Brevet FR2948183A1 — publié le 20110121

La présente invention concerne d'une manière générale une installation comportant une enceinte dans laquelle sont réalisés des essais, par exemple sur des équipements destinés à équiper des véhicules automobiles. De manière connue en soi, de nombreux essais sont réalisés par les constructeurs dans des installations spécialisées afin de rassembler de nombreux paramètres définissant le fonctionnement d'un équipement, par exemple un moteur, sans nécessiter son montage et son utilisation sur un véhicule automobile. La mise en oeuvre de telles installations permet de valider un grand nombre des calculs théoriques définissant l'équipement, en engageant des frais raisonnables. Toutefois, lorsqu'il s'agit de vérifier la tenue dans le temps des équipements dans des ambiances de températures extrêmes, il est actuellement encore fait appel à des campagnes d'essais sur véhicules. Ces essais sont à la fois très longs et très coûteux puisqu'ils consistent à équiper plusieurs véhicules de l'équipement à tester et à envoyer une expédition composée des véhicules d'essais, de techniciens et d'une multitude de moyens de mesures, dans un long périple l'emmenant dans des régions où le climat est soit très froid, soit très chaud. Afin d'économiser une grand partie des frais liés à de telles expéditions, il a déjà été envisagé de réaliser des installations avec enceinte climatique dans laquelle la température ambiante peut être réglée, et maintenue, entre - 35 °C et + 60 °C, mais le coût de l'énergie nécessaire pour refroidir et conserver l'enceinte d'essai à - 35 °C ou la chauffer et la maintenir à + 60 °C est tel que la plupart des projets n'ont pas vu le jour ou restent peu utilisés. La présente invention tend à proposer une installation comportant une enceinte climatique fonctionnant entre - 35 °C et + 60 °C qui peut être qualifiée d'écologique car elle est économique en terme de consommation d'énergie. De plus, l'installation selon l'invention met en oeuvre des produits non polluants pour l'environnement. A cet effet, l'installation avec enceinte climatique dans laquelle sont réalisés des essais d'équipements, par exemple destinés à équiper des véhicules automobiles, est caractérisée en ce que ladite enceinte climatique est alimentée en air sec, un dispositif d'assèchement étant prévu sur le trajet par lequel l'air est amené à l'enceinte climatique. L'installation selon l'invention est encore remarquable en ce que : - ledit dispositif d'assèchement est une roue sécheuse globalement constituée par un bloc en nid d'abeille imprégné d'une matière asséchante, - une portion au moins de ladite roue est disposée en vis-à-vis d'une canalisation dans laquelle circule l'air destiné à alimenter l'enceinte climatique et une autre portion de la roue est disposée en vis-à-vis d'une canalisation dans laquelle circule l'air extrait de l'enceinte climatique, - à la sortie de la roue sécheuse, le point de rosée de l'air envoyé dans l'enceinte est à une température inférieure à la température minimale à laquelle peut fonctionner l'enceinte climatique, - l'enceinte climatique est en surpression, - elle comporte des moyens de production de froid constitués par un ensemble de compresseurs montés en parallèle, - les compresseurs ont des puissances différentes, - les compresseurs sont aptes à fonctionner en pompe à chaleur pour 20 produire du chaud, - elle fonctionne avec un fluide caloporteur unique, quelle que soit la température nécessaire dans l'enceinte climatique, - le fluide caloporteur est biodégradable. L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre donnée 25 à titre d'exemple non limitatif en référence à la figure annexée représentant schématiquement l'installation selon l'invention. L'un des plus importants inconvénients que présentent les installations comportant une enceinte climatique 1 susceptible d'être amenée à toute température comprise entre - 35 °C et + 60 °C tient au fait que lors des périodes de refroidissement 30 de l'enceinte, la vapeur d'eau contenue dans l'air ambiant se condense et se dépose sur toutes les surfaces présentes dans l'enceinte 1. Ce problème de condensation entraîne une détérioration des différents matériels présents dans l'enceinte climatique 1 par la présence répétée de gouttelettes d'eau. Il entraîne également une surconsommation car les échangeurs de refroidissement sont régulièrement pris dans une gangue de givre qui perturbe de manière importante leur fonctionnement, augmente leur consommation en énergie, et nécessite la mise en oeuvre de moyens pour faire fondre le givre ce qui augmente encore la consommation d'énergie de l'installation. Dans certaines installations, ces désagréments sont évités en mettant en oeuvre des moyens de contrôle de l'hygrométrie de l'enceinte. Toutefois, de tels moyens n'évitent pas totalement la condensation de vapeur d'eau lorsqu'une baisse importante de la température dans l'enceinte est effectuée. Afin de s'affranchir de ces problèmes de condensation et de givre, l'enceinte climatique 1 de l'installation selon l'invention est alimentée en air sec. A cet effet, un dispositif d'assèchement 2 est mis en oeuvre sur le trajet par lequel l'air est amené à l'enceinte climatique, cet air étant destiné à servir de comburant au moteur en cours d'essai et à renouveler l'air de l'enceinte. Suivant une forme préférée de réalisation, ledit dispositif d'assèchement est une roue sécheuse globalement constituée par un bloc en nid d'abeille imprégné d'une 20 matière asséchante telle que du chlorure de lithium. Ladite roue est par exemple positionnée verticalement. Une portion au moins de ladite roue est disposée en vis-à-vis d'une canalisation 21 dans laquelle circule l'air destiné à alimenter l'enceinte climatique 1. Une autre portion de la roue est disposée en vis-à-vis d'une canalisation 12 dans laquelle 25 circule l'air extrait de l'enceinte climatique 1. Par une telle disposition, l'air destiné à l'enceinte climatique 1 traverse une portion de la roue dans laquelle il est séché au contact de la matière asséchante de sorte qu'il est sec lorsqu'il pénètre dans l'enceinte climatique. De manière à régénérer la matière asséchante, de l'air plus chaud traverse en 30 sens inverse ladite roue. L'air plus chaud est de préférence celui qui est extrait de l'enceinte climatique 1 où il a été réchauffé du fait du fonctionnement de l'équipement à tester. Cet échauffement de l'air dans l'enceinte climatique 1 est particulièrement intéressant lorsque l'équipement à tester est un moteur de véhicule automobile. A cet effet, la roue est entraînée en rotation de manière telle que ses différentes parties sont positionnées successivement devant le passage 21 de l'air destiné à alimenter l'enceinte climatique et devant le passage 12 de l'air sortant de ladite enceinte climatique. Un tel dispositif permet avec une consommation minime d'énergie, celle nécessaire pour entraîner la roue en rotation, une économie importante tant du fait que le volume interne de l'enceinte climatique reste sec et donc sain ce qui évite de prévoir des opérations de nettoyage et/ou de remplacement de matériels dégradés par l'eau de condensation, que par l'inutilité de dispositifs supplémentaires de chauffage des échangeurs de refroidissement. De plus, lesdits échangeurs de refroidissement ne sont plus perturbés dans leur fonctionnement. Un autre avantage que procure l'alimentation de l'enceinte climatique 1 en air sec est celui de permettre une reproductibilité des essais dans la mesure où les différences de caractéristiques hygrométriques présentées par l'air ambiant en fonction des saisons et de la météorologie sont totalement écartées. Le dispositif d'assèchement 2 est tel qu'il assure le traitement du volume d'air nécessaire pour servir de comburant pour le moteur à tester et pour renouveler l'air de l'enceinte 1. La roue sécheuse mise en oeuvre selon l'invention est choisie de telle sorte que le point de rosée de l'air envoyé dans l'enceinte soit abaissé à une température inférieure à la température minimale à laquelle peut fonctionner l'enceinte climatique. A titre d'exemple, pour une enceinte climatique destinée à fonctionner jusqu'à - 35 °C, le point de rosée à atteindre est choisi à - 40 °C de manière à assurer que l'air présent dans l'enceinte climatique est toujours de l'air sec. De manière à rendre pérennes les économies faites en alimentant l'enceinte climatique en air sec, l'enceinte climatique 1 de l'installation selon l'invention est, contrairement aux installations connues, mise en surpression en contrôlant l'extraction d'air. Cette disposition a pour avantage d'éviter toute entrée d'air externe non sec et donc tout risque de condensation et/ou de givrage. Une seconde caractéristique de l'installation selon l'invention permet de 5 réduire un second poste important de consommation d'énergie : les moyens de production de froid. Lesdits moyens de production de froid doivent être tels que le moteur disposé dans l'enceinte climatique puisse, quelle que soit sa puissance, être amené dans une ambiance à - 35 °C. 10 Les moyens de production de froid comportent de manière connue en soi un compresseur dont les caractéristiques sont telles qu'il assure la fourniture du froid sur toute la gamme de température nécessaire à l'enceinte. Ceci conduit à choisir un compresseur très puissant, capable de fournir le froid nécessaire pour l'essai du moteur le plus puissant à la température la plus basse 15 proposée par l'installation d'essai. En conséquence, un très grande partie du froid produit par les moyens de production de froid n'est pas utilisée ce qui conduit à un gaspillage important d'énergie. Il a été proposé la mise en oeuvre d'un variateur de vitesse pour permettre un entraînement du compresseur modulé en fonction de la consommation de froid dans 20 l'enceinte climatique. Une telle disposition s'avère également très coûteuse en énergie dans la mesure où lorsque le compresseur est utilisé à une vitesse inférieure à sa vitesse normale de fonctionnement, son rendement est très mauvais. De manière à proposer une installation écologique, donc économe en 25 énergie, les moyens de production de froid mis en oeuvre dans l'installation suivant l'invention comportent plusieurs compresseurs, 3a, 3b, 3c, 3d dans l'exemple représenté au dessin, qui sont chacun de puissance bien inférieure à celle que devrait présenter un compresseur unique. Ces compresseurs 3a, 3b, 3c, 3d sont beaucoup moins coûteux en énergie 30 qu'un compresseur unique. Ils sont disposés en parallèle de manière à cumuler leur puissance, et sont mis en oeuvre en fonction des nécessités de l'essai en cours. Avec une telle disposition, seul les compresseurs 3a, 3b, 3c, 3d nécessaires au bon fonctionnement de l'installation sont en fonctionnement. De plus, le fonctionnement des compresseurs 3a, 3b, 3c, 3d est commandé de manière telle qu'ils soient utilisés au mieux pour maîtriser leur consommation énergétique. Un tel montage en parallèle de plusieurs compresseurs 3a, 3b, 3c, 3d permet d'assurer une grande fiabilité du système et de disposer d'une grande puissance sans nécessiter l'utilisation d'une machine surdimensionnée et donc consommatrice d'énergie. La régulation de puissance peut être effectuée de manière simple et les rendements à charge partielle sont améliorés puisque les compresseurs 3a, 3b, 3c, 3d sont principalement utilisés à leur point de fonctionnement optimal. Les compresseurs mis en oeuvre peuvent être identiques ou de puissances différentes afin de répondre au mieux aux besoins de l'installation. De manière préférée, les compresseurs 3a, 3b, 3c, 3d utilisés sont capables de produire du froid ou de fonctionner en pompe à chaleur pour produire du chaud. Cette disposition permet de s'affranchir des résistances chauffantes usuellement mises en oeuvre pour réchauffer l'enceinte climatique qui présentent l'inconvénient d'être grandes consommatrices d'énergie. Dans l'installation selon l'invention, les compresseurs 3a, 3b, 3c, 3d sont utilisés sur une gamme dite de froid allant de - 40 °C à + 10 °C et pour une gamme de chaud allant jusqu'à +100 °C. De manière à respecter le principe d'économie auquel doit répondre l'installation, le fluide caloporteur choisi est capable de supporter une température comprise entre - 55 °C et + 109 °C. Le fluide caloporteur est choisi biodégradable de manière à ne pas engendrer de pollution en cas de fuites. Le fluide commercialisé sous la dénomination TEMPER 55 répond à ces critères et peut en conséquence être choisi pour la réalisation d'une installation selon l'invention. De manière à réduire encore la consommation en énergie de l'installation selon l'invention, le volume de l'enceinte climatique est prévu le plus petit possible ce qui réduit les besoins en vue de son refroidissement, de son chauffage et de son maintien à une température de consigne fixée. La température dans le volume de l'enceinte climatique 1 est régulée indépendamment de la température dans la totalité de l'installation d'essai de sorte que des variations de température dans l'installation ne perturbent pas les caractéristiques thermiques de l'enceinte climatique. Des moyens d'isolation performants sont de préférence positionnés le long 10 des parois de ladite enceinte climatique pour mieux la séparer de l'air ambiant régnant dans le reste de l'installation. Par ailleurs, de manière à réduire les variations de température dans l'enceinte au cours d'un essai de moteur, les gaz d'échappement dudit moteur sont évacués vers l'extérieur de ladite enceinte climatique. 15 Des échangeurs de chaleur sont de plus prévus dans l'installation pour récupérer la chaleur des gaz d'échappement, par exemple en vue de réchauffer l'air soufflé en hiver. REVENDICATIONS1. Installation comportant une enceinte climatique (1) dans laquelle sont réalisés des essais d'équipements, par exemple destinés à équiper des véhicules automobiles, caractérisée en ce que ladite enceinte climatique (1) est alimentée en air sec, un dispositif d'assèchement (2) étant prévu sur le trajet par lequel l'air est amené à l'enceinte climatique (1). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit dispositif 10 d'assèchement (2) est une roue sécheuse globalement constituée par un bloc en nid d'abeille imprégné d'une matière asséchante. 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que une portion au moins de ladite roue est disposée en vis-à-vis d'une canalisation (21) dans laquelle circule l'air destiné à alimenter l'enceinte climatique (1) et une autre portion de la roue 15 est disposée en vis-à-vis d'une canalisation (12) dans laquelle circule l'air extrait de l'enceinte climatique (1). 4. Installation selon la revendication 2 ou selon la revendication 3, caractérisée en ce que à la sortie de la roue sécheuse, le point de rosée de l'air envoyé dans l'enceinte est à une température inférieure à la température minimale à laquelle 20 peut fonctionner l'enceinte climatique (1). 5. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'enceinte climatique (1) est en surpression. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de production de froid constitués par un 25 ensemble de compresseurs (3a, 3b, 3c, 3d) montés en parallèle. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits compresseurs (3a, 3b, 3c, 3d) ont des puissances différentes. 8. Installation selon la revendication 6 ou selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits compresseurs (3a, 3b, 3c, 3d) sont aptes à fonctionner en 30 pompe à chaleur pour produire du chaud. 8 9. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle fonctionne avec un fluide caloporteur unique, quelle que soit la température nécessaire dans l'enceinte climatique. 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le fluide 5 caloporteur est biodégradable.