Brevet FR2725778A1 — publié le 19960419

Climatiseur piloté par un dispositif fournissant une mesure relative au fluide frigoriaène utilisé. L'invention concerne les climatiseurs, notamment les climatiseurs réclamant une haute fiabilité en raison du genre d'usage qui en est fait. Ces climatiseurs sont par exemple destinés à équiper des cabines d'abris techniques aéro-transportables susceptibles d'être laissées en fonctionnement sans surveillance pendant de longues périodes. Ils sont encore susceptibles d'équiper10 des cabines de conduite et/ou des salles pour voyageurs de véhicules terrestres de transport public et par conséquent d'être soumis à un usage intensif. De tels climatiseurs doivent donc supporter de fonctionner sans panne de manière prolongée et/ou éventuellement15 intensive. Par ailleurs les opérations de maintenance nécessaires à leur maintien en état de fonctionnement doivent être d'une part réduites et d'autre part le plus espacées possible. Ceci conduit à tenter d'améliorer les climatiseurs actuels20 en substituant des éléments nouveaux plus efficaces et fiables aux éléments constitutifs antérieurement mis en oeuvre. Ceci conduit aussi à chercher à mieux maîtriser le fonctionnement de ces climatiseurs par mise en oeuvre de processus de contrôle et notamment de régulation plus25 performants. L'invention propose donc un climatiseur comportant notamment un évaporateur refroidisseur d'air, un condenseur à air et un compresseur réunis en boucle par un circuit o circule un fluide frigorigène. L'admission de ce fluide, en provenance30 du condenseur, par l'évaporateur est contrôlée par l'intermédiaire d'un détendeur inséré entre ce condenseur et cet évaporateur et piloté à partir d'au moins un dispositif fournissant une mesure, relative au fluide circulant dans le circuit.35 Selon une caractéristique de l'invention, le climatiseur comporte au moins un fluxmètre thermique, positionné dans une zone déterminée du circuit, pour piloter au moins partiellement le détendeur à partir de la mesure qu'il réalise. Selon une autre caractéristique de l'invention le 5 climatiseur comporte un fluxmètre thermique positionné dans une zone déterminée du circuit de fluide frigorigène qui est située entre le compresseur et le condenseur et qui est au niveau d'une zone de haute pression pour le fluide dans le circuit, lorsque le climatiseur est en fonctionnement.10 Selon une caractéristique d'une variante de l'invention, le climatiseur comporte un fluxmètre thermique positionné dans une zone déterminée du circuit de fluide frigorigène qui est à la sortie de l'évaporateur entre ce dernier et le compresseur. Selon encore une caractéristique de l'invention, le fluxmètre thermique que comporte le climatiseur, au niveau d'une zone déterminée du circuit de fluide frigorigène, est plaqué contre la surface externe d'une portion de canalisation du circuit o circule le fluide frigorigène20 pour cette zone déterminée de circuit. Selon une autre caractéristique d'une variante de l'invention, le climatiseur comporte un fluxmètre thermique assurant une mesure différentielle entre flux thermiques pris en compte au niveau de deux portions successives de25 canalisation de l'évaporateur qui sont situées de part et d'autre du niveau prévu de fin d'évaporation de cet évaporateur. et auxquelles ce fluxmètre est thermiquement connecté. Selon une dernière caractéristique de l'invention, le30 climatiseur comporte un double échangeur gaz-liquide qui est disposé en sortie de l'évaporateur et par conséquent en amont du compresseur, et qui est composé de deux éléments échangeurs placés en série et identiquement dotés chacun d'une première portion et d'une seconde portion de circuit thermiquement associées et fluidiquement séparées, les deux premières portions étant disposées en série entre le condenseur et l'évaporateur, en amont de ce dernier, les deux secondes portions étant disposées en série entre le condenseur et le compresseur. 5 L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec les figures évoquées ci-dessous. La figure 1 présente un schéma d'un exemple de climatiseur connu.10 La figure 2 présente un schéma d'un climatiseur selon l'invention. L'exemple de climatiseur connu présenté en figure 1 comporte un évaporateur refroidisseur d'air 1, un condenseur à air 2 et un compresseur 3, qui sont réunis en boucle par un15 circuit o circule un fluide frigorigène et auxquels sont associés des appareils de commande et de mesure, ainsi que des équipements auxiliaires qui sont précisés cidessous. L'évaporateur 1 est par exemple de type batterie à ailettes, il reçoit du fluide frigorigène à l'état liquide en20 provenance du condenseur 2, via un filtre déshydrateur 4, et il est associé à un ventilateur 5 destiné à forcer l'écoulement de l'air refroidi vers le ou les volume(s) à climatiser. Le condenseur 2 est supposé à ventilation forcée, il est25 donc associé à un ventilateur 6 forçant la circulation de l'air chargé d'évacuer les calories acquises par le fluide frigorigène lors de son passage dans l'évaporateur 1 et au travers du compresseur 3. Ce dernier est ici supposé de type rotatif, il comprime à haute pression le fluide frigorigène30 qu'il reçoit à basse pression et sous forme gazeuse de l'évaporateur 1. Une bouteille séparatrice liquide-gaz 7 est placée entre évaporateur et compresseur, elle est chargée de retenir les gouttelettes éventuellement présentes dans le courant gazeux provenant de l'évaporateur, de manière à35 éviter que ces gouttelettes n'atteignent le compresseur. Une mesure, qui est classiquement de température, est effectuée par l'intermédiaire d'une prise 8, ménagée entre l'évaporateur 1 et la bouteille séparatrice 7. Cette mesure est exploitée par un agencement de réglage incluant au moins 5 un détendeur 9 qui est placé entre le condenseur 2 et l'évaporateur 1 et qui est chargé d'assurer une détente contrôlée du fluide frigorigène venant remplir l'évaporateur et un remplissage homogène de ce dernier. La prise de mesure 8 est par exemple réalisée par l'intermédiaire d'un bulbe 0 disposé contre la canalisation reliant la sortie d'évaporateur 1 à la sortie de la bouteille séparatrice 7. Ce bulbe 0 permet, comme il est connu, de traduire sous forme de variations de pression de fluide les variations de température du fluide frigorigène mesurées au niveau de la15 prise 8. Le détendeur 9 est par exemple du type à commande thermostatique, il réagit aux variations de pression induites par les variations de température du fluide frigorigène au niveau du bulbe et il est éventuellement20 commandé via un circuit de commande électronique non représenté du climatiseur. Le détendeur 9 est relié d'une part en entrée de l'évaporateur auquel il fournit le fluide frigorigène à l'état liquide et d'autre part en sortie de cet évaporateur25 par un tube 17 d'égalisation de pression de fluide, ce dernier étant alors à l'état gazeux. Une prise de charge 10 est généralement prévue sur la canalisation entre bulbe 0 et bouteille séparatrice 7 pour permettre un remplissage en liquide frigorigène du30 climatiseur en cas de besoin. Des pressostats 11 et 12 sont prévus connectés entre le compresseur 3 et, d'une part, la bouteille séparatrice 7, d'autre part, le condenseur 2, sur les canalisations reliant respectivement ce compresseur à ces deux éléments, de35 manière à assurer une régulation des pressions d'entrée et de sortie dudit compresseur. Une prise 13 pour manomètre est ménagée sur la canalisation, reliant le compresseur au condenseur 2, qui a été évoquée ci-dessus. Le détendeur 9 est alimenté en fluide frigorigène par le condenseur 2, éventuellement via une vanne de remplissage 14, par exemple une électrovanne de type tout ou rien classiquement incluse dans l'agencement de réglage. Il est relié au condenseur 2 par l'intermédiaire du filtre déshydrateur 4 et d'une bouteille accumulatrice 15, celle-ci constituant une réserve de fluide frigorigène sous pression et sous forme liquide, en sortie du condenseur. Au moins un voyant de liquide à vitre 16 permet de vérifier l'état du fluide frigorigène en circulation à l'emplacement o ce voyant est situé, soit ici en amont du détendeur et entre le filtre déshydrateur et la vanne de réglage. Un exemple de climatiseur selon l'invention est présenté sur la figure 2, il comporte un évaporateur refroidisseur d'air 1', un condenseur à air 2' et un compresseur 3' analogues à ceux prévus dans le climatiseur présenté en figure 1. Des ventilateurs 5' et 6' sont respectivement associés l'un à l'évaporateur 1' et l'autre au condenseur 2' avec les mêmes fonctions que celles assurées par les ventilateurs 5 et 6 pour l'évaporateur 1 et pour le condenseur 2. L'évaporateur 1' reçoit du fluide frigorigène à l'état25 liquide en provenance du condenseur 2' au travers d'un circuit comportant notamment et successivement une bouteille accumulatrice 15', un filtre déshydrateur 4', ainsi qu'un agencement de réglage incluant un détendeur 9' associé ou non à une électrovanne 14', suivant que le détendeur est30 prévu ou non pour contrôler le remplissage de l'évaporateur. Dans la réalisation présentée, un voyant de liquide 16' est également disposé en aval du filtre déshydrateur 4' par rapport au condenseur. Les éléments 4', 9', 15' et 16' évoqués ci-dessus correspondent respectivement aux éléments 4, 9, 15, 16 dont ils reprennent les fonctions. Le détenteur 9' et/ou la vanne 14' est ou sont susceptible(s) d'être commandé(s) de la manière évoquée plus haut, toutefois préférablement une commande par l'intermédiaire d'un fluxmètre thermique, tel que notamment 18', est prévue; elle 5 permet de traduire, rapidement et de manière fine, l'état du fluide frigorigène au niveau o est situé le fluxmètre sur le circuit & l'intérieur duquel circule ce fluide. Le fluxmètre 18' est par exemple un dispositif du type décrit dans le document FR-A-2598803, il fournit une10 indication sous la forme d'une force électromotrice qui est destinée à être prise en compte par le circuit de commande du climatiseur afin de commander l'agencement de réglage. Cette mesure par fluxmètre est ici supposée être effectuée dans une zone haute pression du circuit de fluide15 frigorigène du climatiseur, donc en aval du compresseur 3 et par exemple en un point d'équilibre qui se situe pratiquement au niveau de la batterie du condenseur 2'. Le fluxmètre 18' est ici symbolisé par un cylindre entourant la canalisation de fluide frigorigène 19' reliant le20 compresseur 3' au condenseur 2'. Dans une forme préférée de réalisation, le fluxmètre 18' se présente sous la forme d'un circuit imprimé souple qui peut être enroulé et fixé autour de la portion de canalisation 19' choisie comme siège des mesures. De ce fait il n'est plus nécessaire de prévoir de prise débouchant à l'intérieur du circuit de fluide frigorigène pour un manomètre de mesure de pression, puisque celle-ci est déjà prise en compte au niveau de la mesure faite par le fluxmètre 18'. Il est donc possible de réaliser un circuit de liquide frigorigène30 complètement scellé, comme classiquement prévu dans les appareils de réfrigération domestiques, en profitant des avantages connus offerts sur le plan de la maintenance et de la fiabilité par ce type de circuit. Dans une première variante non spécifiquement représentée du35 climatiseur selon l'invention, il est prévu d'associer un fluxmétre 20' au fluxmètre 18', ou éventuellement de le substituer, afin d'effectuer les mêmes mesures, à des fins de commande et/ou d'analyse et de diagnostic, en un autre emplacement du circuit de liquide frigorigène du5 climatiseur. Cet autre emplacement est par exemple prévu à la sortie de l'évaporateur, sur la canalisation 21' de transmission du fluide frigorigène au compresseur 3'. Il devient alors possible de déterminer avec une précision accrue, les effets physiques sur le fluide frigorigène des10 phénomènes susceptibles de venir perturber le fonctionnement du climatiseur, notamment les vibrations et accélérations éventuellement subies par ce dernier, afin de se prémunir contre ceux de ces phénomènes qui sont indésirables. Selon une forme de réalisation, le fluxmètre thermique 20'15 de l'évaporateur est préférablement placé au niveau de fin d'évaporation prévu pour l'interface gaz-liquide de cet évaporateur et il est thermiquement connecté à deux portions successives de la canalisation constituant l'évaporateur. Ces portions sont par exemple situées de part et d'autre de20 l'emplacement o se positionne l'interface dans cette canalisation d'évaporateur. Le fluxmètre 20' effectue alors une mesure différentielle entre les flux thermiques respectivement pris en compte chacun au niveau d'une, différente, des deux portions de canalisation considérées.25 Dans une variante de réalisation plus spécifiquement destinée aux climatiseurs particulièrement susceptibles d'être soumis à des accélérations et à des vibrations en cours de fonctionnement, tels ceux prévus pour équiper des véhicules, il est prévu des mesures spécifiquement destinées30 à limiter les effets de ces vibrations et accélérations. Une première mesure connue consiste bien entendu à utiliser des plots antivibrations pour la fixation du climatiseur et de ceux de ses éléments qui sont éventuellement susceptibles de créer des vibrations et/ou d'être particulièrement35 sensibles aux vibrations. Comme il est connu, le débit de fluide frigorigène sous forme liquide qui est fourni à l'évaporateur d'un climatiseur est susceptible d'être modifié par des accélérations parasites externes dues par exemple au déplacement du véhicule comportant ce climatiseur. Il peut alors y avoir soit un débordement, soit un manque de liquide, en sortie d'évaporateur ce qui peut conduire soit à un coup de liquide, soit à une surchauffe des gaz aspirés, au niveau du compresseur, ce qui est usuellement mal10 supporté par ce dernier. De même les vibrations et/ou les accélérations parasites peuvent provoquer des déplacements de liquide dans les tubes de l'évaporateur et conduire aux phénomènes gênants mentionnés ci-dessus, de plus il existe alors un risque de dysfonctionnement du détendeur si le15 signal de commande qu'il reçoit est faussé. Une autre mesure connue pour limiter l'effet des accélérations et vibrations sur le climatiseur consiste à interposer une bouteille séparatrice liquide-gaz 7' en amont de l'entrée d'aspiration du compresseur 3' pour retenir le20 fluide frigorigène sous forme liquide, en particulier en cas de coup de liquide. Une autre mesure simple consiste à prévoir un compresseur 3' de type volumétrique moins sensible aux coups de liquide que les compresseurs à piston.25 En dernier lieu, selon l'invention, il est prévu d'insérer un double échangeur gaz-liquide dans le circuit de fluide frigorigène en sortie d'évaporateur afin de limiter au maximum les conséquences d'un éventuel débordement de liquide dans cet évaporateur.30 Dans l'exemple proposé qui est montré en tireté sur la figure 2, le double échangeur est constitué de deux éléments échangeurs gaz-liquide 22' et 23', par exemple coaxiaux, montés en série de manière à être sans effet au point de vue du bilan énergétique, la surchauffe qui y est générée étant35 récupérée par sous-refroidissement du fluide frigorigène sous forme liquide du condenseur. A cet effet, le fluide frigorigène provenant du condenseur 2', via notamment ici le voyant de liquide 16', circule en direction de l'évaporateur 1', dans une première portion de circuit de chacun des éléments échangeurs 22' et 23' montés en série. Le fluide frigorigène provenant de l'évaporateur 1', via la canalisation 21', circule dans une seconde portion de circuit séparée de la première portion de circuit dans chacun des éléments échangeurs 22' et 23', ces secondes10 portions étant connectées en série, ici de part et d'autre du bulbe 0', en amont de la bouteille séparatrice 7' et du compresseur 3'. Ceci permet que le fluide frigorigène sous forme liquide parvenant éventuellement jusqu'à l'élément échangeur 23' en cas de débordement soit vaporisé par l'intermédiaire de cet élément. Ceci permet simultanément que la surchauffe indispensable du fluide frigorigène en sortie d'évaporateur 1', soit assurée par l'élément échangeur 22' plutôt que par l'évaporateur 1' lui-même, ce qui augmente en conséquence l'efficacité de la batterie de ce dernier. Parallèlement un sous-refroidissement du liquide du condenseur compense la surchauffe qui a été générée par ailleurs. Il est alors envisagé de disposer un fluxmètre 24' pour effectuer des mesures en mode différentiel de part et d'autre de l'élément échangeur 22', par exemple au niveau de25 la canalisation 21' comme dans le cas o est prévu un fluxmètre 20', et au niveau du bulbe 0'. Le fluxmètre 24' permet alors le pilotage de l'agencement de réglage composé du détendeur 9' et/ou de l'électrovanne 14'. REVENDICATIONS 1/ Climatiseur comportant notamment un évaporateur refroidisseur d'air (1'), un condenseur à air (2') et un compresseur (3') réunis en boucle par un circuit o circule 5 un fluide frigorigène et o l'admission de ce fluide, provenant du condenseur,par l'évaporateur est commandée à partir d'au moins un dispositif qui fournit une mesure relative au fluide circulant dans le circuit et qui agit sur au moins un agencement de réglage (14' ou 9'), inséré entre10 le condenseur et l'évaporateur, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un fluxmètre thermique (18', 20' ou 24'), positionné dans une zone déterminée du circuit, pour piloter au moins partiellement l'agencement de réglage à partir de la mesure qu'il réalise.15 2/ Climatiseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un fluxmètre thermique (18') positionné dans une zone déterminée du circuit de fluide frigorigène qui est située entre le compresseur (3') et le condenseur (2') et qui est au niveau d'une zone de haute pression pour le20 fluide dans le circuit, lorsque le climatiseur est en fonctionnement. 3/ Climatiseur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un fluxmètre thermique (20') positionné dans une zone déterminée du circuit de fluide frigorigène qui est25 à la sortie de l'évaporateur (1') entre ce dernier et le compresseur (3'). 4/ Climatiseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluxmètre thermique (18' ou 20') qu'il comporte, au niveau d'une zone déterminée du circuit de fluide30 frigorigène, est plaqué contre la surface externe d'une portion de canalisation du circuit o circule le fluide frigorigène pour cette zone. 5/ Climatiseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un fluxmètre thermique (20') assurant une mesure différentielle entre flux thermiques pris en compte au niveau de deux portions successives de canalisation de l'évaporateur qui sont situées de part et d'autre du niveau de fin d'évaporation de cet évaporateur et auxquelles ce fluxmètre est thermiquement connecté.5 6/ Climatiseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un double échangeur gaz-liquide qui est disposé en sortie de l'évaporateur (1') et par conséquent en amont du compresseur (3'), et qui est composé de deux éléments échangeurs (22', 23') placés en série et identiquement dotés chacun d'une première portion et d'une seconde portion de circuit thermiquement associées et fluidiquement séparées, les deux premières portions étant disposées en série entre le condenseur et l'évaporateur, en amont de ce dernier, les deux secondes portions étant15 disposées en série entre l'évaporateur et le compresseur.