Brevet FR2949559A1 — publié le 20110304

La présente invention a pour objet un procédé de mesure du niveau de remplissage d'un réservoir de produit liquide, et le dispositif permettant sa mise en œuvre. Bien que la présente invention puisse être utilisée dans de nombreux domaines, elle trouve une application particulière dans celui des installations de type frigorifique ou de climatisation, utilisées, non limitativement, dans le domaine de la distribution de produits frais et surgelés. Ainsi la présente invention a également pour objet d'un procédé et un dispositif de détection de fuite de liquide frigorigène sous pression dans une installation frigorifique ou de climatisation, utilisant le procédé et le dispositif de mesure selon l'invention. La mesure du niveau de liquide contenu dans un réservoir peut être faite selon différentes méthodes, la plus fréquente étant celle qui consiste à constater de visu la hauteur atteinte par une fenêtre prévue à cet effet, avec pour inconvénient d'une part de ne pas convenir à tous les types de réservoir et de liquide, et d'autre part de ne pas permettre une mesure instantanée et continue, alors que cela est indispensable, ou du moins souhaitable, dans certaines applications. Des dispositifs automatiques de mesure utilisant des moyens tels qu'un plongeur, un flotteur, un capteur de pression etc, permettent de limiter ces inconvénients sans toutefois convenir à tous types de réservoir et liquide. La présente invention a pour but de pallier tous ces inconvénients en proposant un dispositif de mesure du niveau de remplissage d'un réservoir de produit liquide, permettant de donner instantanément la valeur de ce niveau, quel que soit le type de réservoir et la nature du liquide qu'il contient, tout en étant fiable, peu onéreux, et utilisable avec des réservoirs existants sans avoir à les modifier. A titre d'exemple, un tel dispositif de mesure de niveau est parfaitement adapté pour supprimer des problèmes rencontrés dans le domaine des installations frigorifiques. Ainsi, dans une installation frigorifique un réservoir de liquide frigorigène permet, outre de pouvoir stocker la totalité dudit liquide frigorigène de l'installation pour faciliter les interventions techniques, d'assurer une réserve tampon de liquide en fonction du nombre de postes de froid en demande. En effet, sur une installation quand un évaporateur est sollicité pour faire du froid, sa vanne électromagnétique s'ouvre et l'évaporateur se remplit de liquide, lequel est prélevé dans le réservoir. Ainsi, au cours d'une journée les vannes électromagnétiques des évaporateurs s'ouvrent et se ferment en fonction de la demande, laquelle dépend des conditions de température, des besoins et de l'activité dans le local équipé. Ainsi, du fait de ces nombreux paramètres, le niveau de liquide frigorigène fluctue constamment dans le réservoir. Les réservoirs sont généralement équipés d'un détecteur de niveau bas, constitué d'un flotteur muni d'un contacteur électrique, qui permet le déclenchement d'une alarme lorsqu'il n'y a plus de liquide dans le réservoir, ou bien juste avant qu'il n'y en ait plus. L'alarme peut également être déclenchée au travers de détecteurs optiques, la visualisation du niveau se faisant sur une colonne extérieure au réservoir ou directement sur le réservoir. La détection d'un niveau bas est très importante, en effet puisqu'à l'origine le réservoir est dimensionné pour contenir suffisamment de liquide frigorigène pour faire face à toutes les demandes, l'atteinte d'un niveau bas ne peut résulter que de l'existence d'une ou de plusieurs fuites sur l'installation. Or, une fuite de liquide frigorigène a de nombreuses conséquences. En effet, un manque de liquide frigorigène peut générer une panne de l'installation et pour le moins un rendement qui n'est pas optimal, avec des conséquences économiques importantes dans le cas d'une utilisation de l'installation dans un but de conservation. Par ailleurs, d'une part le liquide frigorigène est 35 relativement onéreux, et d'autre part son évaporation a des répercussions du point de vue écologique. Les dispositifs de détection du niveau bas présentent l'inconvénient de déclencher des alarmes lorsque la ou les fuites sont déjà importantes, ou bien, si ces dispositifs sont tarés à un seuil plus élevé, de déclencher des alarmes alors qu'il n'y a aucune raison de le faire. On notera qu'il existe également des dispositifs permettant d'évaluer la quantité de liquide frigorigène contenue dans une installation par son pesage, ce qui est réalisé en pesant le réservoir et le condensateur, comme cela est décrit dans le document CA 2 536 854. Une telle solution est toutefois particulièrement onéreuse, et même impossible pour des installations importantes où le poids du réservoir notamment, peut être très élevé. On comprendra qu'un dispositif de mesure niveau de remplissage selon l'invention, qui permet une mesure instantanée et continue du niveau de remplissage du réservoir de liquide frigorigène présente un grand intérêt dans le domaine des installations frigorifiques. Le procédé de mesure du niveau de remplissage d'un réservoir de produit liquide, se caractérise essentiellement en ce qu'il consiste à déterminer le poids d'une colonne disposée extérieurement audit réservoir et raccordée à ce dernier, à calculer le poids du liquide contenu dans ladite colonne, à déterminer le niveau de liquide dans ladite colonne, et à en déduire le niveau de liquide dans ledit réservoir. Le procédé consiste à déterminer le poids de la colonne, puis en éliminant la tare de celle-ci, à déterminer la quantité de liquide qu'elle contient, enfin, connaissant les caractéristiques dimensionnelles de la colonne, à évaluer la hauteur de remplissage de cette dernière, et donc celle du réservoir. Le procédé peut aussi permettre d'enregistrer une variation de poids de la colonne et de corréler cette variation avec celle du niveau de remplissage du réservoir. Le dispositif de mesure du niveau de remplissage d'un réservoir de produit liquide, permettant la mise en œuvre du procédé selon l'invention, se caractérise essentiellement en ce qu'il comporte d'une part une colonne disposée extérieurement audit réservoir, reliée à ce dernier au travers de conduits flexibles, et d'autre part des moyens de support conçus aptes à maintenir ladite colonne et intégrant des moyens de pesage de celle-ci. Selon une caractéristique additionnelle du dispositif de mesure selon l'invention, les moyens de support de la colonne consistent en des moyens de suspension. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif de mesure selon l'invention, les moyens de pesage sont associés à des moyens de calcul. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif de mesure selon l'invention, il comporte au moins un capteur de température du liquide, disposé dans le réservoir et/ou dans la colonne, et/ou dans l'installation comprenant le réservoir. Selon l'application à laquelle est destiné le dispositif de mesure, les modifications de température du liquide ont pratiquement tout le temps une influence sur le poids mesuré et donc sur le niveau déduit. Le ou les capteurs de température peuvent permettre un affinement des calculs. La présente invention a également pour objet un procédé de détection de fuite de liquide frigorigène sous pression dans une installation frigorifique ou de climatisation qui consiste à mesurer et enregistrer les paramètres qui conditionnent le degré d'utilisation de ladite installation, mesurer la quantité de liquide contenue dans le réservoir, comparer la valeur de ladite quantité de liquide avec les mesures faites dans des conditions identiques d'utilisation de l'installation, déclencher une alarme lorsque le niveau de liquide n'atteint pas la valeur théorique correspondant auxdites conditions d'utilisation de l'installation, et qui se caractérise essentiellement en ce que la mesure de la quantité de liquide frigorigène contenue dans ledit réservoir est réalisée par le procédé selon l'invention. Selon une caractéristique additionnelle du procédé de détection selon l'invention, il consiste à établir des moyennes périodiques des niveaux de remplissage, et à les comparer périodiquement. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé de détection selon l'invention, il consiste à : - stopper périodiquement la production de froid de l'installation en sorte de ramener tout ou partie du liquide frigorigène dans le réservoir, - mesurer la quantité de liquide frigorigène contenue dans ledit réservoir, - comparer les mesures réalisées périodiquement. La présente invention a également pour objet un procédé de détection de fuite de liquide frigorigène sous pression dans une installation frigorifique ou de climatisation qui consiste à mesurer et enregistrer le débit de fluide à l'entrée ou à la sortie du réservoir de ladite installation, à mesurer et enregistrer le niveau de remplissage dudit réservoir, à corréler les mesures enregistrées et établir entre elles une relation, et à déclencher une alarme lorsque l'une ou l'autre des valeurs mesurées ne correspond pas sa valeur théorique, et qui se caractérise essentiellement en ce que la mesure niveau de remplissage dudit réservoir est réalisée par le procédé selon l'invention. La présente invention a également pour objet un dispositif de détection de fuite de liquide frigorigène sous pression dans une installation frigorifique ou de climatisation, qui comporte un réservoir de liquide frigorigène, des moyens de mesure des paramètres d'utilisation de l'installation comprenant des moyens de mesure de températures et des moyens de mesure du temps, des moyens de mesure de niveau de liquide frigorigène dans ledit réservoir, une unité centrale de calcul apte à collecter, enregistrer et traiter les mesures effectuées, des moyens d'alarme, aptes à être activés par ladite unité centrale lorsque le niveau de liquide n'atteint pas une valeur théorique prédéterminée et fonction des conditions d'utilisation de l'installation, lesdits moyens de mesure de niveau de liquide frigorigène dans ledit réservoir, consistent en un dispositif de mesure dispositif du niveau de remplissage d'un réservoir de produit liquide selon l'invention. Les avantages et les caractéristiques du dispositif de mesure du niveau de remplissage d'un réservoir de produit liquide selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente un mode de réalisation non limitatif. Dans le dessin annexé la figure unique représente une vue schématique d'une installation frigorifique équipée d'un dispositif de détection de fuite utilisant un dispositif de mesure de niveau selon l'invention. L'utilisation du dispositif de mesure selon l'invention dans une installation frigorifique consiste en application préférée, mais en rien limitative. Sur cette figure on peut voir une installation frigorifique qui comporte de manière habituelle sur un circuit 1, un compresseur 2, un condenseur 3, des détendeurs 4, et un évaporateur 5, en l'occurrence plusieurs alimentés en parallèle. Par ailleurs l'installation frigorifique comporte un réservoir 6 de liquide frigorigène L, disposé sur le circuit 1 en aval du condenseur 3. Selon les besoins, on utilise un ou plusieurs évaporateurs 5, ce qui est réalisé au travers de la commande d'électrovannes 50 qui équipent le circuit 1 en amont de chacun des évaporateurs 5. On comprendra que selon le nombre d'évaporateurs 5 utilisés, la quantité de liquide frigorigène L contenue dans le réservoir 6 varie. Il est bien entendu prévu que cette quantité de liquide frigorigène L soit suffisante pour faire face au cas extrême d'utilisation simultanée de tous les évaporateurs 5. Par contre cette quantité peut ne pas être suffisante en cas de fuite du circuit 1, et cela peut présenter un risque pour l'utilisateur de l'installation. En absence de moyens de détection d'une fuite, celle-ci ne 35 peut être détectée que lorsqu'il y a constatation d'un manque de liquide frigorigène dans le circuit, avec pour conséquence le dysfonctionnement de l'installation. Par ailleurs une telle fuite peut ne pas être détectée rapidement, dans la mesure où les conditions font que l'installation fonctionne au ralenti, en sorte qu'un faible niveau de remplissage du réservoir suffise à ce fonctionnement. La détection d'une fuite, quel que le soit le fonctionnement de l'installation, nécessite de connaître le niveau de remplissage du réservoir 6, ce qui est réalisé au travers du dispositif de mesure de niveau selon l'invention. Ainsi, le réservoir 6 est associé à une colonne 7 extérieure, disposée verticalement et reliée au réservoir 6 au travers de conduits flexibles 70, permettant d'équilibrer les niveaux de liquide frigorigène L. La colonne 7 est maintenue par des moyens de support, en l'occurrence des moyens de suspension 71, lesquels incorporent des moyens de pesage tels qu'une jauge de contrainte 72. Le dispositif de mesure de niveau selon l'invention comporte également une unité centrale 8 à laquelle est connecté la jauge de contrainte 72, cette unité centrale 8 étant destinée à déterminer le niveau de liquide frigorigène dans le réservoir 6. En effet, connaissant les caractéristiques de la colonne 7, à savoir son poids à vide et ses dimensions, ainsi que les caractéristiques du liquide frigorigène L qu'elle contient, à savoir sa nature et sa température, la connaissance du poids total de la colonne 7 et du liquide frigorigène L qu'elle contient, permet de déterminer instantanément le poids de ce dernier et donc son niveau dans la colonne 7, et par conséquent le niveau atteint dans le réservoir 6. Par ailleurs, dans l'application représentée, l'unité centrale est également reliée à, non limitativement, une horloge 80, au moins un capteur 81 de température extérieure, un capteur 82 de température du liquide frigorigène L dans le réservoir 6, qui pourrait également être placé sur la ligne liquide, et une alarme 83 qui peut être sonore ou visuelle, contact électrique ou tout autre moyen d'information. Les données enregistrées par le ou les capteurs de température 81, 82 et l'horloge 80 permettent d'établir une banque de données dans laquelle on fait correspondre des conditions particulières d'utilisation avec un niveau de remplissage du réservoir 6. Parallèlement, l'unité centrale 8 relève le niveau de liquide frigorigène L, les données de température et d'activité, à savoir le jour et l'heure, et elle les compare à ce qui est contenu dans la mémoire. Si le niveau de remplissage est inférieur à ce qu'il devrait être, en tenant compte d'un écart qui aura été prédéfini par l'utilisateur, l'unité centrale 8 conclura à une fuite et activera l'alarme 83. Ainsi l'installation est en permanence sous surveillance, 15 et une fuite peut être détectée sans qu'il soit nécessaire d'attendre des conditions extrêmes d'utilisation. Ce dispositif de détection permet d'autres modes d'utilisation. Ainsi, l'unité centrale 8 peut établir des statistiques, et par exemple établir des moyennes périodiques du 20 niveau, qui peuvent par exemple être journalières ou hebdomadaires. Si il est constaté que la moyenne journalière diminue tous les jours de manière constante, et que cela ne correspond pas à une variation constante de l'activité et/ou de la température 25 extérieure, l'unité centrale 8 pourra également conclure à une fuite Le principe est identique avec l'établissement d'une moyenne hebdomadaire. On notera que dans tous les cas, et principalement dans 30 ceux précédemment énoncés, l'unité centrale 8 prendra en compte le calendrier dans l'établissement de ses statistiques, afin notamment d'intégrer les jours fériés ou chômés, pour lesquels l'activité peut être différente des autres jours, et ainsi pondérer les moyennes. De manière avantageuse, du fait de la simplicité du dispositif de mesure du niveau selon l'invention, la détection de fuite peut être réalisée d'une autre manière. Il est en effet possible que l'unité centrale 8 commande à l'installation l'arrêt de production de froid, et le retour du liquide frigorigène dans le réservoir 6 afin de faire évaluer la quantité restante, en vue de la comparer avec le même type d'opération qui aura été réalisée la veille à la même heure par exemple. A cette fin, l'unité centrale 8 peut commander la fermeture des électrovannes 50, et forcer le compresseur 2 pour ramener le liquide frigorigène L dans le réservoir 6 en s'assurant que le condenseur 3 ne stocke pas de liquide frigorigène L. Par ailleurs, comme on peut le voir sur la figure, l'installation comporte un dispositif 9 de mesure de débit de liquide, en l'occurrence disposé en aval du réservoir 6, et qui détermine précisément le débit de liquide L qui alimente les évaporateurs 5. En fonctionnement normal, l'unité centrale 8 mémorise, par apprentissage, les différents niveaux du réservoir 6 en fonction des débits relevés, et quand une dérive survient, un algorithme de l'unité centrale 8 détermine qu'il y a une fuite. La relation entre le débit et le niveau de remplissage du réservoir 6 peut suffire à la détection de fuites, cependant cette information supplémentaire peut permettre d'affiner la détermination de fuite dans les autres procédés précédemment décrits. REVENDICATIONS1) Procédé de mesure du niveau de remplissage d'un réservoir de produit liquide, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer le poids d'une colonne disposée extérieurement audit réservoir et raccordée à ce dernier, à calculer le poids du liquide contenu dans ladite colonne, à déterminer le niveau de liquide dans ladite colonne, et à en déduire le niveau de liquide dans ledit réservoir. 2) Dispositif de mesure du niveau de remplissage d'un réservoir (6) de produit liquide, permettant la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte d'une part une colonne (7) disposée extérieurement audit réservoir (6), reliée à ce dernier au travers de conduits flexibles (70), et d'autre part des moyens de support (71) conçus aptes à maintenir ladite colonne (7) et intégrant des moyens de pesage (72) de celle-ci. 3) Dispositif de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de support (71) de la colonne (7) consistent en des moyens de suspension. 4) Dispositif de mesure selon la revendication 2 ou la 20 revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de pesage (72) sont associés à des moyens de calcul (8). 5) Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur de température (82) du liquide, disposé dans le 25 réservoir (6) et/ou dans la colonne (6), et/ou dans l'installation comprenant le réservoir (6). 6) Procédé de détection de fuite de liquide frigorigène sous pression dans une installation frigorifique ou de climatisation qui consiste à mesurer et enregistrer les 30 paramètres qui conditionnent le degré d'utilisation de ladite installation, mesurer la quantité de liquide contenue dans le réservoir, comparer la valeur de ladite quantité de liquide avec les mesures faites dans des conditions identiques d'utilisationde l'installation, déclencher une alarme lorsque le niveau de liquide n'atteint pas la valeur théorique correspondant auxdites conditions d'utilisation de l'installation, caractérisé en ce que la mesure de la quantité de liquide frigorigène contenue dans ledit réservoir est réalisée par le procédé selon la revendication 1. 7) Procédé de détection selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à établir des moyennes périodiques des niveaux de remplissage, et à les comparer périodiquement. 8) Procédé de détection selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste: - stopper périodiquement la production de froid de l'installation en sorte de ramener tout ou partie du liquide 15 frigorigène dans le réservoir, - mesurer la quantité de liquide frigorigène contenue dans ledit réservoir, - comparer les mesures réalisées périodiquement. 9) Dispositif de détection de fuite de liquide frigorigène 20 sous pression dans une installation frigorifique ou de climatisation, qui comporte un réservoir (6) de liquide frigorigène (L), des moyens de mesure des paramètres d'utilisation de l'installation comprenant des moyens de mesure de températures (81, 82) et des moyens de mesure du temps (80), 25 des moyens de mesure de niveau de liquide frigorigène (L) dans ledit réservoir (6), une unité centrale (8) de calcul apte à collecter, enregistrer et traiter les mesures effectuées, des moyens d'alarme (83), aptes à être activés par ladite unité centrale (8) lorsque le niveau de liquide n'atteint pas une 30 valeur théorique prédéterminée et fonction des conditions d'utilisation de l'installation, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure de niveau de liquide frigorigène (L) dans ledit réservoir (6), consistent en un dispositif de mesure selon la revendication 2. 35 10) Procédé de détection de fuite de liquide frigorigène sous pression dans une installation frigorifique ou de climatisation qui consiste à mesurer et enregistrer le débit de fluide à l'entrée ou à la sortie du réservoir de ladite installation, à mesurer et enregistrer le niveau de remplissage dudit réservoir, à corréler les mesures enregistrées et établir entre elles une relation, et à déclencher une alarme lorsque l'une ou l'autre des valeurs mesurées ne correspond pas sa valeur théorique, caractérisé en ce que la mesure niveau de remplissage dudit réservoir est réalisée par le procédé selon la revendication 1.