Brevet FR2774155A1 — publié le 19990730

Procédé et dispositif de détection du sous-refroidissement d'un fluide réfricérant L'invention concerne les circuits de fluide réfrigérant comprenant un compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur, notamment pour un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule. Dans le condenseur d'un dispositif de climatisation de véhicule, le fluide réfrigérant, en cédant de la chaleur à un milieu extérieur, se condense de l'état gazeux à l'état liquide, après quoi la poursuite de l'échange de chaleur conduit à un "sous-refroidissement" du liquide, c'est-à-dire à un abaissement de sa température au-dessous de la température d'équilibre liquide/vapeur correspondant à la pression du fluide. A la sortie du condenseur, le fluide se trouve donc dans un "état de sous-refroidissement11 variable, qui peut être représenté par la différence entre la température d'équilibre et la température réelle du fluide, cette différence pouvant être nulle en cas d'absence de sousrefroidissement, ou d'une grandeur variable. L'état de sous-refroidissement du fluide réfrigérant à la sortie du condenseur est un paramètre important du fonctionnement du circuit. Un rendement satisfaisant nécessite un état de sous-refroidissement minimal. En revanche, un état de sous-refroidissement allant au-delà des besoins traduit une quantité excessive de fluide dans le circuit, ce qui accroît nutilement la puissance absorbée par le compresseur. Ce même inconvénient se manifeste lorsque la pression du fluide réfrigérant dépasse un seuil prédéterminé. I1 est donc utile de surveiller l'état de sous-refroidissement du fluide, et le cas échéant sa pression, à la sortie du condenseur. Le but de l'invention est de proposer un procédé et un aménagement du circuit à cet effet. L'invention vise notamment un procédé pour évaluer l'état de sous-refroidissement du fluide réfrigérant dans une zone de mesure d'un circuit comprenant un compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur, notamment pour un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule, le fluide réfrigérant traversant la zone de mesure après s'être condensé dans le condenseur, et prévoit qu'on compare la pression du fluide réfrigérant dans la zone de mesure et la pression d'une masse d'un fluide de référence en équilibre liquide/vapeur en contact thermique avec le fluide réfrigérant présent dans la zone de mesure, ladite pression du fluide de référence étant représentative de la température du fluide réfrigérant dans la zone de mesure, et qu'on utilise le résultat de la comparaison en tant qu'indicateur de l'état de sous-refroidissement. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - On utilise le résultat de la comparaison pour déterminer si l'état de sous-refroidissement du fluide réfrigérant se trouve au-dessous, à l'intérieur ou au-dessus d'une plage optimale prédéterminée. - Le fluide réfrigérant et le fluide de référence présentent des courbes température/pression de saturation identiques ou d'allure semblable. - On utilise le résultat de la comparaison pour déterminer dans laquelle des trois situations suivantes se trouve le fluide réfrigérant: a) état de sous-refroidissement au-dessous de ladite plage et pression inférieure ou égale à un seuil prédé terminé; b) état de sous-refroidissement à l'intérieur de ladite plage et pression inférieure ou égale audit seuil; c) état de sous-refroidissement au-dessus de ladite plage et/ou pression supérieure audit seuil. - Le fluide réfrigérant et le fluide de référence présentent des courbes température/pression de saturation identiques ou d'allure semblable au-dessous d'une température de transition correspondant pour le fluide réfrigérant à une pression inférieure audit seuil, et qui divergent l'une de l'autre au-delà de la température de transition. - La pression de saturation du fluide de référence est sensiblement constante au-delà de la température de transition. L'invention a également pour objet un circuit de fluide réfrigérant, notamment pour un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule, comprenant un compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur. En vue de la mise en oeuvre du procédé tel que défini cidessus, le circuit selon l'invention comprend un détecteur de l'état de sous-refroidissement du fluide réfrigérant dans ladite zone de mesure, ce détecteur comportant une première chambre de volume variable placée en communication de fluide avec la zone de mesure de manière à être remplie de fluide réfrigérant à la pression régnant dans la zone de mesure, une seconde chambre de volume variable remplie dudit fluide de référence en équilibre liquide/vapeur, en contact thermique avec le fluide réfrigérant présent dans la zone de mesure de manière que la pression qui y règne soit fonction croissante de la température du fluide réfrigérant dans la zone de mesure, et un premier organe mobile propre à être déplacé dans des sens opposés par les variations de volume des deux chambres de manière à indiquer un état de sous-refroidissement du fluide réfrigérant. Le circuit selon l'invention peut comporter au moins certaines des particularités suivantes: - Les deux chambres sont délimitées par des parois latérales tubulaires respectives déformables disposées sensiblement en alignement mutuel et par des parois d'extrémités rigides, à savoir pour chacune des chambres une paroi proximale tournée vers l'autre chambre et une paroi distale tournée à l'opposé de l'autre chambre, les parois distales étant fixes et les parois proximales étant mobiles et mutuellement confondues ou solidaires, et solidaires dudit premier organe mobile. - Les parois latérales sont sous forme de soufflets. - La somme des volumes des deux chambres est constante. - Les parois distales sont formées par deux parois opposées d'un boîtier de détecteur contenant les parois latérales et les parois proximales, et sont percées d'ouvertures pour le passage du fluide réfrigérant et du fluide de référence. - La seconde chambre est reliée par une conduite étroite à un réservoir de fluide de référence accolé à une paroi délimitant la zone de mesure. - Le premier organe mobile est propre à agir sur au moins un premier contact électrique de manière à ouvrir ou fermer celui-ci en fonction de sa position. - Le premier organe mobile est propre à agir sur des premier et second contacts électriques de manière que ceux-ci soient, en fonction de sa position, soit tous deux ouverts, soit l'un ouvert et l'autre fermé, soit tous deux fermés. - Ledit premier contact électrique et ledit second contact électrique utilisent des premier, second et troisième éléments de contact mutuellement alignés dans cet ordre dans la direction de déplacement du premier organe mobile et solidaires respectivement de ce dernier, d'un second et d'un troisième organes mobiles, les second et troisième organes mobiles étant rappelés élastiquement vers le premier organe mobile jusqu'à des positions de fin de course distantes l'une de l'autre, dont ils peuvent s'écarter sous la poussée du premier organe mobile, la fermeture du premier contact étant réalisée par la mise en contact mutuel des premier et second éléments de contact et la fermeture du second contact étant réalisée par la mise en contact mutuel des premier, second et troisième éléments de contact. Dans le cas d'un contact électrique unique, le troisième organe mobile et le troisième élément de contact sont omis. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un circuit de fluide réfrigérant selon l'invention pour un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile - les figures 2 à 4 sont des représentations schématiques du détecteur de sous-refroidissement du circuit, pour trois états différents du fluide réfrigérant dans la zone de mesure ; et - la figure 5 est un diagramme illustrant le fonctionnement du détecteur. Le circuit de la figure 1 comprend de façon classique un compresseur 1, un condenseur 2, un détendeur 3 et un évaporateur 4 disposés de manière à être parcourus dans cet ordre par un fluide réfrigérant qui passe de l'état gazeux à l'état liquide dans le condenseur et de l'état liquide à l'état gazeux dans l'évaporateur. Des conduites 5, 6, 7 et 8 amènent le fluide respectivement du compresseur au condenseur, du condenseur au détendeur, du détendeur à l'évaporateur et de l'évaporateur de nouveau au compresseur. Des composants complémentaires tels qu'un réservoir de fluide réfrigérant, non concernés par la présente invention, peuvent être interposés sur l'une ou l'autre de ces conduites. Le circuit comprend également un détecteur 9 selon l'invention, relié à une zone 10 de la conduite 6 voisine de la sortie du condenseur 2. Comme représenté schématiquement sur les figures 2 à 4, le détecteur 9 comprend un boîtier 11 présentant deux parois rigides opposées 12 et 13 planes et parallèles. Sur les faces internes des parois 12 et 13 sont fixées de manière étanche aux fluides les extrémités de soufflets respectifs 14 et 15 ayant une même section circulaire et mutuellement alignés dans leur direction longitudinale perpendiculaire aux parois 12 et 13. Les extrémités opposées des deux soufflets sont fixées de manière étanche au fluide sur les deux faces respectivement d'une plaque rigide 16 s'étendant parallèlement aux parois 12 et 13. Les soufflets 14 et 15 délimitent ainsi, avec les parois 12, 13 et 16, des chambres respectives 17 et 18 dont le volume est variable par déformation élastique des soufflets, la somme des volumes des deux chambres étant constante. La déformation des soufflets et la variation de volume des chambres s'accompagnent d'un déplacement de la plaque 16 parallèlement à elle-meme. La chambre 17 communique avec l'extérieur exclusivement par une conduite fine 20 qui la relie à la zone 10 de la conduite 6 de fluide réfrigérant, en traversant un trou 21 ménagé dans la paroi 12. De même, la chambre 18 communique exclusivement, par l'intermédiaire d'une conduite fine 22, avec un réservoir 23, en traversant un trou 24 ménagé dans la paroi 13. Le réservoir 23 est accolé à la zone 10 de la conduite 6 et forme, avec la chambre 18 et la conduite 22, un volume fermé rempli d'un fluide de référence en équilibre liquide/gaz, qui peut être identique au fluide réfrigérant ou différent de celui-ci. Comme ne le montrent pas les dessins schématiques des figures 2 à 4, le volume de la chambre 8 et de la conduite 22 est petit par rapport au volume du réservoir 23, de telle manière que la pression régnant dans la chambre 18 soit pratiquement égale à la pression d'équilibre liquide/gaz du fluide de référence à la température du réservoir 23, c'est-à-dire à la température du fluide réfrigérant dans la zone 10. Quant à la pression dans la chambre 17, qui est remplie de fluide réfrigérant et communique avec la zone 10, elle représente la pression du fluide réfrigérant dans cette zone. La plaque 16 porte, à l'extérieur des chambres 17 et 18 et à l'intérieur du boîtier 11, un plot de contact électrique 30 qui est aligné, dans la direction longitudinale des soufflets, avec deux autres plots de contact 31 et 32 portés respectivement par des lames élastiques 33 et 34 qui les sollicitent élastiquement en direction du plot 30 jusqu'à des positions de fin de courses respectives où ils sont écartés l'un de l'autre. Les plots 30 à 32 font partie d'un circuit électrique du détecteur, le plot 30 étant relié à la masse de ce circuit par l'intermédiaire de la plaque 16, des soufflets 14 et 15 et du boîtier 11 qui sont conducteurs. La figure 2 montre les plots 31 et 32 dans leur position de fin de course, et le plot 30 écarté du plot 31. Les plots 31 et 32 sont alors isolés de la masse. Si, à partir de cette position, la pression dans la chambre 17 augmente par rapport à la pression dans la chambre 18, le volume de la première augmente et celui de la seconde diminue, la plaque 16 se déplaçant vers la droite des figures. Le plot 30 se rapproche alors du plot 31 jusqu'à venir en contact avec lui, comme montré sur la figure 3. Un premier contact électrique entre les plots 30 et 31 est ainsi fermé. Si l'augmentation de pression relative dans la chambre 17 se poursuit, le plot 30 continue de se déplacer avec la plaque 16 et pousse le plot 31 vers le plot 32 jusqu'à ce que les trois plots soient en contact mutuel comme montré sur la figure 4. Deux contacts électriques sont alors fermés, entre le plot 30 et le plot 31 et entre le plot 30 et le plot 32. On va maintenant expliquer, en se référant à la figure 5, la relation entre les positions montrées aux figures 2 à 4 et les différents états du fluide réfrigérant dans la zone de mesure 10. La figure 5 montre la variation de la pression en fonction de la température pour deux fluides à l'équilibre liquide/gaz, la courbe A correspondant à un fluide réfrigérant couramment utilisé, connu sous la dénomination R134a. Bien qu'on puisse utiliser ce même fluide également en tant que fluide de référence, on a envisagé, pour mieux faire comprendre les possibilités d'application de l'invention, l'utilisation d'un fluide de référence auquel correspond une courbe B différente de la courbe A. Dans le domaine de température couvert par la figure, la courbe A est constamment croissante et légèrement incurvée vers le haut. Jusqu'à une température de transition Tt, la courbe B présente sensiblement la même pente et la même courbure que la courbe A, tandis qu'au-delà de cette température, elle devient pratiquement horizontale. P1 représente une valeur de pression du fluide réfrigérant qui est considérée comme ne devant pas être dépassée pour assurer un fonctionnement optimal du compresseur. P0 est une valeur de pression arbitraire choisie inférieure à P1 et par conséquent considérée comme acceptable. A la pression P0 correspond une température To d'équilibre liquide/gaz du fluide réfrigérant. Si on considère que l'abaissement de température du fluide après condensation dans le condenseur 2 doit être compris entre une valeur minimale ATmini et une valeur maximale ATmaxi, la température du fluide dans la zone de mesure 10 doit, pour la pression P0, être comprise entre Tg - ATmaxi = Tin et To - ATmini = TM. Ces valeurs de température correspondent à leur tour à des pressions d'équilibre PM et Pm pour le fluide de référence, la différence Po - PM étant notée APmini et la différence P0 Pm APmaxi. Le détecteur selon l'invention est étalonné de telle manière que le plot 30 vienne en contact avec le plot 31 dans sa position de fin de course (figure 3) lorsque la différence de pression entre la chambre 17 et la chambre 18 atteint APmini, et que le plot 31, poussé par le plot 30, vienne en contact avec le plot 32 (figure 4) lorsque cette différence de pression atteint APmaxi. Dans ces conditions, la position de la figure 2, où les deux contacts électriques sont ouverts, indique que la pression dans la chambre 18 est supérieure à PM, donc que le fluide de référence, et par conséquent le fluide réfrigérant, en liaison thermique avec celui-ci, sont à une température supérieure à TM, autrement dit que le fluide réfrigérant n'est pas sous-refroidi ou l'est insuffisamment. De même, la fermeture d'un seul des deux contacts électriques (figure 3) indique que la pression dans la chambre 18 est comprise entre les valeurs Prn et PM et la température du fluide réfrigérant entre Tm et TM, donc que ce fluide est correctement sous-refroidi. Enfin, la fermeture des deux contacts électriques (figure 4) indique que la pression dans la chambre 18 est inférieure à Prn et la température du fluide réfrigérant inférieure à Trin, ce qui correspond à un sousrefroidissement excessif. Au-delà de la température Tt, le fluide de référence possède une pression d'équilibre sensiblement constante Pt, la différence P1 - Pt étant aussi égale à APmaxi. I1 en résulte que, lorsque la pression du fluide réfrigérant dépasse P1, la pression du fluide de référence ne pouvant dépasser Pt, la différence de pression entre les deux chambres dépasse APmaxi, de sorte que les deux contacts électriques sont de nouveau fermés, quel que soit l'état de sous-refroidissement du fluide réfrigérant. La fermeture simultanée des deux contacts signifie donc que l'une au moins des deux conditions suivantes est remplie : sous-refroidissement excessif, et pression du fluide réfrigérant excessive. L'ouverture et la fermeture des contacts électriques peuvent être exploitées de toute manière connue pour commander des moyens de signalisation et/ou de correction des anomalies ainsi révélées. Dans l'exemple illustré, au-dessous de la pression Pt, les courbes A et B sont décalées horizontalement l'une par rapport à l'autre d'une distance constante. Il en résulte qu'à des différences ATmini et ATmaxi constantes en fonction de la pression P0 correspondent des différences APmini et APmaxi également constantes, de sorte que les ouvertures et fermetures de contacts électriques correspondent à des écarts de température de sous-refroidissement ATmini et ATmaxi indépendants de P0. Le même résultat est obtenu lorsque le fluide de référence est identique au fluide réfrigérant, les courbes A et B étant alors confondues. Il est également possible de faire varier les valeurs limites d'écarts de température de sous-refroidissement ATmini et ATmaxi en fonction de la pression P0 en choisissant un fluide de référence dont la courbe de saturation a une allure analogue à celle du fluide réfrigérant, sans se déduire de celle-ci par une translation. De même, dans le cas où on souhaite signaler une température excessive du fluide réfrigérant, la partie de la courbe de saturation du fluide de référence situé à droite de la température T n'est pas nécessairement sensiblement horizontale, mais peut présenter une pente inférieure à celle de la courbe du fluide réfrigérant. Revendications 1. Procédé pour évaluer l'état de sous-refroidissement du fluide réfrigérant dans une zone de mesure (10) d'un circuit comprenant un compresseur (1), un condenseur (2), un détendeur (3) et un évaporateur (4), notamment pour un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule, le fluide réfrigérant traversant la zone de mesure après s'être condensé dans le condenseur, procédé dans lequel on compare la pression du fluide réfrigérant dans la zone de mesure et la pression d'une masse d'un fluide de référence en équilibre liquide/vapeur en contact thermique avec le fluide réfrigérant présent dans la zone de mesure, ladite pression du fluide de référence étant représentative de la température du fluide réfrigérant dans la zone de mesure, et qu'on utilise le résultat de la comparaison en tant qu'indicateur de l'état de sous-refroidissement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise le résultat de la comparaison pour déterminer si l'état de sous-refroidissement du fluide réfrigérant se trouve au-dessous, à l'intérieur ou au-dessus d'une plage optimale prédéterminée. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant et le fluide de référence présentent des courbes température/pression de saturation identiques ou d'allure semblable. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise le résultat de la comparaison pour déterminer dans laquelle des trois situations suivantes se trouve le fluide réfrigérant: a) état de sous-refroidissement au-dessous de ladite plage et pression inférieure ou égale à un seuil prédé terminé; b) état de sous-refroidissement à l'intérieur de ladite plage et pression inférieure ou égale audit seuil; c) état de sous-refroidissement au-dessus de ladite plage et/ou pression supérieure audit seuil. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant et le fluide de référence présentent des courbes température/pression de saturation identiques ou d'allure semblable au-dessous d'une température de transition correspondant pour le fluide réfrigérant à une pression inférieure audit seuil, et qui divergent l'une de l'autre au-delà de la température de transition. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pression de saturation du fluide de référence est sensiblement constante au-delà de la température de transition. 7. Circuit de fluide réfrigérant, notamment pour un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule, comprenant un compresseur (1), un condenseur (2), un détendeur (3) et un évaporateur (4), caractérisé en ce qu'il est propre à la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes et comprend à cet effet un détecteur (9) de l'état de sous-refroidissement du fluide réfrigérant dans ladite zone de mesure (10), ce détecteur comportant une première chambre (17) de volume variable placée en communication de fluide avec la zone de mesure de manière à être remplie de fluide réfrigérant à la pression régnant dans la zone de mesure, une seconde chambre (18) de volume variable remplie dudit fluide de référence en équilibre liquide/vapeur, en contact thermique avec le fluide réfrigérant présent dans la zone de mesure de manière que la pression qui y règne soit fonction croissante de la température du fluide réfrigérant dans la zone de mesure, et un premier organe mobile (16) propre à être déplacé dans des sens opposés par les variations de volume des deux chambres de manière à indiquer un état de sous-refroidissement du fluide réfrigérant. 8. Circuit selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux chambres (17, 18) sont délimitées par des parois latérales tubulaires respectives déformables (14, 15) disposées sensiblement en alignement mutuel et par des parois d'extrémités rigides, à savoir pour chacune des chambres une paroi proximale (16) tournée vers l'autre chambre et une paroi distale (12, 13) tournée à l'opposé de l'autre chambre, les parois distales étant fixes et les parois proximales étant mobiles et mutuellement confondues ou solidaires, et solidaires dudit premier organe mobile. 9. Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que les parois latérales sont sous forme de soufflets. 10. Circuit selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la somme des volumes des deux chambres est constante. 11. Circuit selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les parois distales sont formées par deux parois opposées (12, 13) d'un boîtier de détecteur (11) contenant les parois latérales (14, 15) et les parois proximales (16), et sont percées d'ouvertures (19, 24) pour le passage du fluide réfrigérant et du fluide de référence. 12. Circuit selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que la seconde chambre est reliée par une conduite étroite (22) à un réservoir (23) de fluide de référence accolé à une paroi délimitant la zone de mesure (10). 13. Circuit selon l'une des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que le premier organe mobile est propre à agir sur au moins un premier contact électrique (30, 31) de manière à ouvrir ou fermer celui-ci en fonction de sa position. 14. Circuit selon la revendication 13, caractérisé en ce que le premier organe mobile est propre à agir sur des premier (30, 31) et second (30, 32) contacts électriques de manière que ceux-ci soient, en fonction de sa position, soit tous deux ouverts, soit l'un ouvert et l'autre fermé, soit tous deux fermés. 15. Circuit selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que ledit premier contact électrique et le cas échéant ledit second contact électrique utilisent des premier (30), second (31) et le cas échéant troisième (32) éléments de contact mutuellement alignés dans cet ordre dans la direction de déplacement du premier organe mobile (16) et solidaires respectivement de ce dernier, d'un second (33) et le cas échéant d'un troisième (34) organes mobiles, les second et troisième organes mobiles étant rappelés élastiquement vers le premier organe mobile jusqu'à des positions de fin de course distantes l'une de l'autre, dont elles peuvent s'écarter sous la poussée du premier organe mobile, la fermeture du premier contact étant réalisée par la mise en contact mutuel des premier et second éléments de contact et la fermeture du second contact étant réalisée par la mise en contact mutuel des premier, second et troisième éléments de contact.