Brevet FR2851328A1 — publié le 20040820

DISPOSITIF DE CONTRÈLE DE LA CHARGE EN FLUIDE FRIGORIGENE D'UNE INSTALLATION DE CLIMATISATION La présente invention concerne un dispositif de contrôle de la charge en fluide frigorigène d'une installation de climatisation. Un tel dispositif est utilisé 5 pour la mise en service d'une installation de climatisation et/ou pour la vérification de la charge en fluide frigorigène au cours du fonctionnement de l'installation. La présente invention permet ainsi de remplir une installation de climatisation d'une juste quantité de fluide frigorigène, par exemple du " Fréon ", et/ou de 1i0 vérifier que la quantité de fluide frigorigène présente dans le circuit d'une installation de climatisation est optimale. On connaît plusieurs méthodes et/ou dispositifs permettant le remplissage initial d'un système de climatisation par un fluide frigorigène. Une de ces méthodes connues consiste à piquer un manomètre sur le circuit 15 de fluide du système de climatisation considéré. Un fluide frigorigène est ensuite introduit dans le circuit jusqu'à l'atteinte d'un niveau de pression prédéterminé, appelée pression de refoulement (si le manomètre est piqué sur la conduite haute pression) ou pression d'aspiration (si le manomètre est piqué sur la conduite basse pression), au delà duquel il n'est plus nécessaire 20 d'ajouter de fluide. Une telle méthode est généralement désignée par l'appellation " méthode de la pression de refoulement ", ou Cependant, une telle méthode s'avère imprécise, puisqu'elle ne tient pas compte du fait que la pression varie avec la température. Ainsi, la quantité de 25 fluide à introduire dans le circuit dépend notamment de la température extérieure à la pièce à climatiser, ainsi que de la température dans la pièce à climatiser. La méthode de la pression de refoulement / d'aspiration ne permet pas de tenir compte de ces températures et ne permet donc pas de remplir correctement l'installation. Une autre méthode consiste à piloter la masse de fluide frigorigène introduite, à l'aide d'une balance électronique ou d'un cylindre de charge par exemple. En effet, une installation de climatisation comprend généralement une unité de condensation comprenant un compresseur, ainsi qu'un évaporateur, raccordés entre eux par des liaisons fluidiques. Le constructeur 10 du compresseur spécifie généralement une masse de fluide frigorigène à introduire. Cette masse ne tient pas compte des liaisons fluidiques vers l'évaporateur, ni de l'évaporateur lui-même. Les installateurs d'unité de climatisation introduisent alors une masse de fluide frigorigène correspondant à la masse spécifiée pour le compresseur, majorée d'une 15 quantité supplémentaire de fluide, calculée sur la base du diamètre et de la longueur des conduites de fluide entre le compresseur et l'évaporateur. Une telle méthode est cependant tout à fait empirique et ne permet pas de piloter avec précision la charge de fluide frigorigène. On connaît également la méthode dite " par givrage " de la conduite 20 d'aspiration, qui consiste à évaluer la quantité de fluide frigorigène à fournir à l'installation par la mesure de la longueur de la conduite d'aspiration subissant un givrage. Cette méthode est toutefois totalement empirique et ne permet donc pas une mise en service optimale de l'installation. Aucune des méthodes évoquées ci-dessus, ne permet d'apprécier au plus 25 juste la charge de fluide frigorigène nécessaire à une installation donnée, dans un contexte climatique donné. Or, un manque de fluide frigorigène dans une installation peut entraîner des dysfonctionnements graves de basse pression comme par exemple: - une diminution de la puissance fournie, - ou une mise hors d'état du moteur du compresseur hermétique. Dans le cas contraire, un surplus de fluide frigorigène dans une installation de climatisation peut entraîner des dysfonctionnements graves de haute pression, comme par exemple: - des montées en pression ou en température exagérées, - des déclenchements intempestifs du pressostat haute pression ou des relais thermiques présents dans l'installation, des retours de liquide intempestifs vers le compresseur, 10 - une diminution de la puissance fournie, - ou encore une défaillance des clapets sur certains modèles de compresseur. Il est ainsi extrêmement courant que des installations de climatisation soient rendues hors d'usage par une mauvaise évaluation de la charge frigorifique à 15 fournir à l'installation. On connaît également une méthode de contrôle appelée " méthode de la surchauffe >, laquelle consiste à relever la température d'aspiration par contact avec la conduite d'aspiration de l'installation et à déterminer la température d'évaporation à partir d'une mesure de la pression dans la 20 conduite d'aspiration. La surchauffe correspond à la différence entre la température d'aspiration et la température d'évaporation. La surchauffe est ensuite comparée à des valeurs théoriques reportées sur un abaque. Il est alors possible en constatant un écart, lors de la comparaison, d'ajuster la charge en fluide frigorigène. Cette méthode est compliquée à mettre en 25 oeuvre, car elle suppose l'utilisation d'un abaque, lequel intègre des valeurs de la température d'entrée dans l'évaporateur (bulbe humide) et de la température d'entrée au condenseur (bulbe sec). Il faut par conséquent mesurer ces températures pour utiliser correctement l'abaque et pour disposer de valeurs de comparaison, ce qui s'avère long et fastidieux. Il faut également que le technicien utilisant cette méthode maîtrise correctement le 5 calcul de valeurs signées, ce qui en pratique ne s'avère pas toujours être le cas, puisque cette méthode nécessite fréquemment de soustraire des valeurs négatives. De plus, d'éventuelles variations de température au cours de l'opération de contrôle, modifiant ainsi les données de fonctionnement de l'installation, peuvent ne pas être prises en compte, entraînant une correction 10 non optimale de la charge en fluide frigorigène. Le but de la présente invention vise à réaliser un dispositif permettant de déterminer et de fournir simplement, rapidement et avec précision la quantité de fluide frigorigène nécessaire et suffisante pour un système de climatisation dans des conditions de fonctionnement données, de manière à 15 éviter aussi bien un excès qu'un défaut de charge qui pourrait être préjudiciable aux composants du circuit de climatisation. Un autre but de la présente invention vise à mettre en oeuvre de façon extrêmement simple, la méthode de contrôle, appelée " méthode de la surchauffe >,, et ce dans diverses installations ayant le cas échéant des 20 paramètres de fonctionnement différents. Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un dispositif de contrôle de la charge en fluide frigorigène d'une installation de climatisation comportant: - un boîtier portable dans lequel sont insérés une mémoire o sont 25 préenregistrés des valeurs de pression et de température et des moyens d'analyse et de calcul de données, - au moins trois capteurs de température et au moins un capteur de pression, tous reliés fonctionnellement aux moyens d'analyse et de calcul, - et un organe d'affichage piloté par les moyens d'analyse et de calcul. Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte des moyens d'enregistrement et/ou de paramétrage permettant de modifier les valeurs préenregistrées. Les moyens d'analyse et de calcul comprennent par exemple des moyens de comparaison des valeurs mesurées par les capteurs, le cas échéant 10 recalculées, avec des valeurs préenregistrées. Selon un exemple de réalisation, l'un au moins des capteurs de température est relié aux moyens d'analyse et de calcul par une liaison hertzienne, les autres capteurs étant reliés aux moyens d'analyse et de calcul à l'aide de liaisons électriques et/ou fluidiques. Les capteurs sont avantageusement amovibles de leur point de mesure respectif. Les moyens d'analyse et de calcul comprennent de préférence un microprocesseur ou un microcontrôleur. Selon un exemple de réalisation, le dispositif de contrôle comprend des 20 moyens d'asservissement d'une vanne de remplissage montée sur une conduite d'aspiration d'une installation de climatisation et reliée à une réserve de fluide frigorigène, chargeant ainsi automatiquement l'installation selon une boucle de régulation. Les objets assignés à l'invention sont également atteints à l'aide d'un procédé de contrôle de la charge en fluide frigorigène d'une installation de climatisation, consistant: - à utiliser un dispositif tel que décrit ci-dessus, - à disposer le capteur de la température bulbe sec, au voisinage d'une unité de condensation, - à disposer le capteur de température bulbe humide à l'intérieur du local à climatiser, - à disposer le capteur de température de contact sur la conduite 10 d'aspiration reliant l'unité d'évaporation à l'unité de condensation, - à disposer le capteur de pression sur la conduite d'aspiration, - à calculer une valeur de surchauffe à partir des valeurs mesurées par les capteurs et comparer cette valeur de surchauffe à une valeur préenregistrée, - et afficher une information sur l'écart entre la valeur calculée et la valeur préenregistrée. Selon un exemple de mise en oeuvre, le procédé consiste à asservir une vanne de remplissage de l'installation en fonction de l'écart affiché et ce, selon une boucle de régulation. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront également de la description détaillée figurant ci-après, donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels: - La figure 1 représente un abaque de courbes théoriques et par conséquent de valeurs théoriques dans la méthode de la surchauffe. - La figure 2 est une représentation schématique de l'agencement d'un dispositif conforme à l'invention dans une installation de climatisation. - La figure 3 est une représentation schématique, en coupe partielle, d'un agencement particulier de capteurs mis en ceuvre dans le cadre de l'invention. Le dispositif conforme à l'invention est utilisé pour contrôler la charge en fluide frigorigène d'une installation comprenant une unité d'évaporation UE (évaporateur) et une unité de condensation UC reliées entre elles par une conduite d'aspiration 1 et une conduite de refoulement 2, tel qu'on peut le 10 voir à la figure 2. Le local à climatiser 3 est schématisé en traits pointillés. Le dispositif conforme à l'invention comporte un boîtier portable 4. Le dispositif est indépendant des installations de climatisations et peut de ce fait être rapporté sur ces dernières à des fins de contrôle. La personne chargée de vérifier le bon fonctionnement des installations de climatisation peut ainsi 15 se déplacer d'une installation à l'autre avec son dispositif de contrôle. Ce dernier comporte une mémoire 5 insérée dans le boîtier 4, dans laquelle sont notamment préenregistrées des valeurs de pression et de température. Des moyens d'analyse et de calcul 6 de données sont aussi insérés dans le boîtier 4. Les moyens d'analyse et de calcul 6 sont utilisés pour le traitement 20 de valeurs mesurées par des capteurs de température ou de pression, sur la base par exemple d'un algorithme enregistré dans la mémoire 5. La mémoire 5 comprend par exemple une mémoire de type " ou EEPROM. Les moyens d'analyse et de calcul comprennent par exemple un microprocesseur ou un microcontrôleur. Avantageusement, les moyens d'analyse et de calcul 6 et/ou la mémoire 5 sont connectés à un port de sortie permettant leur liaison fonctionnelle, par exemple à des fins de mise à jour ou de modification de paramètres, à des moyens de maintenance et/ou de pilotage externes, du genre ordinateurs. A titre d'exemple, le port de sortie peut comprendre une interface RS232. Selon un exemple de réalisation, les moyens d'analyse et de calcul comprennent des moyens de comparaison permettant de comparer des 5 valeurs mesurées par les capteurs, le cas échéant recalculées, avec des valeurs préenregistrées. L'utilisateur du dispositif conforme à l'invention est alors en mesure de déceler un écart entre des valeurs théoriques et des résultats pratiques illustrant le fonctionnement de l'installation et de réagir en conséquence. L'organe d'affichage 7 informe donc en temps réel l'utilisateur 10 du dispositif de l'évolution du chargement en fluide frigorigène de l'installation. Les moyens d'analyse et de calcul 6 pilotent un organe d'affichage 7 permettant de restituer à l'utilisateur des informations se rapportant aux valeurs mesurées par des capteurs ou calculées par les moyens d'analyse et 15 de calcul 6. Le dispositif conforme à l'invention comporte au moins trois capteurs de température Cl, C2 et C3 et au moins un capteur de pression C4. Tous ces capteurs Cl, C2, C3 et C4 sont reliés fonctionnellement aux moyens d'analyse et de calcul 6. Le capteur de température C3 est destiné à être 20 positionné sur la conduite d'aspiration 1 et à mesurer la température de contact dite température d'aspiration Ta. Le capteur de pression C4 est destiné à mesurer la pression d'évaporation Pe à la sortie de l'unité d'évaporation UE. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, et qui du reste 25 constitue une invention indépendante à part entière, le capteur de température C3 destiné à mesurer la température de contact et le capteur de pression C4 destiné à mesurer la pression d'évaporation sont combinés en un seul capteur unitaire C5 représenté à la figure 3. Le capteur C5 comprend un tuyau flexible 20 destiné à être branché en liaison fluidique avec la conduite d'aspiration 1 par l'intermédiaire d'un moyen 5 de connexion 21, de manière à communiquer le niveau de pression d'évaporation Pe à un système de mesure et/ou d'affichage 22 comprenant un manomètre. Le système de mesure et/ou d'affichage 22 peut ainsi indiquer à l'utilisateur la pression d'évaporation Pe. Le capteur C5 comprend également un moyen de détermination 23A, 23B de la température de 10 contact Ta. Ce moyen de détermination 23A, 23B comprend un moyen sensible à la température 23B, par exemple un thermo-couple, relié par l'intermédiaire d'un moyen de liaison 23A, par exemple un fil conducteur, à un moyen de mesure et d'affichage de la température compris dans le système 22. Le 15 moyen sensible à la température 23B est agencé pour être en contact thermique avec le moyen de connexion 21, qui lui même est destiné à être solidarisé à un moyen complémentaire prévu sur la conduite d'aspiration 1. A titre d'exemple, le moyen de connexion 21 peut être par exemple constitué par un capuchon taraudé, destiné à coopérer avec un robinet muni d'un 20 filetage complémentaire (non représenté) disposé par construction sur la conduite d'aspiration 1. Le moyen de détermination de la température 23A, 23B peut être intégré intimement à la structure du tuyau flexible 20 (par exemple par surmoulage), ou être simplement rapporté contre ou dans celui-ci. Ainsi, le technicien en connectant le capteur C5 pourra obtenir simultanément une information sur la pression d'évaporation et la température de contact d'aspiration Ta. Le capteur de température Cl mesurant la température bulbe humide est destiné à être disposé dans le local à climatiser 3 au voisinage de l'unité d'évaporation UE, alors que le capteur de température Cl mesurant la température bulbe sec est destiné à être positionné à l'extérieur de la pièce à climatiser, à proximité de l'unité de condensation UC. Le dispositif conforme à l'invention comporte selon un exemple de réalisation, des moyens d'enregistrement et/ou de paramétrage permettant de modifier les valeurs préenregistrées. Il est ainsi possible de sélectionner le type de fluide frigorigène utilisé et par conséquent les paramètres 10 particuliers s'y rapportant. Le capteur de température C2, mesurant la température bulbe sec, est de préférence relié aux moyens d'analyse et de calcul 6 à l'aide d'une liaison hertzienne 8. Cette dernière comportant notamment un émetteur et un récepteur est connue en tant que telle et ne sera pas décrite plus en détails. 15 Ainsi, l'utilisateur du dispositif positionne le capteur de température C2 à l'extérieur et se déplace ensuite dans le local à climatiser 3 pour positionner les autres capteurs sur l'installation de climatisation et pour piloter de façon centralisée le remplissage ou l'ajustement en fluide frigorigène de l'installation. Les autres capteurs Cl, C3 et C4 sont avantageusement reliés 20 aux moyens d'analyse et de calcul 6 à l'aide de liaisons électriques et/ou fluidiques 9,10 et 11. Les capteurs Cl, C2, C3 et C4 sont amovibles de leur point de mesure respectif. Ils sont conçus de la sorte pour être facilement et rapidement manipulés par l'utilisateur dans le cadre d'un contrôle d'une installation de 25 climatisation. On évite ainsi l'utilisation d'un dispositif spécifique, installé à demeure, sur chaque installation de climatisation. il Selon un exemple de réalisation, le dispositif comprend des moyens d'asservissement d'une vanne de remplissage 12 connectée sur la conduite d'aspiration 1 d'une installation de climatisation et reliée à une réserve R de fluide frigorigène. L'installation peut alors être chargée automatiquement selon une boucle de régulation. L'invention se rapporte également à un procédé de contrôle de la charge en fluide frigorigène d'une installation de climatisation. Ce procédé peut être mis en oeuvre à l'aide du dispositif décrit ci-dessus. Il consiste à mettre en place les capteurs Cl, C2, C3 et C4 de la manière expliquée plus en amont. Le 10 procédé consiste ensuite à calculer une valeur de surchauffe à partir des valeurs mesurées par les capteurs et à comparer cette valeur de surchauffe à une valeur préenregistrée. Une telle valeur préenregistrée est par exemple issue d'une courbe de l'abaque de la figure 1. Les valeurs permettant de tracer les courbes de cet abaque sont donc préprogrammées dans la 15 mémoire 5. L'abaque de la figure 1 montre en abscisse la température bulbe sec (d'entrée au condensateur) Tec en OC et en ordonnée la température de surchauffe Tsc en OC. En outre, chacune des courbes figurant sur l'abaque correspond à une valeur de la température bulbe humide (d'entrée dans l'évaporateur) Tee en O C. La valeur de surchauffe correspond à la différence entre la température d'aspiration Ta et la température d'évaporation Te. Cette dernière est calculée par les moyens d'analyse et de calcul 6, à partir de la pression d'évaporation Pe, en utilisant les lois de la physique. Selon le procédé, on affiche une information sur l'écart entre la valeur 25 calculée de la surchauffe et celle, théorique ou idéale préenregistrée dans la mémoire 5. L'utilisateur du dispositif conforme à l'invention peut ainsi intervenir pour ajuster la charge en fluide frigorigène. Par exemple, si la valeur calculée de la surchauffe est supérieure à la valeur idéale de la surchauffe, cela signifie que la quantité de fluide frigorigène présent dans le circuit de climatisation est insuffisante, et que du fluide doit être ajouté (et inversement). Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé, on peut également asservir, grâce au dispositif, la vanne de remplissage 12 de 5 l'installation. Cet asservissement est alors effectué selon une boucle de régulation pilotée par les moyens d'analyse et de calcul 6. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de contrôle de la charge en fluide frigorigène d'une installation de climatisation comportant: - un boîtier (4) portable dans lequel sont insérés une mémoire (5) o 5 sont préenregistrés des valeurs de pression et de température et des moyens d'analyse et de calcul (6) de données, - au moins trois capteurs de température (Cl, C2, C3) et au moins un capteur de pression (C4), tous reliés fonctionnellement aux moyens d'analyse et de calcul (6), - et un organe d'affichage (7) piloté par les moyens d'analyse et de calcul (6). 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'enregistrement et/ou de paramétrage permettant de modifier les valeurs préenregistrées. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens d'analyse et de calcul (6) comprennent des moyens de comparaison des valeurs mesurées par les capteurs (Ci, C2, C3, C4), le cas échéant recalculées, avec des valeurs préenregistrées. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en 20 ce que l'un (C2) au moins des capteurs de température (Ci, C2, C3) est relié aux moyens d'analyse et de calcul (6) par une liaison hertzienne (8). - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les capteurs (Cl, C2, C3, C4) sont amovibles de leur point de mesure respectif. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications i à 5 caractérisé en 5 ce que les moyens d'analyse et de calcul (6) comprennent un microprocesseur ou un microcontrôleur. 7 - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que les autres capteurs (Cl, C3, C4) sont reliés aux moyens d'analyse et de calcul (6) à l'aide de liaison électriques et/ou fluidiques (9, 1 0, 1 1). 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'asservissement d'une vanne de remplissage (12) connectée sur une conduite d'aspiration (1) d'une installation de climatisation et reliée à une réserve (R) de fluide frigorigène, chargeant ainsi automatiquement l'installation selon une 15 boucle de régulation. 9 - Procédé de contrôle de la charge en fluide frigorigène d'une installation de climatisation, consistant: - à utiliser un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, - à disposer le capteur (C2) de la température bulbe sec, au voisinage d'une unité de condensation (UC), - à disposer le capteur (Cl) de température bulbe humide à l'intérieur du local à climatiser (3), - à disposer le capteur (C3) de température de contact sur la conduite 25 d'aspiration (1) reliant l'unité d'évaporation (UE) à l'unité de condensation (UC), - à disposer le capteur (C4) de pression sur la conduite d'aspiration (1), - à calculer une valeur de surchauffe à partir des valeurs mesurées par les capteurs et comparer cette valeur de surchauffe à une valeur préenregistrée, - et afficher une information sur l'écart entre la valeur calculée et la valeur préenregistrée. - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste à asservir une vanne de remplissage (12) de l'installation en fonction de 1 0 l'écart affiché et ce selon une boucle de régulation.