Brevet FR2907200A1 — publié le 20080418

Installation de climatisation à déplacement automatique du réfrigérant Le remplissage d'une installation de climatisation (également d'une installation frigorifique) est conçu habituellement de telle sorte que du réfrigérant toujours liquide se trouve avant la vanne d'expansion à tous les points de service qui apparaissent. Ceci suppose une liquéfaction complète et éventuellement un léger sous-refroidissement dans le condensateur (figure 8 : ligne abcda). Avec l'accroissement des températures ambiantes, la pression élevée de l'installation de climatisation augmentera également. Pour la protection de l'installation de climatisation contre une pression trop élevée, on doit prévoir des interrupteurs de pression qui déconnectent le compresseur de l'installation de climatisation en cas de dépassement d'une valeur de pression définie au-dessous de la pression de service maximale autorisée. Il arrive souvent que le compresseur soit réenclenché en cas de dépassement négatif d'une valeur de ré-enclenchement. Ceci peut entraîner un fonctionnement cyclique du compresseur avec une usure élevée. Dans d'autres cas, l'installation de climatisation ne s'enclenche pas et ne développe du reste pas de puissance de refroidissement. Dans les pays chauds et également dans le cas de réfrigérants avec un niveau de pression élevé, il est conseillé dans un tel cas d'évacuer du réfrigérant. De ce fait, le remplissage avec du réfrigérant est réduit en particulier dans le collecteur 3 et le condensateur 2 et en conséquence également la haute pression. Cependant, le réfrigérant n'est plus liquéfié complètement dans le condensateur 2 (figure 8 : ligne ab,c,d,a). Le réfrigérant à l'entrée de la vanne d'expansion 4 contient des bulles de vapeur. La puissance frigorifique diminue, mais comme la haute pression se situe au-dessous de la valeur de déconnexion, l'installation de climatisation peut refroidir de façon continue. Même dans le cas d'installations de climatisation de véhicule, on peut arriver par exemple par un manque de circulation d'air sur le condensateur ou par l'aspiration d'air évacué de moteur chaud à la mise en circuit de l'installation de climatisation par l'interrupteur de surpression. Dans ces cas 2907200 2 qui n'apparaissent généralement que brièvement, une évacuation de réfrigérant n'est pas pratique. L'invention prévoit avec l'objet de l'invention 1 une installation de climatisation optimisée qui évacue automatiquement du réfrigérant du côté 5 haute pression dans un récipient du côté basse pression. Le réfrigérant peut alors être stocké provisoirement et être ramené par une évaporation progressive au circuit frigorifique de l'installation de climatisation. La vanne de trop-plein s'ouvre automatiquement avant d'atteindre la pression de service maximale autorisée. De ce fait, on peut renoncer à un 10 interrupteur de surpression respectivement à un interrupteur de haute pression dans la mesure où les prescriptions en vigueur l'autorisent. Dans le cas où un interrupteur de surpression/interrupteur de haute pression est prévu, la vanne de trop-plein doit présenter une section suffisamment grande avant que l'interrupteur de surpression/haute pression se déclenche, afin 15 d'éviter un déclenchement de l'interrupteur de surpression/de haute pression. Après une chute de pression correspondante, ce qui veut dire que lorsque la pression a chuté à nouveau au niveau de la pression de service normale, la vanne de trop-plein revient à sa position initiale, c'est-à-dire se referme. Dans le cas de réalisations préférées, il est prévu que le récipient du 20 côté basse pression, le séparateur de liquide ou le second collecteur est dimensionné plus grand que le collecteur haute pression, étant donné qu'une quantité suffisante de réfrigérant provenant du collecteur et du condensateur doit être stockée à l'intérieur. La vanne de trop-plein peut présenter une section suffisamment grande avant le déclenchement d'un interrupteur de 25 surpression. Dans le cas de réalisations préférées, il est prévu qu'un collecteur est disposé entre la sortie de l'échangeur de chaleur extérieur et l'entrée de l'organe d'expansion. On peut également prévoir que le récipient du côté basse pression est un collecteur dont la sortie est disposée entre la sortie de 30 la vanne d'expansion et l'entrée de l'échangeur de chaleur intérieur. Le collecteur est un récipient dans lequel le liquide collecté est collecté et le gaz est séparé. 2907200 3 Dans des versions préférées, il est prévu que le récipient du côté basse pression est un récipient de liquide qui est disposé dans la conduite d'aspiration avant l'entrée du compresseur. Le séparateur de liquide est un récipient dans lequel du gaz est collecté et transmis et le liquide est séparé. 5 D'autres détails, caractéristiques et avantages résultent de la description ci-dessous des dessins ci-joints. La figure 1 montre une installation de climatisation classique, la figure 2 montre une installation de climatisation conforme à l'invention avec une vanne de trop-plein et un séparateur de liquide, 10 la figure 3 montre une vanne de trop-plein, la figure 4 montre une installation de climatisation conforme à l'invention avec une vanne de trop-plein et un second collecteur, la figure 5 montre l'installation de climatisation de la figure 4 en fonctionnement normal, 15 la figure 6 montre l'installation de climatisation de la figure 4 en fonctionnement de trop-plein, la figure 7 montre un collecteur mixte en version verticale et en version horizontale, la figure 8 montre une représentation dans le diagramme pression-20 enthalpie pour un fonctionnement normal (abcd) et un fonctionnement de trop-plein (ab,c,d,). Sur la figure 1 est représenté le circuit réfrigérant d'une installation de climatisation caractéristique respectivement installation frigorifique selon le principe de vapeur froide. Un gaz réfrigérant est aspiré par le compresseur 1 25 et comprimé en passant de la basse pression à la haute pression. Dans le cas présent, le réfrigérant se réchauffe sous l'effet du travail de compression. Dans le condensateur 2, le réfrigérant est refroidi et liquéfié. Le réfrigérant est stocké dans le collecteur 3 et amené dans l'état liquide dans une phase à la vanne d'expansion 4. Dans la vanne d'expansion 4, le réfrigérant est 30 détendu en passant de la haute pression à la basse pression et est en partie évaporé. Une température de vapeur saturée plus faible correspond à la pression plus faible. A cette température, le réfrigérant s'évapore 2907200 4 complètement dans l'évaporateur 5 avec l'absorption de chaleur. La vapeur de réfrigérant est aspirée enfin à nouveau par le compresseur 1. Un interrupteur de haute pression prévu éventuellement entre le compresseur et la vanne d'expansion n'est pas dessiné sur la figure 1. 5 Sur la figure 2 sont représentés en supplément du circuit réfrigérant de la figure 1 une vanne de trop-plein 6 et un séparateur de liquide 7. Le séparateur de liquide 7 est disposé dans la conduite d'aspiration du côté basse pression dans le compresseur 1 et a pour fonction de séparer du réfrigérant non évaporé avant d'entrer dans le compresseur et d'empêcher 10 ainsi un choc de liquide. Un orifice de passage d'huile situé dans la zone inférieure du tuyau d'aspiration garantit un retour d'huile sûr. La vanne de trop-plein 6 est disposée entre le côté haute pression et le côté basse pression de telle sorte qu'elle s'ouvre en fonction d'une haute pression définie ou d'une différence de pression définie entre la haute pression et la 15 basse pression et laisse s'écouler du réfrigérant liquide (ou surcritique) du côté haute pression vers le côté basse pression. La déviation de haute pression se trouve entre la sortie du condensateur 2 et l'entrée de la vanne d'expansion 4. Le séparateur de liquide 7 est placé en aval de la vanne de trop-plein. En fonctionnement normal, la vanne de trop-plein est fermée. 20 Lorsqu'on atteint une pression définie ou une différence de pression définie avant le déclenchement du dispositif de déconnexion de sécurité, la vanne de trop-plein 6 s'ouvre et du réfrigérant liquide peut circuler dans le séparateur de liquide 7 du côté basse pression en contournant la vanne d'expansion 4 et de l'évaporateur 5. Par le déplacement du réfrigérant du 25 côté haute pression vers le côté basse pression, la haute pression diminue. Du fait du manque de réfrigérant ainsi obtenu du côté haute pression, la liquéfaction dans le condensateur 2 (respectivement la compression thermique dans le refroidisseur de gaz avec un fonctionnement surcritique) devient incomplète. A l'entrée de la vanne d'expansion 4, l'écoulement est en 30 deux phases (bulles). En cas de dépassement négatif d'une pression définie ou d'une différence de pression, la vanne de trop-plein 6 se referme. Lors du fonctionnement normal qui suit, le réfrigérant s'évapore à nouveau peu à peu 2907200 5 à la sortie du séparateur de liquide 7 et est transporté depuis le compresseur 1 à nouveau vers le côté haute pression. Sur la figure 3 est montré un exemple de réalisation d'une vanne de trop-plein 6. Elle comprend un corps de soupape 61 de forme tubulaire, le 5 siège de soupape 62, la bille 63, le ressort 64 et le support de ressort 65. Lorsque la différence de pression entre la haute pression dans la chambre gauche et la basse pression dans la chambre droite, qui agit sur la bille 63, est supérieure à la force du ressort 64, la bille 63 est déviée vers la droite et libère une section d'écoulement à travers le siège de soupape 62. La 10 réalisation sur la figure 3 décrit une vanne à pression différentielle. La vanne de trop-plein 6 peut être réalisée de la même façon que la vanne de pression constante, qui est ouverte lorsqu'on atteint une pression élevée définie vers le côté basse pression, ou par exemple sous forme de vanne magnétique, qui est activée par des interrupteurs de pression. 15 Sur la figure 4 est représentée une installation de climatisation avec vanne de trop-plein et un second collecteur comme variante de l'installation de climatisation avec vanne de trop-plein et séparateur de liquide de la figure 2. La vanne de trop-plein 6 est disposée entre le côté haute pression et le côté basse pression de telle sorte qu'elle s'ouvre en fonction d'une haute 20 pression définie ou d'une différence de pression définie entre la haute pression et la basse pression et laisse s'écouler du réfrigérant liquide (ou surcritique) du côté haute pression vers le côté basse pression dans le second collecteur 8. La déviation de haute pression se trouve entre la sortie du condensateur 2 et l'entrée de la vanne d'expansion 4. Le second 25 collecteur 8 et un dispositif d'étranglement 9 optionnel sont montés en aval de la vanne de trop-plein. Le dispositif d'étranglement 9 est disposé derrière le second collecteur 8 et peut être un dispositif d'étranglement fixe ou une vanne, par exemple une vanne magnétique, qui est utilisé par exemple dans les cas où la vanne de trop-plein 6 est fermée, et fermée dans les cas où la 30 vanne de trop-plein est ouverte. L'arrivée au côté basse pression depuis la sortie du second collecteur 8 ou du dispositif d'étranglement 9 se situe entre la sortie de la vanne d'expansion 4 et l'entrée du compresseur 8. Dans le cas 2907200 6 d'une vanne d'expansion 4, qui régule la surchauffe du réfrigérant à la sortie de l'évaporateur 5, l'arrivée doit être placée avant la sonde de température. Si du réfrigérant liquide sortant du second collecteur 8 arrive, le flux sortant du collecteur 3 et passant par la vanne d'expansion 4 est réglé en 5 conséquence, de sorte qu'aucun réfrigérant liquide ne parvient à l'arrivée du compresseur 1. L'arrivée du réfrigérant liquide sortant du second collecteur 8 est disposée de préférence entre la sortie de la vanne d'expansion 4 et l'entrée de l'évaporateur 5. En fonctionnement normal, la vanne de trop-plein est fermée. Lorsqu'on atteint une certaine pression ou une différence de 10 pression avant le déclenchement du dispositif de déconnexion de sécurité, la vanne de trop-plein 6 s'ouvre et du réfrigérant liquide peut s'écouler en contournant la vanne d'expansion 4 dans le second collecteur 8 du côté basse pression. Par le déplacement du réfrigérant du côté haute pression vers le côté basse pression, la haute pression chute. Par le manque de 15 réfrigérant ainsi obtenu du côté haute pression, la liquéfaction dans le condensateur 2 (respectivement la compression thermique dans le refroidisseur de gaz en fonctionnant surcritique) devient incomplète. A l'entrée de la vanne d'expansion 4, l'écoulement est biphasé (bulles). En cas de dépassement négatif d'une pression définie ou d'une pression 20 différentielle, la vanne de trop-plein 6 se ferme à nouveau. Lors du fonctionnement normal consécutif, le réfrigérant s'évapore à nouveau progressivement dans le second collecteur et du réfrigérant liquide est amené du second collecteur 8 par le dispositif d'étranglement 9 à la température 5. L'agent réfrigérant évaporé est transporté du compresseur 1 25 à nouveau du côté haute pression. Sur la figure 5 est représenté le fonctionnement normal. Le réfrigérant est comprimé par le compresseur 1 jusqu'à la haute pression et liquéfié dans le condensateur 2. Comme la vanne de trop-plein 6 est fermée, le réfrigérant liquide s'écoule complètement par le collecteur 3 vers la vanne d'expansion 30 4. Le collecteur 3 est rempli avec un réservoir de réfrigérant liquide, alors que le second collecteur 8 ne contient pas de réfrigérant liquide après un fonctionnement normal assez long par le dispositif d'étranglement 9 ouvert. 2907200 7 Dans l'organe d'expansion 4, le réfrigérant est réduit en pression et reflue après l'évaporation complète dans l'évaporateur 5 vers le compresseur 1. Sur la figure 6 est représenté le fonctionnement de trop-plein. La vanne de trop-plein 6 s'est ouverte lors d'une pression définie ou lors d'une 5 différence de pression définie et du réfrigérant liquide s'écoule du côté haute pression dans le second collecteur 8. Le réfrigérant liquide est prélevé sur le collecteur 3 ou le condensateur 2. Par le dispositif d'étranglement 9, il circule moins de réfrigérant que par la vanne d'expansion 4. La haute pression baisse et la liquéfaction dans le condensateur n'est plus complète. 10 L'écoulement en deux phases (bulles) à l'entrée de la vanne d'expansion 4 et la différence de pression réduite entraînent une puissance frigorifique d'évaporateur plus faible. La différence de pression réduite aboutit également à une puissance de compresseur plus faible. Globalement, on doit évacuer moins de chaleur sur le condensateur 2. 15 Sur la figure 7 sont représentés des collecteurs mixtes en version verticale (à gauche) et en version horizontale. Le collecteur à haute pression 3 et le second collecteur 8 ainsi que la vanne de trop-plein 6 sont intégrés dans un composant commun. Des versions identiques sont possibles également pour une combinaison de collecteur haute pression 3 et de 20 séparateur de liquide 7. Etant donné que, dans la partie haute pression 3, la température d'ébullition du réfrigérant est supérieure à la température d'ébullition dans la partie basse pression 8, on peut avoir un transfert de chaleur de partie haute pression vers la partie basse pression, qui favorise l'évaporation du réfrigérant liquide restant dans la partie basse pression 8 en 25 fonctionnement normal. Dans le même temps, la condensation respectivement le refroidissement dans la partie haute pression est avantagé. Sur la figure 8 est représenté le fonctionnement normal et le fonctionnement de trop-plein dans le diagramme pression-enthalpie. En 30 fonctionnement normal, l'installation de climatisation est prévue de telle sorte que le compresseur 1 comprime le réfrigérant sous forme de vapeur du point a vers la pression élevée du point b. Dans le cas du condensateur 2, le 2907200 8 réfrigérant est complètement liquéfié. Dans le collecteur 3, le réfrigérant a l'état du point c. La vanne d'expansion 4 détend le réfrigérant liquide du point c vers la basse pression du point d, une partie du réfrigérant s'évaporant déjà. Le réfrigérant s'évapore complètement avec l'absorption de chaleur 5 dans l'évaporateur 5 du point d au point a. La haute pression varie en fonction de la température du fluide, qui absorbe la chaleur du réfrigérant lors de la liquéfaction du point b vers le point c dans le condensateur 2 en fonction de la température d'ébullition du réfrigérant. Lorsque la haute pression respectivement la différence de pression entre la haute pression et 10 la basse pression dépasse une certaine valeur, la vanne de trop-plein 6 s'ouvre et du réfrigérant liquide circule de la zone de haute pression dans la zone de basse pression dans un récipient collecteur, soit un séparateur de liquide 7 soit un second conducteur 8. De ce fait, la haute pression baisse de même que la quantité de réfrigérant dans les composants mentionnés plus 15 haut du fonctionnement normal, en particulier dans le collecteur 3 et le condensateur 2. Le processus du circuit frigorifique passe alors le long des points a, b,, c,, et d,, pour revenir vers a. La haute pression de b1 et c, est plus faible qu'en b et c. De même les différences d'enthalpie b,-a et a-d, et b,-c, ont diminué par rapport à b-a ou a-d et b-c. Ce qui correspond à des 20 puissances plus faibles. REVENDICATIONS 1. Installation de climatisation comprenant un déplacement automatique du réfrigérant comprenant un circuit de réfrigérant avec au moins un compresseur (1), au moins un condensateur (2), au moins un organe d'expansion (4) et au moins un évaporateur (5), caractérisée en ce que entre la sortie du condensateur (2) et l'entrée de l'organe d'expansion (4) est disposée une vanne de trop-plein (6), qui s'ouvre automatiquement en fonction de la pression de service et permet d'écouler le réfrigérant du côté haute pression dans un récipient du côté basse pression, de sorte que ce réfrigérant est retiré provisoirement du circuit réfrigérant constitué du compresseur (1) du condensateur (2), de l'organe d'expansion (4) et de l'évaporateur (5). 2. Installation de climatisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que un collecteur (3) est disposé entre la sortie du condensateur (2) et l'entrée de l'organe d'expansion (4). 3. Installation de climatisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le récipient du côté basse pression est un séparateur de liquide (7) qui est disposé dans la conduite d'aspiration avant l'entrée du compresseur (1). 25 4. Installation de climatisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le récipient du côté basse pression est un collecteur (8), dont la sortie est disposée entre la sortie de la vanne d'expansion (4) et l'entrée de 30 l'évaporateur (5). 5. Installation de climatisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que 2907200 10 la vanne de trop-plein (6) est commandée seulement en fonction de la haute pression. 6. Installation de climatisation selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la vanne de trop-plein (6) est commandée en fonction de la haute pression et de la basse pression. 10 7. Installation de climatisation selon la revendication 6, caractérisée en ce que la vanne de trop-plein (6) est commandée en fonction de la différence entre la haute pression et la basse pression. 15 8. Installation de climatisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la vanne de trop-plein (6) est une vanne magnétique. 20 9. Installation de climatisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le collecteur haute pression (3) et le séparateur de liquide (7) sont disposés dans un composant commun. 10. Installation de climatisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le collecteur haute pression (3) et le séparateur de liquide (7) échangent de la chaleur, de sorte que le réfrigérant est refroidi dans le collecteur haute pression (3) et le réfrigérant s'évapore dans le séparateur de liquide (7). 11. Installation de climatisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, 2907200 11 caractérisée en ce que le collecteur haute pression (3) et le collecteur basse pression (8) sont disposés dans un composant commun. 5 12. Installation de climatisation selon la revendication 11, caractérisée en ce que le collecteur haute pression (3) et le collecteur basse pression (8) échangent de la chaleur, de sorte que le réfrigérant est refroidi dans un collecteur haute pression (3) et le réfrigérant s'évapore dans le collecteur 10 basse pression (8). 13. Installation de climatisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que 15 le volume intérieur du séparateur de liquide (7) est supérieur au volume intérieur du collecteur haute pression (3). 14. Installation de climatisation selon la revendication 13, caractérisée en ce que 20 la différence du volume intérieur entre le séparateur de liquide (7) et le collecteur haute pression (3) correspond au maximum au volume intérieur du condensateur (2).. 15. Installation de climatisation selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le volume intérieur du collecteur basse pression (8) est supérieur au volume intérieur du collecteur haute pression (3). 30 16. Installation de climatisation selon la revendication 15, caractérisé en ce que la différence du volume intérieur entre le collecteur basse pression (8) et le collecteur haute pression (3) correspond au maximum au volume intérieur du condensateur (2). 2907200 12 17. Installation de climatisation selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, caractérisée en ce que 5 le volume du collecteur haute pression (3) tend vers zéro. 18. Installation de climatisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisée en ce que 10 du CO2 est utilisé comme réfrigérant.