élevée, dans le conduit 24 de liquide et, par conséquent, dans les conduits d'entrée 49a et 49b des évaporateurs, pour maintenir un bon joint hydraulique à l'emplacement des détendeurs. Il n'existe aucune raison de maintenir artificiellement la pression de charge en ces points à une valeur supérieure à celle nécessaire au maintien d'un bon joint hydraulique et, par conséquent, d'un fonctionnement correct et efficace des évaporateurs. Si la pression de charge chute, aucun problème n'apparaït à l'emplacement des détendeurs à moins et avant que la pression descende au point de produire une vaporisation du liquide dans un ou plusieurs des indicateurs de niveau. A ce moment, comme indiqué précédemment, l'électrovanne s'ouvre immédiatement et, en dirigeant le gaz chaud du conduit 18 de décharge dans le réservoir, elle provoque l'application d'une pression supplémentaire au liquide contenu dans le réservoir et, par conséquent, au liquide réfrigérant circulant dans le conduit 24 et dans les conduits d'entrée des évaporateurs. La vanne reste ouverte et la pression de charge s'élève dans le conduit de liquide uniquement pendant le temps nécessaire à l'élimination de la condition de vaporisation et au rétablissement de la condition souhaitée qui correspond à la présence d'une colonne liquide pleine à l'entrée du ou des détendeurs affectés. La connexion des phototubes au circuit de commande est évidemment réalisée, dans la forme de réalisation de la figure 1, de manière que l'électrovanne s'ouvre lorsqu'une vaporisation est détectée dans l'un quelconque des conduits d'entrée des évaporateurs. Il n'est pas nécessaire qu'une évaporation se produise dans tous les conduits pour que l'électrovanne s'ouvre. Dans la forme de réalisation de la figure 2, un indicateur unique 48 de niveau est placé sur le trajet d'un faisceau lumineux compris entre une source 52 de lumière et un phototube- 50 qui est relié par des conducteurs 54 au circuit 63 de commande. Dans ce cas, un seul indicateur de niveau détecte l'apparition d'une vaporisation pour tous les évaporateurs et peut être placé en un point quelconque du conduit 24 de liquide, en amont du ou des évaporateurs vers lesquels le liquide réfrigérant s'écoule par le conduit de liquide. Dans les exemples représentés, le dispositif de détection est illustré sous la forme d'un indicateur de niveau, d'une source de lumière et d'un phototube. Cependant, l'invention prévoit l'utilisation d'autres dispositifs de détection pouvant détecter la présence d'une vaporisation du liquide réfrigérant. Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique NI 4 138 879 décrit un détecteur destiné à être utilisé dans un système réfrigérant et conçu pour détecter la présence de bulles dans un liquide de refroidissement. Ce dispositif de détection pourrait être utilisé avantageusement à la place du phototube et de l'indicateur de niveau. Ce dispositif de détection et le circuit d'amplifica- tion qui lui est associé peuvent constituer un moyen pouvant être substitué efficacement au phototube et au circuit classique d'amplification décrits dans le présent mémoire pour produire, dans un circuit de commande, un signal de réponse commandant la mise en oeuvre de l'électrovanne. Dans une forme de réalisation fonctionnelle de l'invention, il est possible de supprimer la vanne classique 26 d'écoulement du condenseur, car le dispositif de réglage de la pression de charge travaille directement d'après la détection de l'état du liquide réfrigérant -à son point critique, c'est-à-dire à son-point d'arrivée au détendeur ou aux détendeurs du système. De nombreux systèmes comprennent également des vannes de réglage de la pression du réservoir, du type décrit, par exemple, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 905 202. La possibilité de supprimer une ou plusieurs de ces vannes actuellement connues dépend évidemment de l'étendue ou de la complexité du système particulier, du milieu dans lequel il est placé et d'autres conditions telles que, par exemple, la dimension des conduits et le nombre et la capacité des évaporateurs, des compresseurs et du condenseur. En d'autres termes, bien que le système selon l'invention fonctionne réellement de manière efficace, avec une consommation minimale d'énergie pour la commande des compresseurs et avec une perte minimale de capacité des compresseurs, il n'est pas prétendu qu'il est possible, dans tous les cas, de supprimer la vanne de réglage de pression du réservoir et/ou la vanne 26, sensible à la pression, montée sur le conduit de liquide afin de commander le noyage du condenseur. On pense également que pour empêcher l'électro- vanne de s'ouvrir et de se fermer trop rapidement, un circuit de temporisation peut être nécessaire afin de bloquer l'électrovanne en position d'ouverture pendant peut-être 5 ou secondes après que l'indicateur de niveau s'est éclairci et a indiqué de nouveau la présence d'une colonne liquide pleine à l'entrée du détendeur concerné. De tels circuits sont bien connus de l'homme de l'art pour la commande d'électrovannes. On pense également qu'il peut être souhaitable d'utiliser un régulateur de pression du réservoir, monté en série avec 1'électrovanne 56, afin d'empêcher la pression du réservoir de s'élever trop rapidement et d'assumer la fonction d'un élément de sécurité dans le cas d'une défaillance possible du fonctionnement normal de l'électrovanne 56. Il est important de noter que l'invention permet une détection pratiquement instantanée d'une condition de vaporisation dans l'alimentation en liquide réfrigérant, cette condition apparaissant à un ou plusieurs détendeurs du système de réfrigération, et qu'une réaction automatique à cette détection consiste à permettre un écoulement de gaz chaud du conduit de décharge du compresseur vers une zone du réservoir dans laquelle le gaz déchargé exerce une pression à l'intérieur de ce réservoir, cette pression élevant elle-même la pression de charge du conduit de liquide dans la mesure nécessaire au rétablissement d'une colonne liquide pleine et d'un bon joint hydraulique au niveau du détendeur affecté. L'invention permet également à la pression de charge régnant dans le conduit de liquide de descendre, au lieu d'être maintenue artificiellement à un niveau prédéterminé, jusqu'à ce qu'une vaporisation se produise. A ce moment, la-réaction automatique indiquée ci-dessus se produit afin d'élever la pression de charge uniquement pendant la durée nécessaire à la suppression de la condition de vaporisation. Ceci maintient la pression de charge à la valeur la plus basse à l'emplacement des détendeurs o elle peut descendre de manière sûre, sans briser l'intégrité du joint hydraulique présent à l'emplacement des détendeurs. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au système décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. IRVE"NDIGATIONS 1. Système de réfrigération comprenant au moins un de chacun des éléments suivants, à savoir un compresseur (10, 12, 14), un condenseur (20), un réservoir (28) et un évaporateur (32, 34), un conduit (18) de décharge de gaz reliant le compresseur -du condenseur, un conduit (24) d'alimentation en fluide réfrigérant étant relié au réservoir et permettant au fluide réfrigérant de s'écouler du condenseur vers l'évaporateur, un détendeur (36, 38) étant monté sur le conduit d'alimentation en fluide réfrigérant et un conduit (42a, 42b) de retour du fluide réfrigérant reliant l'évaporateur au compresseur, le système étant caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de détection (46, 46a) destiné à détecter une vaporisation du fluide réfrigérant dans le conduit d'alimentation en fluide réfrigérant, en amont du ou des détendeurs, et un dispositif destiné à dériver le gaz du conduit de décharge de gaz du compresseur vers le réservoir afin d'accroître la pression de charge régnant dans le conduit d'alimentation en fluide réfrigérant, en réponse à la détection de la vaporisation, cet accroissement de la pression de charge étant pratiquement limité à la période de temps nécessaire pour élever la pression de charge dans le conduit d'alimentation suffisamment pour éliminer la condition de vaporisation. 2. Système de réfrigération selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de dérivation du gaz vers le réservoir comprend un conduit (58) de réglage de la pression de charge monté entre le conduit de décharge du compresseur et le réservoir. 3. Système de réfrigération selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une vanne (56) commandant l'écoulement passant par le conduit de réglage de la pression de charge. 4. Système de réfrigération selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite vanne est normalement fermée. 5. Système de réfrigération selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite vanne reste fermée pendant pratiquement toute la période au cours de laquelle aucune vaporisation n'apparaît à l'emplacement du dispositif de détection. 6. Système de réfrigération selon la revendication 5, caractérisé en ce que la vanne est commandée électriquement et en ce que le dispositif de détection est conçu pour produire un signal électrique commandant le fonctionnement de ladite vanne. 7. Système de réfrigération selon la - revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit (63) de commande relié électriquement à la vanne, une source (64) d'alimentation en énergie électrique, et le dispositif de détection, le signal provenant du dispositif de détection étant amplifié et commandant l'application de l'énergie de ladite source à la vanne en réponse à cette amplification. 8. Système de réfrigération selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de détection comprend un indicateur de niveau (48, 48a, 48b) monté dans le conduit d'alimentation en fluide réfrigérant, une source de lumière (52, 52a, 52b) et un phototube (50, 50a, b), l'indicateur de niveau étant placé sur le trajet suivi par la lumière de la source vers le phototbe. 9. Système de réfrigération selon la revendication 8, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant, lorsqu'il est à l'état totalement liquide, permet le passage *de la lumière à travers l'indicateur de niveau afin de maintenir le phototube à l'état excité. 10. Système de réfrigération selon la revendication 9, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant, lorsqu'il est à l'état de vaporisation, empêche le passage de la lumière à travers l'indicateur de niveau et désexcite donc le phototube, la vanne et le circuit de commande étant conçus de manière que la vanne s'ouvre par suite de cette désexcitation du phototube. - 11. Système de réfrigération selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs évaporateurs (32, 34), un seul dispositif (46) de détection étant placé en amont d'au moins l'un de ces évaporateurs. 12. Système de réfrigération selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs évaporateurs (32, 34) et un dispositif indépendant (46a) de détection associé à chaque évaporateur. 13. Système de réfrigération selon la revendication 11, caractérisé en ce que le conduit d'alimentation en fluide réfrigérant comprend un conduit (22) de liquide qui part du condenseur et qui comprend le tronçon du conduit d'alimentation communiquant avec le réservoir, et plusieurs conduits (49, 49a, 49b) de branchement à l'entrée des évaporateurs, s'étendant du conduit de liquide jusqu'aux évaporateurs, les dispositifs de détection étant montés respectivement sur ces conduits de branchement. 14. Système de réfrigération selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque dispositif de détection, lorsqu'il détecte une vaporisation dans le conduit de branchement sur lequel il est monté, est conçu pour commander séparément le dispositif de dérivation du gaz du conduit de décharge du compresseur vers le réservoir. 15. Système de réfrigération selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif de dérivation du gaz vers le réservoir comprend un conduit (58) de réglage de la pression de charge, s'étendant du conduit de décharge du gaz du compresseur jusqu'au réservoir, et une vanne (56) montée sur ce conduit de réglage et normalement fermée, cette vanne étant conçue pour s'ouvrir lors de la détection d'une vaporisation par l'un quelconque des dispositifs de détection.