Brevet FR2660739A1 — publié le 19911011

- Dispositif de commande pour installation frigorifique L'invention concerne un dispositif de commande pour une installation frigorifique, comprenant un ensemble de compresseurs dont la puissance peut être modifiée, un condenseur, éventuellement un collecteur et au moins deux évaporateurs montés en parallèle avec un dispositif de détente en aval, dans lequel est associé à chaque compresseur un capteur de température, une vanne commandée par ce dernier et un indicateur d'état de charge qui dépend du fonctionnement de la vanne, et dans lequel est prévu un dispositif de commande qui modifie la puissance de l'ensemble de compresseurs en fonction de l'état de charge de l'évaporateur qui est soumis à la charge la plus forte. Dans un dispositif de commande connu de ce type (US-A-40 84 388) sont prévus quatre compresseurs pouvant être mis en marche et arrêtés par un dispositif de commande commun Ils alimentent trois évaporateurs montés en parallèle en aval de chacun desquels est montée une vanne influencée par le capteur de température, sur le côté aspiration La position de la vanne constitue une mesure de la pression d'aspiration dans l'évaporateur et de ce fait de sa charge Les indicateurs d'état de charge émettent des signaux de charge correspondant à la position de la vanne, dont le plus important est sélectionné par un circuit à diodes et appliqué au dispositif de commande Ce dernier compare la valeur de charge maximale à trois valeurs de seuil de 125 %, 90 % et 80 % et établit le nombre de compresseurs en fonctionnement en fonction de cette comparaison. L'inconvénient est que la position de la vanne n'indique l'état de charge qu'avec une très grande imprécision Ceci est surtout valable pour la région limite supérieure o des déplacements considérables de la vanne ne déterminent guère plus de modifications du débit En outre, la chute de pression au niveau de la vanne pour les évaporateurs qui sont le moins chargés détermine une pression de sortie plus élevée de l'évaporateur et de ce fait un mauvais rendement. Il est par ailleurs connu (régulateur de poste réfrigéré AK 10 de -2Danfoss A/S) de monter en amont de l'évaporateur et sur le côté pression une électrovanne à buse de détente incorporée, qui est mise alternativement en service et hors service Elle peut être réglée sur une durée de période fixe selon le principe de la modulation de largeur d'impulsions A ce mode de fonctionnement peut être également superposée la fonction d'un interrupteur thermostatique associé à l'évaporateur. L'invention a pour but de proposer un dispositif de commande du type indiqué dans le préambule et permettant de faire fonctionner l'installation frigorifique avec une puissance aussi faible que possible pour chaque charge. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que les vannes sont des électrovannes montées en aval des évaporateurs avec un rapport de valeur de marche "on" et de valeur d'arrêt "off" influencé par le capteur de température associé, que les indicateurs d'état de charge émettent des signaux correspondants "on" et "off" et que le dispositif de commande comprend un circuit d'évaluation qui calcule pour chaque évaporateur et en tant que valeur de charge B le rapport de marche relatif on + off et règle la puissance de l'ensemble de compresseurs de manière que la valeur de charge maximale B soit max proche de 1. Le rapport de marche des électrovannes qui est influencé par le capteur de température constitue une mesure très précise de la charge respective des évaporateurs Il est facile à calculer car la durée de marche et la durée d'arrêt sont déterminées automatiquement pendant le fonctionnement La précision est valable sur la totalité de la plage de charge, soit également dans la région limite supérieure Si l'on travaille donc avec des valeurs de B a proches de 1, on est assuré d'une part que l'évaporateur qui est le plus fortement chargé est alimenté pratiquement de façon continue avec une quantité totale de réfrigérant, mais que par ailleurs une réaction du dispositif de commande est encore possible quand l'électrovanne est continuellement ou presque continuellement ouverte en raison d'une puissance plus faible du compresseur De ce fait, l'ensemble des compresseurs peut être utilisé avec précisément la puissance pour laquelle la pression 3 - d'aspiration présente la valeur la plus élevée dans des conditions données On obtient donc le rapport le plus faible possible entre pressions (pression de compression/pression d'aspiration) dans l'ensemble de compresseurs, ce qui fait que ce dernier peut travailler avec une puissance très faible En outre la différence logarithmique de température LMTD des évaporateurs est relativement faible, ce qui entraîne un dessèchement réduit des marchandises refroidies Les côtés aspiration des compresseurs peuvent être reliés directement au côté aspiration de l'ensemble de compresseurs, ce qui fait qu'il n'y a pas de perte de puissance des compresseurs en raison de chutes de pression sur le c 8 té aspiration En mettant en service et hors service la puissance des compresseurs, le dispositif de commande peut réduire ou augmenter la pression d'aspiration et faire ainsi en sorte que l'évaporateur dont la charge est maximale soit alimenté de façon pratiquement continue en réfrigérant Dans l'ensemble, l'installation frigorifique peut fonctionner avec une puissance très faible pour la charge qui lui est appliquée. Il est avantageux que les capteurs de température fassent partie d'interrupteurs thermostatiques qui ferment les électrovannes associées dans le cas d'un passage au-dessous de la valeur limite inférieure de leur température et qui les ouvre quand il y a dépassement de la valeur limite supérieure de leur température Une commande directe de ce type permet une réalisation particulièrement simple. Il est en outre avantageux que les électrovannes soient respectivement reliées au dispositif de détente en un ensemble unique. Ceci facilite la construction du dispositif. Plus en détail, il convient de faire en sorte que le dispositif de commande soit actif dans le sens d'une diminution de la puissance de l'ensemble de compresseurs quand B passe au-dessous d'une valeur limite inférieure qui est supérieure à 0,85 Cette valeur limite inférieure peut être comprise en particulier entre 0,90 et 0,95 Plus cette valeur limite est fixée vers le haut, plus le compresseur peut être utilisé jusqu'à sa puissance totale de fourniture de froid. Par contre, il convient que le dispositif de commande soit actif dans le sens d'une augmentation de la puissance de l'ensemble de 4 - compresseurs quand Bmax passe au-dessus d'une valeur limite supérieure qui est inférieure à 1 La valeur limite supérieure peut être en particulier située de 0,01 à 0,05 au-dessus de la valeur limite inférieure Des différences relativement petites par rapport à la valeur de 1 suffisent pour que le dispositif de commande puisse faire une différence entre un fonctionnement continu et un fonctionnement qui n'est pas encore continu de manière à mettre en service la puissance des compresseurs en cas de besoin. La valeur de charge la plus élevée B qui est utilisée pour la commande ne doit pas être la valeur de charge momentanée Dans de nombreux cas, il est avantageux que le dispositif de commande comprenne un générateur de valeur moyenne qui, partant de B max, détermine les valeurs de charge momentanées rassemblées pendant une période de temps. Des déviations de courte durée peuvent être ainsi ignorées. Une autre possibilité consiste dans le fait que le dispositif de commande comprend un analyseur de tendance qui détermine Bmax à partir de la modification des valeurs de charge momentanées B Il est ainsi possible de s'opposer très tot à des modifications détectables. Selon un mode de réalisation préféré, il est fait en sorte que soit associé à l'ensemble de compresseurs un régulateur qui régule leur puissance en fonction de la déviation entre la valeur réelle et la valeur de consigne de la pression d'aspiration et que le dispositif de commande modifie la valeur de consigne en fonction de Bma La pression d'aspiration est ainsi directement surveillée au moyen de cette régulation de puissance Ceci contribue à ce que la pression d'aspiration désirée la plus élevée possible soit déterminée avec une grande sécurité. Selon une autre caractéristique, la modification de la valeur de consigne déterminée par le dispositif de commande est d'autant plus importante que la différence entre B et la valeur limite inférieure max (en cas de diminution de la puissance) et/ou la valeur limite supérieure (en cas d'augmentation de la puissance) est plus importante. Ceci permet une adaptation plus rapide aux conditions du moment. L'invention va maintenant être expliquée plus en détail dans ce qui suit à l'aide du mode de réalisation représenté sur les dessins -5- dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'une installation frigorifique selon l'invention, et la figure 2 est un diagramme du courant d'actionnement des électrovannes. Un ensemble de compresseurs 1 comprend par exemple trois compresseurs 11, 12 et 13 comprenant une conduite de pression commune 14 et une conduite d'aspiration commune 15 Il est possible de régler la puissance de cet ensemble de compresseurs par le nombre de compresseurs qui fonctionnent de même que par la régulation individuelle d'un compresseur, par exemple par un système de commande séquentiel La conduite de pression 14 va à un condenseur 2 auquel est associé un ventilateur d'aspiration 21 pour aspirer un courant d'air de refroidissement 22 Ensuite suit un collecteur 3 duquel peut être prélevé un réfrigérant liquide 31 par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation 32. L'installation frigorifique comprend plusieurs enceintes de refroidissement, trois d'entre elles 4, 5 et 6 étant représentées à titre d'exemple Ces enceintes de refroidissement peuvent être à la même température ou à une température différente Chaque enceinte de refroidissement est munie d'un évaporateur 41, 51, 61 en amont duquel est montée une électrovanne 42, 52, 62 Ces circuits série sont reliés en parallèle à la conduite d'alimentation 32 Chaque électrovanne est monté en série avec une vanne de détente 43, 53, 63 et forme avec elle un ensemble unitaire 44, 54, 64 A chaque évaporateur est associée une soufflante 45, 55, 65 Dans l'enceinte de refroidissement et de préférence dans le courant d'air de refroidissement sont prévus les capteurs de température 46, 56, 66 d'interrupteurs thermostatiques 47, 57, 67 qui appliquent à l'électrovanne associée 42, 52, 52, pendant les périodes de marche "on" qui dépendent de la température, un courant d'excitation I et de ce fait l'ouvrent, et ne lui appliquent pas de courant pendant les périodes d'arrêt "off" et de ce fait la ferment. Ceci est montré à la figure 2 Les périodes de passage du courant correspondent aux périodes d'injection du réfrigérant Chaque interrupteur thermostatique 47, 57, 67 est réglé sur la température de 6 - consigne désirée pour chaque enceinte de refroidissement associée. Les interrupteurs thermostatiques 47, 57, 67 servent simultanément d'indicateurs d'état de charge, et transmettent à un dispositif de commande 7 par les conduites à signaux Si, 52 et 53 les valeurs "on" et "off" qui constituent des signaux d'état de charge Le dispositif de commande 7 comprend un circuit d'évaluation 71 comportant une section de calcul qui calcule pour chaque évaporateur le rapport de marche momentané en tant que valeur de charge: B= on on +off Puis suit un générateur de valeur moyenne ou un analyseur de tendance 72 qui évalue les valeurs de charge B de chaque évaporateur pendant une période de temps déterminée et émet en sortie soit une valeur moyenne soit une valeur de tendance La valeur de charge la plus élevée B max est choisie dans un comparateur 73 parmi les valeurs de charge ainsi déterminées Finalement, dans une partie associée 74, la valeur de charge maximale B est comparée à des valeurs limites max supérieure et inférieure qui peuvent être appliquées par une entrée 75. En fonction de cette comparaison, un signal A est appliqué en étant retardé dans le temps à un régulateur 8 qui régule la puissance de l'ensemble de compresseurs 1, c'est-à-dire fixe le nombre de compresseurs 11, 12, 13 qui sont en fonctionnement et de préférence commande également la puissance momentanée d'au moins un compresseur. La régulation de la puissance s'effectue au moyen d'une comparaison entre la valeur réelle de la pression d'aspiration qui est appliquée à une entrée 81 à la valeur de consigne de la pression d'aspiration formée sous l'influence du signal A dans la partie régulation 82. La capacité d'un compresseur peut être exprimée de la façon suivante: Q O = k x F x LMTD o k représente le nombre de passages thermiques lors de la transmission de la chaleur entre l'agent refroidi et l'agent à refroidir, F représente la surface par laquelle s'effectue le transfert - 7thermique, et LMTD la différence logarithmique de température entre l'agent à refroidir et l'agent refroidi, ce qui permet d'obtenir des valeurs différentes quand il s'agit d'un courant circulant dans le même sens, à contre-courant ou transversalement. La charge normale Q d'un compresseur peut être décrite avec une bonne approximation comme suit: on on Q = Q O X on + off k x F x LMTD x on+off Comme déjà mentionné, "on" et "off" représentent les périodes de on marche et d'arrêt du thermostat La valeur de charge B = on fournit la partie du temps cyclique pendant lequel a lieu l'injection du réfrigérant dans l'évaporateur On peut voir que l'on peut obtenir la même charge normale de l'évaporateur avec une capacité plus réduite QO, à savoir avec la pression d'aspiration réduite et de ce fait une LMTD plus réduite, si la valeur de charge B peut encore être augmentée. Il est donc possible de déduire une valeur de correction de la valeur de charge Bmax de l'évaporateur le plus fortement chargé, à l'aide de laquelle la valeur de consigne de la pression d'aspiration augmente jusqu'à ce que Bma atteigne la valeur limite présélectionnée. Plus en détail, l'évaluation s'effectue de manière que la valeur momentanée, la valeur moyenne ou la valeur de tendance de B pour chaque évaporateur soit déterminée et que dans le comparateur 73 soit choisie la plus élevée de ces valeurs Si Bma est au-dessous de la valeur limite réglée à l'entrée 75 et qui est de préférence dans la plage comprise entre 0,90 et 0,95, la pression d'aspiration de l'ensemble de compresseurs 1 peut être augmentée, et donc la puissance des compresseurs diminuée Si B dépasse une valeur limite supérieure située légèrement au- dessus de la valeur limite inférieure, mais de toute manière au-dessous de 1,0, la pression d'aspiration baisse et la puissance du compresseur augmente. Dans le cas premièrement mentionné, un signal A provenant du dispositif de commande 7 est appliqué au régulateur 8 qui détermine une augmentation de la valeur de consigne de la pression d'aspiration Dans -8- le cas mentionné en second, la fonction du signal A est d'abaisser la valeur de consigne de la pression d'aspiration L'influence de la correction est alors d'autant plus importante que B est différent de la valeur limite inférieure ou de la valeur limite supérieure. L'invention peut être utilisée en liaison avec des compresseurs quelconques, soit des compresseurs à piston, des compresseurs rotatifs, des compresseurs à vis et analogues Le principe peut être utilisé aussi bien pour un unique compresseur que pour plusieurs compresseurs, même quand ces derniers ont des capacités différentes La régulation de la puissance peut s'effectuer par étapes ou de façon continue, que ce soit par des séquences de marche et d'arrêt du compresseur ou en utilisant une vitesse de rotation variable. 9 - REVENDICATIONS 1 Dispositif de commande pour une installation frigorifique, comprenant un ensemble de compresseurs dont la puissance peut être modifiée, un condenseur, éventuellement un collecteur et au moins deux évaporateurs montés en parallèle avec un dispositif de détente monté en aval, dans lequel est associé à chaque compresseur un capteur de température, une vanne commandée par ce dernier et un indicateur d'état de charge qui dépend du fonctionnement de la vanne, et dans lequel est prévu un dispositif de commande qui modifie la puissance de l'ensemble de compresseurs en fonction de l'état de charge de l'évaporateur qui est soumis à la charge la plus forte, caractérisé en ce que les vannes sont des électrovannes ( 42, 52, 62) montées en aval des évaporateurs ( 41, 51, 61) avec un rapport entre valeur de marche "on" et valeur d'arrêt "off" influencé par le capteur de température associé ( 46, 56, 66), que les indicateurs d'état de charge émettent des signaux correspondants ( 51, 52, 53) "on" et "off" et que le dispositif de commande ( 7) comprend un circuit d'évaluation ( 71) qui calcule pour chaque évaporateur et en tant que valeur de charge B le rapport de marche relatif on + off et règle la puissance de l'ensemble de compresseurs ( 1) de manière que la valeur de charge maximale Bmax soit proche de 1. 2 Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs de température ( 46, 56, 66) font partie d'interrupteurs thermostatiques ( 47, 57, 67) qui ferment les électrovannes associées ( 42, 52, 62) dans le cas d'un passage au-dessous de la valeur limite inférieure de leur température et qui les ouvrent quand il y a dépassement de la valeur limite supérieure de leur température. 3 Dispositif de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les électrovannes ( 42, 52, 62) sont respectivement reliées au dispositif de détente ( 43, 53, 63) en un ensemble unique ( 44, 54, 64). 4 Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de commande ( 7) est actif dans le sens d'une diminution de la puissance de l'ensemble de compresseurs ( 1) quand B ma passe au-dessous d'une valeur limite inférieure qui est supérieure à 0,85. Dispositif de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que la limite inférieure est comprise en particulier entre 0,90 et 0,95. 6 Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de commande ( 7) est actif dans le sens d'une augmentation de la puissance de l'ensemble de compresseurs ( 1) quand B passe au-dessus d'une valeur limite supérieure qui est inférieure à 1. 7 Dispositif de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que la valeur limite supérieure est située de 0,01 à 0,05 au-dessus de la valeur limite inférieure. 8 Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif de commande ( 7) comprend un générateur de valeur moyenne ( 72) qui, partant de Bmaxs détermine les valeurs de charge momentanées (B) rassemblées pendant une période de temps. 9 Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif de commande ( 7) comprend un analyseur de tendance ( 72) qui détermine B à partir max de la modification des valeurs de charge momentanées (B). Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'est associé à l'ensemble de compresseurs un régulateur ( 8) qui régule leur puissance en fonction de la déviation entre la valeur réelle et la valeur de consigne de la pression d'aspiration et en ce que le dispositif de commande ( 7) modifie la valeur de consigne en fonction de B 11 Dispositif de commande selon la revendication 10, caractérisé en ce que la modification de la valeur de consigne déterminée par le dispositif de commande ( 7) est d'autant plus importante que la différence entre B et la valeur limite inférieure (en cas de max diminution de la puissance) et/ou la valeur limite supérieure (en cas d'augmentation de la puissance) est plus importante.