Brevet FR2699654A1 — publié le 19940624

Installation frigorifique et procédé de commande d'une installation frigorifique L'invention concerne une installation frigorifique comprenant un dispositif compresseur et un dispositif condenseur entre lesquels est disposé au moins un évaporateur qui comprend sur son côté entrée une soupape d'injection commandable, et un dispositif de commande relié à des capteurs de pression et/ou de température sur le côté entrée et sur le côté sortie de l'évaporateur, qui actionne la soupape d'injection pour la commande de la température de surchauffe. L'invention concerne également un procédé de commande d'une installation frigorifique selon lequel la valeur de consigne de la température de surchauffe d'un évaporateur est modifiée en fonction du degré d'ouverture d'une soupape d'injection qui est montée entre le condenseur et le coté aspiration du compresseur. Les installations frigorifiques de ce type et les procédés de commande correspondants sont connus de façon générale, et il est renvoyé par exemple au DE 33 29 661 AI, au DE 37 13 869 Ai et au DE 41 00 749 AI Le dispositif compresseur peut comprendre plusieurs compresseurs Le dispositif condenseur peut comprendre plusieurs condenseurs Habituellement, le dispositif compresseur, le dispositif condenseur et l'évaporateur sont interconnectés en circuit fermé. La frontière entre la phase liquide et la phase gazeuse de l'agent frigorigène doit être maintenue à l'intérieur de l'évaporateur A cette fin, les soupapes d'injection ou de détente sont commandées de manière que seule une quantité suffisante d'agent frigorigène puisse pénétrer dans l'évaporateur pour pouvoir être également évaporée dans cet évaporateur Mais en raison des fluctuations de la charge ou de la pression d'aspiration ou de conpression du condenseur, on ne peut éviter qu'éventuellement il y ait 'remplissage complet", la soupape d'injection s'ouvrant trop fortement et l'agent frigorigène liquide apparaissant à la sortie de l'évaporateur La limite entre un remplissage normal de l'évaporateur et un remplissage complet est relativement étroite notamment quand les zones de surchauffe sont courtes. Quand a lieu un remplissage complet de ce type, la surchauffe tombe à O K, ceci signifiant que la différence de température entre l'entrée et la sortie de l'évaporateur ou la température correspondant à la pression à la sortie est de O La soupape d'injection se ferme. L'évaporateur peut être rapidement vidé par aspiration Mais on ne dispose pas dans ce cas d'un courant d'agent frigorigène à l'aide duquel il serait possible d'obtenir une différence de température entre la sortte et l'entrée de l'évaporateur et de ce fait de déclencher un signal de surchauffe pour ouvrir la soupape d'injection. L'évaporateur ne peut pas être activé La soupape ne s'ouvre à nouveau que lorsque la sortie de l'évaporateur a été suffisamment chauffée par la température de l'environnement pour qu'il s'établisse une surchauffe minimale dans l'évaporateur Cet échauffement peut cependant être de durée relativement longue, notamment quand les conduites d'aspiration sont bien isolées. Le problème se pose en particulier quand les signaux appliqués au dispositif de commande sont des signaux de simple température Même quand on utilise des signaux de pression sur le côté sortie de l'évaporateur, le problème peut se poser dans de grosses installations centrales comprenant plusieurs évaporateurs raccordés à une même conduite d'aspiration car un évaporateur individuel n'a qu'une faible influence sur la pression d'aspiration commune La pression d'aspiration tombe également quand il y a remplissage complet dans un évaporateur, quand la soupape ne se ferme pas suffisamment pour qu'une valeur soit atteintequi ouvrirait normalement la soupape si la pression à la sortie de l'évaporateur était utilisée comme signal de commande, ou si la soupape était commandée par la pression Il va de soi qu'une fermeture prolongée de la soupape d'injection et la désactivation qui en résulte de l'évaporateur associé est indésirable car la capacité de refroidissement de l'évaporateur concerné tombe alors de façon considérable. L'invention a donc pour but d'améliorer le fonctionnement d'une installation frigorifique. Ce but est atteint avec une installation frigorifique du type indiqué dans le préambule par le fait que le dispositif de commande modifie le rapport entre la température de surchauffe et le degré d'ouverture de la soupape d'injection quand cette soupape d'injection passe au-dessous d'un degré d'ouverture prédéterminé. On peut alors éviter que la soupape se ferme complètement, ou bien on fait en sorte que la réouverture soit plus rapide après la fermeture Tant que la soupape n'est pas totalement fermée, le courant d'agent frigorigène est maintenu et provoque à nouveau dans les limites d'une très courte durée une surchauffe normale de l'évaporateur et de ce fait son activation. Avantageusement, le dispositif de commande abaisse la valeur de la température de surchauffe pour laquelle la soupape d'injection s'ouvre jusqu'à une valeur minimale prédéterminée Il est vrai qu'il est admis dans ce cas que la soupape d'injection se ferme complètement Ceci peut être souhaitable en particulier après une marche en remplissage complet Cependant, il faut que la température ne soit augmentée que faiblement à la sortie de l'évaporateur, en fait jusqu'à la valeur minimale prédéterminée La soupape d'injection s'ouvre alors, même faiblement, et laisse pénétrer l'agent frigorigène dans l'évaporateur Ceci entraîne alors un échauffement de la sortie de l'évaporateur et de ce fait l'établissement d'une température de surchauffe qui permet à - nouveau le fonctionnement normal de l'évaporateur. Avantageusement, le degré d'ouverture prédéterminé est de l'ordre de 10 % ou moins du degré d'ouverture maximal Du fait de cette faible ouverture, il est relativement peu critique que la température de surchauffe soit modifiée En fonctionnement normal, la rapport entre la température de surchauffe et le degré d'ouverture de la soupape d'injection est donc maintenu Ce n'est que dans le cas o l'on veut éviter des perturbations que l'on prend des mesures additionnelles. De préférence, le rapport entre le degré d'ouverture et la surchauffe au-dessous du degré d'ouverture prédéterminé peut être représenté par une courbe qui coupe une limite représentant la surchauffe stable la plus faible On peut alors choisir Une valeur minimale relativement faible pour la température de surchauffe sans avoir à abaisser trop fortement le degré d'ouverture prédéterminé Il est vrai que dans le cas d'un dépassement de la limite de la surchauffe stable la plus faible apparaissent éventuellement des instabilités de régulation Mais celles- ci ne sont pas critiques car de toutes manières la régulation ne s'effectue pas de façon appréciable dans cette plage L'ouverture de la soupape d'injection conduit au contraire très rapidement à une température de surchauffe dans l'évaporateur, qui permet un comportement de régulation normal. La température de surchauffe monte relativement rapidement après l'ouverture de la soupape. Il est particulièrement avantageux que la courbe soit une ligne droite La régulation dans cette zone, dans la mesure o elle est nécessaire, peut alors être réalisée sous forme d'une régulation proportionnelle normale. Dans un procédé du type indiqué dans le préambule, le but visé est atteint du fait que le rapport entre la surchauffe et le degré d'ouverture est modifié quand le degré d'ouverture passe au-dessous d'une valeur prédéterminée. Comme indiqué plus haut, on peut obtenir ce résultat lorsque la soupape d'injection ne se ferme pas totalement, ou bien quand elle s'ouvre nettement plus tôt que précédemment On peut donc obtenir à nouveau un courant d'agent frigorigène après une période plus courte, qui provoque la surchauffe désirée de l'évaporateur. Il est alors particulièrement avantageux que la valeur de consigne de la température de surchauffe pour laquelle la soupape d'injection commence à s'ouvrir soit abaissée jusqu'à une valeur minimale prédéterminée Il est vrai qu'il est admis dans ce cas que la soupape de détente se ferme complètement Ceci est souhaitable après une marche en remplissage complet de l'évaporateur, c'est-à-dire quand l'évaporateur a été totalement rempli avec l'agent frigorigène liquide, car l'évaporateur peut ainsi se vider relativement rapidement et suffisamment complètement pour que peu de temps après, l'agent frigorigène qui circule puisse provoquer une surchauffe. Avantageusement, l'abaissement s'effectue sur une valeur qui est de l'ordre de grandeur de la différence entre la valeur maximale de la surchauffe et la valeur pour laquelle la soupape d'injection atteint son degré d'ouverture prédéterminé La plage de températures précédente à l'intérieur de laquelle la soupape d'injection passe d'un état totalement fermé à un état totalement ouvert est de ce fait pratiquement doublée Comme le doublement de cette zone conserve une extension qui n'est exclusivement que vers le bas, on est assuré que 1 S la soupape d'injection peut s'ouvrir à nouveau après une durée relativement courte après sa fermeture totale. Avantageusement, la valeur nominale est comprise entre 1 et 2 K. Une augmentation de la température de cette valeur à la sortie de l'évaporateur peut être atteinte en une période de temps relativement courte par la température de l'environnement même dans le cas d'une bonne isolation. L'invention va maintenant être décrite dans ce qui suit à 'aide d'un mode de réalisation préféré et en se référant aux dessins annexés dans lesquels; la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une installation frigorifique, la figure 2 représente le rapport fonctionnel entre la surchauffe d'un évaporateur et le degré d'ouverture de la soupape de détente, et la figure 3 représente le rapport de la figure 2 après modification. Une installation frigorifique comprend un dispositif compresseur 1, un dispositif condenseur 2, un récipient collecteur 3 et un évaporateur 4, qui sont regroupés dans cet ordre en formant une boucle fermée Le dispositif compresseur 1 peut comprendre plusieurs compresseurs individuels Le dispositif condenseur 2 peut comprendre plusieurs condenseurs individuels Parallèlement à l'évaporateur 4 qui est représenté, on peut prévoir d'autres évaporateurs, ainsi que cela est représenté par les tronçons de lignes qui sont interrompus. L'évaporateur 4 comprend à son entrée une soupape de détente ou d'injection 5 dont le degré d'ouverture peut être modifié par l'organe de réglage 6 L'organe de réglage 6 est excité par un dispositif de commande 7 Le dispositif de commande 7 reçoit des données d'entrée d'un premier capteur de température 8 à l'entrée de l'évaporateur 4, et d'un second capteur de température 9 à la sortie de l'évaporateur 4 dans une conduite d'aspiration 10 entre l'évaporateur 4 et le dispositif compresseur 1, ou du capteur de température 9 et d'un capteur de pression 11 dans la conduite d'aspiration 10 Le premier capteur de température 8 et le capteur de pression Il peuvent être prévus en étant inversés l'un par rapport à l'autre. Le dispositif de commande 7 règle à l'aide de l'organe de réglage 6 le degré d'ouverture de la soupape de détente 5 de manière à obtenir entre l'entrée et la sortie de l'évaporateur 4 une surchauffe désirée, c'est-àdire une différence de température Cette surchauffe peut être adaptée d'une manière qui n'est pas représentée plus en détail aux besoins de l'installation frigorifique A cette fin, on peut prévoir éventuellement d'autres conduites d'entrée pour le dispositif de commande 7, qui ne sont pas représentées plus en détail. La figure 2 montre le rapport typique entre la surchauffe de l'évaporateur (portée vers la droite) et le degré d'ouverture de la soupape de détente 5 (porté en hauteur) Ce rapport suit une ligne droite 12 entre le degré d'ouverture minimal de O % et le degré d'ouverture maximal de 100 % La droite 12 correspond à la bande proportionnelle de la régulation de l'évaporateur La droite 12 est située à proximité d'une limite de stabilité 13 qui est formée par la surchauffe stable la plus faible. Quand la soupape de détente 5 commence à s'ouvrir, c'est-à-dire quand le degré d'ouverture augmente à partir de O %, il se forme une valeur de consigne de température de surchauffe minimale S Hjin La valeur de consigne de la température de surchauffe la plus élevée S Hmax est obtenue pour un degré d'ouverture maximal de 100 % Il est à noter qu'une certaine surchauffe minimale est nécessaire pour que la soupape de détente 5 commence à s'ouvrir Le rapport représenté par la droite 12 entre la caractéristique d'ouverture de la soupape de détente 5 et la température de surchauffe est choisi de manière que la limite entre la phase liquide et la phase gazeuse s'établisse dans l'évaporateur 4 L'évaporateur 4 présente donc normalement toujours une zone qui est remplie par l'agent frigorigène sous forme gazeuse. La différence de température dans l'évaporateur 4 est déterminée essentiellement par cette phase gazeuse. Dans le cas de fluctuations prononcées de la charge ou de modifications brusques de la pression d'aspiration ou de la pression dans le condenseur, il peut cependant arriver qu'une quantité trop forte d'agent frigorigène pénètre dans l'évaporateur 4, ce qui fait qu'il ne peut plus s'y évaporer et que l'évaporateur 4 se remplit totalement Dans le cas de cette marche en remplissage complet, l'agent frigorigène liquide est présent non seulement à l'entrée de l'évaporateur 4 mais également à sa sortie L'agent frigorigène liquide a sensiblement partout la même température, ce qui fait que la différence de température entre l'entrée et la sortie, c'est-à-dire la différence entre les températures 52 et 51 tombe à la valeur B La soupape de détente 5 se ferme L'évaporateur 4 est vidé par aspiration par le dispositif compresseur 1 Comme aucun agent frigorigène ne peut s'écouler par la soupape de détente 5 quand elle est fermée, aucune différence de température ne peut s'établir également entre l'entrée et la sortie de l'évaporateur 4 La soupape de détente 5 ne s'ouvre que lorsque le capteur de température 9 à la sortie de l'évaporateur est chauffé par la température de l'environnement jusqu'à la température qui correspond à la surchauffe minimale réglée S Hwin Mais ceci peut durer relativement longtemps, en particulier quand la conduite d'aspiration 10 est bien isolée. La figure 3 montre que le rapport d'origine 12 entre le degré d'ouverture de la soupape de détente S et la surchauffe a été modifié. Il est vrai que ce rapport est en corrélation sur la plus grande partie du degré d'ouverture de la soupape de détente 5 avec la fonction 12 ' Mais si le degré d'ouverture de la soupape de détente 5 dépasse une valeur minimale prédéterminée, qui est dans le cas présent de par exemple 10 %, le rapport entre la caractéristique d'ouverture et la surchauffe se modifie La fonction est alors représentée par deux droites 12 ', 14, dont celle désignée par 12 ' a déjà été l'objet de commentaires Elle commence en un point qui est défini par le degré d'ouverture de 10 % et par la température de surchauffe minimale S Hmin, et se termine en un point qui est défini par le degré d'ouverture de 100 % et par la température de surchauffe maximale S Hmax Au point de départ de cette droite 12 ' se termine la seconde droite 14 dont le point initial est défini par le degré d'ouverture de 0 % et par une faible température de surchauffe SHCL Il est vrai que cette droite 14 coupe la limite de stabilité 13 Mais comme on peut le voir par ce qui suit, ceci n'est pas critique. La surchauffe SHCL est comprise entre environ 1 et 2 K. Quand la soupape de détente 5 se ferme, il faut toujours une petite montée de température relative à la sortie de l'évaporateur 4 pour ramener la soupape de détente 5 à sa position d'ouverture Dès que la soupape de détente 5 s'ouvre, il en résulte un petit courant d'agent frigorigène, qui provoque relativement rapidement une température de surchauffe entre S Hmin et S Hmax, c'est-à-dire dans une région o la régulation proportionnelle normale correspondant à la droite 12 ' est possible Les petites instabilités qui peuvent apparaître dans la zone de la droite 14 ne faussent que légèrement le rapport entre la caractéristique d'ouverture et la surchauffe Mais ceci ne joue aucun rôle car cette zone est traversée relativement rapidement Ainsi, après une marche en remplissage complet de l'évaporateur on peut atteindre relativement rapidement un état stable dans lequel l'évaporateur 4 présente un degré de remplissage optimal d'agent frigorigène correspondant au besoin de puissance de l'installation frigorifique. REVENDICATIONS 1 Installation frigorifique comprenant un dispositif compresseur et un dispositif condenseur entre lesquels est monté au moins un évaporateur qui comprend sur son côté entrée une soupape d'injection commandable, et un dispositif de commande qui est relié avec des capteurs de pression et de température au côté entrée et au côté sortie de l'évaporateur, et qui actionne la soupape d'injection pour commander la température de surchauffe, caractérisée en ce que le dispositif de commande ( 7) modifie le rapport entre la température de surchauffe et le degré d'ouverture de la soupape d'injection ( 5) quand cette soupape d'injection ( 5) parvient au-dessous d'un degré d'ouverture prédéterminé. 2 Installation frigorifique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de commande ( 7) fait baisser la valeur de la température de surchauffe pour laquelle s'ouvre la soupape d'injection ( 5) jusqu'à une valeur minimale prédéterminée (SHCL). 3 Installation frigorifique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le degré d'ouverture prédéterminé est situé dans la plage de 10 % ou moins du degré d'ouverture maximal. 4 Installation frigorifique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le rapport entre le degré d'ouverture et la surchauffe au-dessous du degré d'ouverture prédéterminé peut être représenté par une courbe ( 14) qui coupe une limite ( 13) pour la surchauffe stable la plus faible. Installation frigorifique selon la revendication 4, caractérisée en ce que la courbe ( 14) est une droite. 6 Procédé de commande d'une installation frigorifique dans lequel la valeur de consigne de la température de surchauffe d'un évaporateur est modifiée en fonction du degré d'ouverture d'une soupape d'injection qui est montée entre le condenseur et le côté aspiration du compresseur, caractérisé en ce que le rapport entre la surchauffe et le degré d'ouverture est modifié quand le degré d'ouverture passe au-dessous d'une valeur prédéterminée. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la valeur de consigne de la température de surchauffe pour laquelle la soupape d'injection ( 5) commence à s'ouvrir est abaissée jusqu'à une valeur minimale prédéterminée (SHCL). 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'abaissement s'effectue pour une valeur qui est de l'ordre de grandeur de la différence entre la valeur maximale (S Hmax) de la surchauffe et la valeur (S Hmin) pour laquelle la soupape d'injection ( 5) atteint son degré d'ouverture prédéterminé. 9 Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la valeur minimale (SHCL) est située dans la plage de 1 2 K.