Brevet FR2847664A1 — publié le 20040528

La présente invention concerne un dispositif pour compenser les fuites en fluide frigorigène d'un circuit de climatisation automobile ou d'un groupe de réfrigération d'un véhicule frigorifique, le fluide frigorigène utilisé étant du dioxyde de carbone. Par climatisation automobile, on entend à la fois, la réfrigération de l'habitacle de tout véhicule (automobile, car, autobus, wagon, etc.) en été au moyen d'un groupe frigorifique et ou le chauffage de l'habitacle de tout véhicule en hiver par pompe à chaleur. Par véhicule frigorifique, on entend toute enceinte mobile (camionnette, camion, semi-remorque, wagon, etc.) destinée au transport de denrées périssables ou surgelées. Les fluides frigorigènes qui sont actuellement utilisés dans les circuits de climatisation automobile ou de réfrigération de véhicule frigorifique sont des hydrocarbures halogénés. Ces circuits ne sont pas parfaitement étanches même si les constructeurs s'efforcent par un choix adapté des équipements et des raccordements entre équipements à réduire les fuites au minimum. Cette non étanchéité impose de procéder, durant la vie du véhicule, à des recharges en fluide des circuits. Pour éviter de trop fréquentes recharges, la charge initiale et les recharges ultérieures sont supérieures à la quantité nominale nécessaire au bon fonctionnement de la climatisation automobile ou de la réfrigération de véhicule frigorifique. Cet excédent est stocké dans les circuits mêmes sous forme liquide dans un équipement spécifique. A titre indicatif, la figure 1 représente un schéma de circuit de climatisation automobile utilisant un hydrocarbure halogéné comme fluide frigorigène. Ce circuit, avoir été tiré au vide, est empli d'hydrocarbure halogéné sur la chaîne de montage selon les prescriptions du constructeur. Il comporte comme équipements principaux, en suivant le cycle du fluide, un évaporateur (1) o le fluide en se vaporisant fournit le froid nécessaire au refroidissement de l'air de l'habitacle, un compresseur (2) qui comprime le fluide vaporisé, un condenseur (3) o le gaz comprimé se condense en cédant sa chaleur à l'air ambiant, puis une bouteille (4) o l'excédent de fluide nécessaire à la compensation des fuites du circuit est stocké sous forme liquide, le fluide circulant en circuit fermé y étant filtré et séché, enfin un organe de détente (5) avant l'évaporateur (1). Le protocole de Montréal (1987) relatif à la couche d'ozone interdit la production de chlorofluorocarbures (CFC) et, à terme, la production d'hydrochlorofluorocarbures (HCFC). Le protocole de Kyoto (1997), relatif à l'effet de serre, réglemente les émissions de dioxyde de carbone, mais aussi, entre autres substances, les émissions d'hydrofluorocarbures (HFC). Les hydrocarbures halogénés étant ainsi visés par la réglementation, les constructeurs s'orientent vers l'emploi du dioxyde de carbone (CO2), un fluide naturel, comme fluide frigorigène pour la climatisation automobile ou la réfrigération de véhicule frigorifique. En effet, celui-ci n'a pas d'effet sur la couche d'ozone, et, son potentiel d'effet de serre est plusieurs centaines à plusieurs milliers de fois moins élevé que celui des hydrofluorocarbures (HFC). Par ailleurs, les caractéristiques physiques du dioxyde de carbone conduisant à la mise en oeuvre de pressions nettement plus élevées dans les circuits de climatisation automobile ou de réfrigération de véhicule frigorifique que les hydrocarbures halogénés, rend plus difficile encore la recherche d'une parfaite étanchéité. Enfin, le point critique du dioxyde de carbone étant de 31,10C, celui-ci n'existe que sous forme gazeuse si la température ambiante est supérieure à cette valeur. En conséquence, le système de climatisation automobile ou de réfrigération de véhicule frigorifique étant à l'arrêt, la température ambiante supérieure à 31,1OC, le dioxyde de carbone est entièrement sous forme gazeuse dans le circuit. La pression de celui-ci est, en première approximation en supposant le gaz parfait, directement proportionnelle à la quantité de dioxyde de carbone qu'il contient et à la température ambiante exprimée en degrés Kelvin (degré Kelvin = degré Celsius + 273). Il n'est donc plus possible de stocker un fort excédent de fluide sous forme liquide dans le circuit comme on le faisait dans le cas des hydrocarbures halogénés qui ont des températures critiques élevées. A titre d'exemple, les deux hydrocarbures halogénés les plus utilisés en climatisation automobile, le R12 et le R134a ont respectivement une température critique de 110,50C et de 101,1OC. Le stockage de dioxyde de carbone dans le circuit même ne pourrait se concevoir qu'en acceptant de construire des circuits avec une pression maximale de service admissible très élevée, ce qui n'est pas réaliste. L'invention décrite, ci-après, a pour objet, dès lors que le dioxyde de carbone est utilisé comme fluide frigorigène, d'une part de compenser les fuites du circuit vers l'atmosphère, comme les excédents de charge le faisaient dans le cas des hydrocarbures halogénés, mais aussi, si tel est le choix fait, de supprimer toutes opérations de recharges ultérieures du circuit durant la vie du véhicule. Une bouteille de dioxyde de carbone, embarquée dans le véhicule, est disposée en position verticale en appoint de la partie basse pression du circuit (à l'amont du compresseur). Dans tous les cas, les caractéristiques des cycles de climatisation automobile ou de réfrigération de véhicule frigorifique font que ces circuits étant en service, la pression dans la bouteille, fonction de la température ambiante, est supérieure à la basse pression de ces cycles. Grâce au dispositif mis en oeuvre, cette bouteille assure le maintien d'une pression minimale dans le circuit basse pression compensant ainsi les fuites du circuit et jouant ainsi le rôle de l'excédent de charge mis en oeuvre dans le cas actuel de l'utilisation d'hydrocarbures halogénés comme fluide frigorigène. Enfin, pour éviter toutes recharges du circuit durant la vie du véhicule, on peut opter, par le choix de la capacité en C02 de la bouteille et l'évaluation dans le temps des fuites du circuit, soit pour une bouteille de grande capacité, soit pour un ou des échanges standard de bouteille au cours de ladite vie du véhicule sans intervention sur le circuit lui-même. Le dispositif comprend dans tous les cas, une bouteille de dioxyde de carbone munie de son robinet d'arrêt, puis différents équipements selon que l'on envisage ou pas d'effectuer des échanges standard de bouteille. 1. Sans échange standard de la bouteille La figure 2 représente un schéma de circuit de climatisation automobile utilisant le dioxyde de carbone comme fluide frigorigène équipé d'un dispositif, objet de l'invention, qui ne permet pas d'échange de bouteille C02 sans intervention sur le circuit. Il comporte des équipements ayant les mêmes fonctions que ceux de la figure 1 numérotés de (1) à (5), à l'exception de la bouteille (4) qui n'assure que la fonction de filtration et de séchage, le stockage de dioxyde de carbone pour compenser les fuites du circuit étant assuré par la bouteille C02 (7). Il comprend aussi un échangeur de chaleur interne (6) qui refroidit le dioxyde de carbone avant détente en échangeant de la chaleur avec le dioxyde de carbone sortant de l'évaporateur (1). Sur le robinet d'arrêt de la bouteille (7) est raccordé un détendeur à très faible débit (8). Le fonctionnement du dispositif est décrit ci-après. La bouteille C02 est emplie dans un atelier de conditionnement. Elle est mise en place dans le véhicule sur la chaîne de montage. Après mise sous vide du circuit de climatisation automobile ou de réfrigération de véhicule frigorifique, ce circuit est empli de dioxyde de carbone selon les prescriptions du constructeur. Puis, le robinet d'arrêt de la bouteille C02 (7) est ouverte. A chaque mise en service du circuit de climatisation automobile ou de réfrigération de véhicule frigorifique, le détendeur à très faible débit (8) assure le maintien d'une pression minimale prédéterminée dans la partie basse pression dudit circuit. 2. Avec échanges standard de la bouteille La figure 3 représente un schéma de circuit de climatisation automobile utilisant le dioxyde de carbone comme fluide frigorigène équipé d'un dispositif qui permet l'échange de bouteille C02 sans intervention sur ledit circuit. Il comporte des équipements ayant les mêmes fonctions que ceux de la figure 2 numérotés de (1) à (6). Le dispositif comporte une vanne télécommandée (9) dont l'ouverture est commandée par la mise en service de la climatisation automobile ou de la réfrigération de véhicule frigorifique, sa fermeture par la mise à l'arrêt de celle-ci et une vanne manuelle (10) de mise à l'air entre la vanne d'arrêt de la bouteille (7) et la vanne télécommandée (9) placée au plus près de celle-ci. La vanne télécommandée (9) est placée au plus près du détendeur à très faible débit (8). Comme précédemment, la bouteille C02,emplie dans un atelier de conditionnement, est mise en place dans le véhicule sur la chaîne de montage. Après mise sous vide du circuit de climatisation automobile ou de réfrigération de véhicule frigorifique, ce circuit est empli de dioxyde de carbone selon les prescriptions du constructeur. Puis, le robinet d'arrêt de la bouteille C02 (7) est ouvert. Pendant un court instant, la vanne manuelle (10) est ouverte afin de purger la ligne, puis refermée. A chaque mise en service du circuit de climatisation ou de réfrigération de véhicule frigorifique, la vanne télécommandée s'ouvre, le détendeur à très faible débit (8) assure alors le maintien d'une pression minimale prédéterminée dans la partie basse pression dudit circuit. Lorsque la bouteille C02 est vide, c'est à dire lorsqu'elle n'est plus en mesure de maintenir à sa valeur prédéterminée la basse pression du circuit, il est procédé à un échange standard de bouteille selon la procédure décrite ci-après. Le circuit de climatisation automobile ou de réfrigération de véhicule frigoriffque étant à l'arrêt, le robinet d'arrêt de la bouteille vide est fermé, la vanne manuelle (10) est ouverte jusqu'à la décompression totale de la ligne comprise entre la vanne télécommandée (8) et le robinet d'arrêt de la bouteille C02 (7), puis refermée. La bouteille vide est remplacée par une bouteille pleine. Le robinet d'arrêt de celle-ci est ouvert. La vanne manuelle (10) est ouverte le temps nécessaire à la purge de l'air contenu dans la ligne comprise entre la vanne télécommandée (8) et le robinet d'arrêt de la bouteille (7), puis refermée. Le dispositif est à nouveau prêt à fonctionner sans qu'il ait été besoin d'intervenir sur le circuit de climatisation automobile ou de réfrigération de véhicule frigorifique. Les applications industrielles de l'invention sont les circuits de climatisation automobile ou de réfrigération de véhicule frigorifique utilisant le dioxyde de carbone comme fluide frigorigène. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour compenser les fuites d'un circuit de climatisation automobile ou de réfrigération de véhicule frigorifique utilisant le dioxyde de carbone comme fluide frigorigène caractérisé en ce que une bouteille C02 (7) est placée en dérivation dudit circuit ainsi qu'un détendeur à très faible débit (8) pour maintenir à une valeur prédéterminée la basse pression dudit circuit lorsque la climatisation automobile nio la réfrigération de véhicule frigorifique est en service compensant ainsi les fuites dudit circuit (figure 2). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une vanne télécommandée (9) et une vanne manuelle (10) qui permet un échange standard de la bouteille 002 lorsque celle-ci est vide sans qu'il soit nécessaire d'intervenir sur le circuit de climatisation automobile ou de réfrigération de véhicule frigorifique assurant ainsi la compensation des fuites dudit circuit durant toute la vie du véhicule (figure 3).