Brevet FR2640362A1 — publié le 19900615

DISPOSITIF DE SURVEILLANCE POUR DETECTER LES FUITES D'AIR DANS UN SYSTEoE DE REFRIGERATION A CIRCUIT FERYE. La présente invention concerne des systèmes de réfrigération du type à compression de vapeur, et de façon plus spécifique un dispositif de surveillance pour détecter le fonctionnement incorrect de ces systèmes de réfrigération. Les compresseurs de réfrigération utilisés dans les systèmes de réfrigération du type à compression de vapeur sont généralement protégés contre des conditions qui peuvent entraîner une défaillance du compresseur, par exemple par un interrupteur à faible pression d'huile et un interrupteur & haute pression de tête. Des fuites d'air dans le système de réfrigération ferm& peuvent entraîner une défaillance catastrophique d'un compresseur, si l'on ne détecte pas à temps un problème pour sauver le compresseur. L'air, qui n'est pas condensable, augmente la pression de tête, mais la pression augmentée peut être au- dessous du réglage du détecteur de pression de tête et peut encore entraîner des températures élevées à l'intérieur du compresseur sur une certaine période de temps. Les détecteurs de surtempérature n'ont pas été tout à fait satisfaisants pour détecter et empêcher une défaillance du compresseur causée par des fuites d'air dans le système de réfrigération. En quelques mots, la présente invention est un dispositif de surveillance nouveau et perfectionné pour des systèmes de réfrigération du type à compression de vapeur, ayant un compresseur de réfrigérant entraîné par un moteur. Un détecteur d'oxygène à zircone est placé dans le collecteur de décharge du compresseur, et sa sortie électrique est surveillée par un comparateur. Un détecteur d'oxygène à zircone fournit une sortie électrique de 800 millivolts environ lorsqu'il fonctionne à une température de stabilisation appropriée dans une vapeur ou un gaz sans oxygène. La sortie électrique chute en présence d'oxygène, atteignant 200 millivolts environ lorsque la pression partielle d'oxygène atteint 1Q-z. Cette chute de tension est détectée rar le comparateur, qui fournit un signal approprié pour la commande de réfrigération. Une alarme destinee à un opérateur peut être initialement donnée, suivie d'un arrêt du système de réfrigération si cette situation persiste pendant une période de temps prédéterminée. L'invention sera plus évidente à la lecture de la description détaillée donnée ci-après avec référence à la figure unique du dessin, qui représente à titre d'exemple seulement, un système de surveillance de réfrigération construit selon les enseignements de l'invention. En se référant maintenant au dessin, on a représenté un système de réfrigération 10 destiné à être surveillé pour déceler une fuite d'air dans un circuit fermé 12 de réfrigérant ou de freon qui comprend un compresseur 14 de réfrigérant entraîné par un moteur 16, tel qu'un moteur électrique ou un moteur à combustion interne. Le compresseur 14 comprend un collecteur de décharge 18 qui décharge une vapeur chaude de réfrigérant dans le circuit de réfrigérant fermé 12, et un collecteur d'aspiration (non représenté) pour recevoir la vapeur du réfrigérant venant du circuit 12. Le circuit 12 comprend un conduit de gaz chaud 19 qui relie le collecteur de décharge 16 à un condenseur 20. Le condenseur 20 rejette la chaleur du réfrigérant et la condense pour la stocker temporairement dans un récipient 22; Un conduit 23 de liquide relie un récipient 22 à une soupape de détente 24 qui diminue la pression sur le réfrigérant liquide et permet au réfrigérant de capter la chaleur et de s'évaporer dans un évaporateur 26. Le réfrigérant évaporé revient au compresseur 14 par un accumulateur 28 et une conduite d'aspiration 30. Le moteur 16 est sous la commande d'un moyen 32 de commande de réfrigération, ce moyen de commande 32 étant rendu sensible par un détecteur de température 34 à la température régnant dans un espace 33 desservi par l'évaporateur 26. oc Selon les enseignements de l'invention, le circuit de réfrigération 12 est surveillé, en ce qui concerne les fuites d'air, par un dispositif de surveillance 35 qui comprend un détecteur d'oxygène 36 placé en contact avec le réfrigérant 38, indiqué par des flèches ayant les mêmes numéros de référence. Dans un mode de réalisation préféré, le détecteur d'oxygène 36 est monté à travers une ouverture taraudée dans le collecteur de décharge 18 du compresseur 14, le détecteur 36 étant protégé de façon appropriée de déflecteur pour empêcher une submersion d'huile, ou la formation de bulles d'air prises au piège. Le détecteur d'oxygène 36 peut être, par exemple, du type utilisé dans les systèmes de contrôle de pollution des automobiles dans lesquels une électrode 40 formée d'un électrolyte solide de dioxyde de zirconium développe une tension par rapport à la terre indirectement proportionnelle à la quantité d'oxygène présente en travers de sa surface extérieure 41. La surface intérieure 43 est ouverte sur l'atmosphère, et ainsi l'air, indiqué par la flèche 45, est en contact avec la surface 43. La pointe intérieure 44 de 3c l'électrode 40 est protégée mécaniquement par un écran à canaux 42, ayant des ouvertures qui permettent à la vapeur 38 du réfrigérant de circuler autour de la surface extérieure 41 de l'électrode 40 du détecteur. A1n de fournir une tension qui indique de manière fiable le niveau d'oxygène, la température de l'électrode 40 au zirconium doit être maintenue dans un domaine de température prédéterminé, tel qu'entre 250 et 350'C environ. Alors que le gaz d'échappement de l'automobile va fournir la température requise dans l'environnement de contrôle de pollution mentionné ci-avant, la température du s réfrigérant 38 va varier, en fonction du type de réfrigérant et de la pression de tête. Ainsi, pour assurer des lectures de tension fiables, indiquant la pression partielle d'oxygène, le détecteur 40 est chauffé & une température prédéterminée. Par- exemple, une bobine de résistance 46 peut être logée dans l'électrode 40 et reliée à un contrôleur 48 de température, qui est à son tour relié à une source 50 de tension. Une thermistance (non représentée), par exemple, peut fournir un signal de rétroaction pour le contrôleur 48 sensible à la température de l'électrode 40. L'électrode 40 va fournir une tension de 800 millivolts environ par rapport à la terre avec une charge de 5 mégohms en fonctionnant en l'absence d'oxygène sur sa surface extérieure 41, tout en étant maintenue a une température d'au moins 250'C. Si une fuite se développe dans le circuit de réfrigération 12 en permettant à l'air d'entrer dans le système fermé, la tension de sortie va chuter à 200 millivolts environ lorsque la pression partielle d'oxygène atteint 10-t environ. La quantité d'air indiquée par cette quantité d'oxygène dans le circuit 12 va entraîner un endommagement du compresseur si on laisse le compresseur 14 s fonctionner pendant une certaine période de temps, et la présente invention détecte la modification de tension et modifie le fonctionnement du système de réfrigération 10 en réponse à cette détection. 3 De manière plus spécifique, un fil de sortie 52 de l'électrode 40 du détecteur est relié à un comparateur 54, tel qu'un comparateur du type LX2901. A titre d'exemple, le comparateur 54 est représenté relié comme un comparateur d'inversion avec hystérésis, l'entrée d'inversion du comparateur 54 étant reliée à la sortie du détecteur 3s 36. L'entrée de non-inversion du comparateur 54 est reliée à un diviseur de tension 56 et a une source de potentiel unidirectionnel, pour fournir une tension de référence à la Jonction 58. La sortie du comparateur 54 est reliée à la base d'un transistor 60 à jonction NPN dont le collecteur est relié à une source de potentiel unidirectionnel, et dont l'émetteur est relié à la terre par une bobine électromagnétique 62 d'un relais 64 ayant un contact normalement ouvert 66. Le contact normalement ouvert 66 est relié au moyen 32 de commande de réfrigération. Pour assurer que le détecteur 36 ait suffisamment de temps pour atteindre la température stable de fonctionnement souhaitée, une minuterie de temporisation 68 ayant un contact normalement ouvert 70 peut être prévue. La minuterie de temporisation 68 est actionnée par le moyen de commande 32 lorsque le système de réfrigération 10 est mis en fonctionnement. La minuterie 68 se déclenche et permet, en fermant et en enclenchant son contact 70, au dispositif de surveillance 35 de fonctionner. En d'autres termes, le contact 66 du relais est relié au moyen de commande 32 par le contact 70 de minuterie, et un niveau de tension de sortie initiale faible venant du détecteur 36 ne pourra pas envoyer de signal au moyen de commande 32, ce qui serait interprété par le moyen de commande 32 comme étant amorcé par une fuite d'air dans le circuit de réfrigérant fermé 12. Chaque fois que le système de réfrigération 10 est arrêté, la minuterie 68 est remise à zéro, avec ouverture de son contact normalement ouvert 68. Lorsque le circuit 12 de réfrigérant ne présente pas de fuite d'air, le signal de 800 millivolts appliqué au comparateur 54 sera au-dessus du niveau de référence à la jonction 58 et le comparateur 54 applique un zéro logique au transistor 60, en maintenant le transistor 60 fermé. Si de l'air s'infiltre dans le circuit 12, lorsque le niveau d'oxygène atteint une valeur qui fait chuter la tension de sortie du détecteur au- dessous du niveau de tension de référence, la sortie du comparateur 54 passe à une valeur logique, ce qui ouvre le transistor 60 et excite le relais 64. Le contact 66 du relais se ferme, et si la minuterie 68 s'est déclenchée, en fermant son contact, un signal est appliqué au moyen de commande 32 de réfrigération qui indique une fuite d'air. Le moyen de commande 32 peut répondre à un signal donné par les contacts 66 et 70 fermés, reliés en série, en actionnant immédiatement une alarme 72, qui peut être sonore, visuelle, ou les deux. Le moyen de commande 32 peut également amorcer le chronométrage d'une minuterie d'arrêt 74. Si' le signal de forte présence d'oxygène persiste pendant une période de temps prédéterminée préréglée, la minuterie d'arrêt se déclenche et fournit un signal.d'arrêt au moyen de commande 32. La fin du signal de fuite d'air avant que la minuterie 74 ne se déclenche, remet celle-ci à zéro. Le moyen de commande 32 répond au signal d'arrêt fourni par la minuterie 74 selon le type 'de moteur 16 qui entraîne alors le compresseur 14. Si un moteur électrique entraîne le compresseur 14, le moyen de commande 32 peut ouvrir un contacteur qui relie le moteur à une tension d'alimentation électrique. Si un moteur à combustion interne entraîne le compresseur 14, le moyen de commande 32 peut désexciter un solénoïde de commande de carburant associé au moteur, pour arrêter le moteur. REVENDICATIDONS 1. Dispositif de surveillance (35) pour détecter des fuites d'air pendant le fonctionnement d'un système de réfrigération fermé (12) qui comprend un réfrigérant (38) et un compresseur (14) ayant un collecteur de décharge (18), caractérisé en ce qu'il comprend: un détecteur d'oxygène (36) placé en contact avec le réfrigérant (38) dans le collecteur de décharge (18) du compresseur (14), ledit détecteur d'oxygène (36) fournissant une tension de sortie indirectement proportionnelle à la quantité d'oxygène dans le réfrigérant, un moyen comparateur (54) pour détecter une modification prédéterminée de la tension fournie par ledit détecteur d'oxygène (36), ledit moyen comparateur (54) fournissant un signal prédéterminé (66) en réponse à la détection de ladite modification prédéterminée de tension par le détecteur, et un moyen de commande (32) sensible au signal prédéterminé fourni par ledit moyen comparateur. 2. Dispositif de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un moyen (46) pour chauffer ledit détecteur d'oxygène (36) à une température prédéterminée. 3. Dispositif de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commande (32) comprend une alarme (72). 4. Dispositif de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commande (32) interrompt le fonctionnement (74) du compresseur. 5. Dispositif de surveillance selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un moyen retardateur (68) pour retarder l'application du signal prédéterminé (66) au moyen de commande (32) Jusqu'à ce que le moyen de chauffage (46) ait chauffé le détecteur d'oxygène (36) à la température prédéterminée.