Brevet FR3082671A1 — publié le 20191220

Procédé de commande d'une installation de refroidissement associée à une armoire électrique Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de commande d'une installation de refroidissement employé pour refroidir le volume interne d'une enveloppe électrique, telle que par exemple une armoire électrique. L'invention concerne également l'installation de refroidissement dans laquelle est mise en oeuvre ledit procédé. Etat de la technique De manière connue, en référence à la figure 1, une armoire électrique 1 renferme des appareils électriques 3, certains dégageant de la chaleur pendant leur fonctionnement. Une armoire électrique 1 peut donc être dotée d'une installation de refroidissement 2 pour refroidir son volume interne et dégager la chaleur vers l'extérieur. L'installation de refroidissement 2 peut notamment intégrer un climatiseur permettant de refroidir l'air à l'intérieur de l'armoire et d'évacuer l'air chaud vers l'extérieur. De manière connue, en référence à la figure 2, un climatiseur est une machine thermodynamique à faire du froid. Il se compose essentiellement de deux échangeurs thermiques (un évaporateur EV et un condenseur GOND) associés à un compresseur COMP. Le tout fonctionne en circuit fermé et étanche, où circule un fluide frigorigène FF rendu alternativement liquide ou gazeux. L'air présent à l'intérieur de l'armoire électrique 1 est puisé et refroidi dans l'évaporateur EV, au contact du fluide frigorigène FF rendu gazeux, avant d'être rediffusé dans le volume interne de l'armoire 1. Le fluide frigorigène FF poursuit son chemin sous forme de vapeur jusqu'au compresseur COMP, qui le comprime en l'échauffant (haute pression) puis l'envoie au condenseur GOND. Ce dernier extrait les calories dues à l'échauffement et les évacue hors de l'armoire électrique. Dans le même temps, le fluide redevenu liquide (basse pression) est redirigé vers l'évaporateur EV en passant par un détendeur DET. Cette alternance de phases se répète en boucle jusqu'à l'obtention de la température désirée. Les échanges thermiques peuvent être accélérés par un dispositif de ventilation et régulés électroniquement. En simplifiant, l'automate programmable 20 de l'installation reçoit une valeur de consigne T°cons et exécute une boucle de régulation de température à partir de la température T°amb mesurée à l'intérieur de l'armoire électrique 1. Les composants d'une telle installation de refroidissement, notamment le compresseur, sont dimensionnés par rapport à une puissance thermique maximale à 2 dissiper (exprimées en Watt) que les appareils électriques 3 présents dans l'armoire électrique peuvent générer. Or il s'avère que cette puissance thermique maximale n'est pas toujours atteinte ou alors pas en permanence. Le compresseur COMP de l'installation de refroidissement se trouve alors être très souvent surdimensionné par 5 rapport aux besoins réels de refroidissement du volume interne de l'armoire électrique et la puissance qu'il produit en surplus se trouve alors être définitivement perdue. Le but de l'invention est de proposer une solution permettant d'éviter tout surdimensionnement de l'installation de refroidissement et d'éviter toute perte d'énergie 10 lorsque la puissance thermique à dissiper n'est pas maximale. Exposé de l'invention Ce but est atteint par un procédé de commande d'une installation de 15 refroidissement du volume interne d'une enveloppe électrique, ladite installation de refroidissement comprenant : Un circuit de refroidissement primaire qui comporte un condenseur, au moins un compresseur et un premier évaporateur, Un circuit de refroidissement secondaire qui comporte une enceinte isolée 20 thermiquement, un second évaporateur logé dans ladite enceinte isolée thermiquement, une entrée d'air et une sortie d'air à ouverture/fermeture commandée à travers ladite enceinte et un ventilateur agencé pour créer une circulation d'air entre ladite entrée d'air et ladite sortie d'air, Un automate programmable configuré pour sélectionner un mode de 25 fonctionnement de l'installation de refroidissement parmi au moins un premier mode de fonctionnement dans lequel le circuit de refroidissement primaire est actif en refroidissement de l'air présent dans le volume interne, et le circuit de refroidissement secondaire est en charge en puissance frigorifique du second évaporateur et un deuxième mode de fonctionnement 30 dans lequel le circuit de refroidissement primaire et le circuit de refroidissement secondaire sont actifs simultanément pour refroidir l'air présent dans ledit volume interne, Caractérisé en ce qu'il comporte : Une étape de sélection dudit mode de fonctionnement en tenant compte : 35 De la puissance thermique à dissiper dans le volume interne de l'enveloppe électrique, 3 De la puissance thermique de refroidissement du premier évaporateur, Ledit premier mode de fonctionnement étant sélectionné par ledit automate programmable lorsque la puissance thermique à dissiper 5 dans l'armoire électrique est inférieure ou égale à la puissance thermique que le premier évaporateur est capable de dissiper, Ledit deuxième mode de fonctionnement étant sélectionné par ledit automate programmable lorsque la puissance thermique à dissiper dans l'armoire électrique est strictement supérieure à la puissance 10 thermique que le premier évaporateur est capable de dissiper, Une étape de commande par ledit automate programmable de moyens de commutation adaptés pour commuter l'installation de refroidissement entre le premier mode de fonctionnement et le deuxième mode de fonctionnement. 15 Selon une particularité, dans le premier mode de fonctionnement, l'étape de commande des moyens de commutation consiste à : Connecter le circuit de refroidissement secondaire au circuit de refroidissement primaire et à maintenir fermée ladite enceinte isolée 20 thermiquement. Selon une autre particularité, dans le deuxième mode de fonctionnement, l'étape de commande des moyens de commutation consiste à : Déconnecter le circuit de refroidissement secondaire du circuit de refroidissement primaire, à ouvrir l'entrée d'air et la sortie d'air et à activer 25 le ventilateur pour entraîner une circulation d'air à travers l'enceinte isolée thermiquement. Selon une autre particularité, la puissance thermique à dissiper est déterminée à partir de la différence entre une valeur de température de consigne et une valeur de température présente dans le volume interne de l'enveloppe électrique. 30 Selon une autre particularité, la puissance thermique que le premier évaporateur est capable de dissiper est déterminée lors du dimensionnement de l'installation puis paramétré dans l'automate programmable. L'invention concerne également une installation de refroidissement du volume 35 interne d'une enveloppe électrique, ladite installation de refroidissement comprenant : 4 Un circuit de refroidissement primaire qui comporte un condenseur, au moins un compresseur et un premier évaporateur, Un circuit de refroidissement secondaire qui comporte une enceinte isolée thermiquement, un second évaporateur logé dans ladite enceinte isolée 5 thermiquement, une entrée d'air et une sortie d'air à ouverture/fermeture commandée à travers ladite enceinte et un ventilateur agencé pour créer une circulation d'air entre ladite entrée d'air et ladite sortie d'air, Un automate programmable configuré pour sélectionner un mode de fonctionnement de l'installation de refroidissement parmi au moins un 10 premier mode de fonctionnement dans lequel le circuit de refroidissement primaire est actif en refroidissement de l'air présent dans le volume interne, et le circuit de refroidissement secondaire est en charge en puissance frigorifique du second évaporateur et un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le circuit de refroidissement primaire et le circuit de 15 refroidissement secondaire sont actifs simultanément pour refroidir l'air présent dans ledit volume interne, Caractérisée en ce que : L'automate programmable est configuré pour exécuter un module de sélection dudit mode de fonctionnement en tenant compte : 20 De la puissance thermique à dissiper dans le volume interne de l'enveloppe électrique, De la puissance thermique de refroidissement que le premier évaporateur est capable de dissiper, Ledit premier mode de fonctionnement étant sélectionné par ledit 25 automate programmable lorsque la puissance thermique à dissiper dans l'armoire électrique est inférieure ou égale à la puissance thermique que le premier évaporateur est capable de dissiper, Ledit deuxième mode de fonctionnement étant sélectionné par ledit automate programmable lorsque la puissance thermique à dissiper 30 dans l'armoire électrique est strictement supérieure à la puissance thermique que le premier évaporateur est capable de dissiper, L'installation de refroidissement comporte des moyens de commutation adaptés pour commuter l'installation de refroidissement entre le premier mode de fonctionnement et le deuxième mode de fonctionnement, 5 L'automate programmable est configuré pour exécuter un module de commande desdits moyens de commutation en tenant compte du mode de fonctionnement sélectionné. 5 Selon une particularité, les moyens de commutation comportent une vanne trois voies aptes à prendre au moins deux états, un premier état dans lequel le circuit de refroidissement secondaire est connecté au circuit de refroidissement primaire (C1) dans le premier mode de fonctionnement, et un deuxième état dans lequel le circuit de 10 refroidissement secondaire est déconnecté du circuit de refroidissement primaire dans le deuxième mode de fonctionnement. Selon une autre particularité, le premier évaporateur est de type hybride comportant deux circuits de refroidissement indépendants, un premier circuit de refroidissement appartenant au circuit de refroidissement primaire et un deuxième circuit 15 de refroidissement relié au circuit de refroidissement secondaire par l'intermédiaire d'une pompe incluse dans lesdits moyens de commutation. Selon une autre particularité, la puissance thermique à dissiper est déterminée à partir de la différence entre une valeur de température de consigne et une valeur de température présente dans le volume interne de l'enveloppe électrique. 20 Selon une autre particularité, le dimensionnement en puissance thermique à dissiper du deuxième évaporateur est supérieur à celui du compresseur. Selon une autre particularité, la puissance thermique que le premier évaporateur est capable de dissiper est déterminée lors du dimensionnement puis paramétré dans l'automate programmable. 25 Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit, en liaison avec les figures annexées listées ci-dessous : 30 La figure 1 représente de manière schématique une armoire électrique à laquelle est associée une installation de refroidissement ; - La figure 2 représente de manière schématique une installation de refroidissement telle que connue dans l'état de la technique ; Les figures 3A et 3B représentent de manière schématique, deux modes de 35 réalisation distincts de l'installation de refroidissement de l'invention ; 6 La figure 4 représente un diagramme illustrant l'algorithme mis en oeuvre pour le fonctionnement d'une installation de refroidissement conforme à l'invention ; Les figures 5A et 5B illustrent le fonctionnement d'une installation de 5 refroidissement conforme à l'invention, respectivement lorsque le premier mode de fonctionnement est actif et lorsque le deuxième mode de fonctionnement est actif ; Les références utilisées sur les figures annexées restent identiques d'une figure 10 à l'autre, dans la mesure où les composants conservent une fonction identique. Description détaillée d'au moins un mode de réalisation 15 L'invention s'applique à une installation de refroidissement 2 améliorée pour une enveloppe électrique, par exemple une armoire électrique 1. Selon un aspect particulier de l'invention, l'installation de refroidissement 2 comporte un circuit de refroidissement primaire Cl et un circuit de refroidissement secondaire C2 connecté au circuit de refroidissement primaire. 20 L'installation de refroidissement 2 comporte également un automate programmable 20 configuré pour commander le circuit de refroidissement primaire Cl et le circuit de refroidissement secondaire C2. Cet automate programmable 20 comporte classiquement un module de traitement, des modules d'entrée et des modules de sortie. Il peut également comporter un module de communication pour communiquer des 25 données vers une unité centrale. Le circuit de refroidissement primaire Cl comporte notamment les composants suivants : Un condenseur à air COND1 permettant de faire passer un fluide frigorigène 30 FF1 de l'état gazeux à l'état liquide. Le condenseur à air COND1 peut être par exemple de type à tubes et ailettes ou à microcanaux. Un détendeur DET1 permettant de faire chuter la pression du fluide frigorigène FF1. 7 Un premier évaporateur EV1 permettant de faire passer le fluide frigorigène FF de l'état gaz + liquide à l'état gazeux. L'évaporateur EV1 est destiné à être traversé par l'air à refroidir. Un ou plusieurs compresseurs COMP1 destiné à aspirer le fluide frigorigène 5 FF1 à l'état gazeux en provenance de l'évaporateur EV1 pour l'envoyer vers le condenseur à air COND1. Plusieurs ventilateurs VENT10, VENT1 permettant d'assurer un passage d'air respectivement à travers le condenseur à air COND1 et à travers le premier évaporateur EV1. 10 Eventuellement une ou plusieurs pompes de circulation. Des tuyaux de liaison entre les différents éléments du circuit. Le circuit de refroidissement secondaire C2 comporte uniquement : Un deuxième évaporateur EV2. 15 Une enceinte 5 isolée thermiquement dans laquelle est logé le deuxième évaporateur EV2 et qui comporte au moins une entrée d'air IN et une sortie d'air OUT à ouverture/fermeture commandée et connectée à des modules de sortie de l'automate programmable 20. Au moins un ventilateur VENT2 relié à un module de sortie de l'automate 20 programmable 20, permettant de faire circuler l'air à refroidir entre l'entrée d'air et la sortie d'air lorsque celles-ci sont ouvertes. Au moins un tuyau d'entrée et un tuyau de sortie pour faire circuler le fluide frigorigène FF2 dans le circuit de refroidissement secondaire C2, relié sur l'entrée et la sortie du deuxième évaporateur et permettant au circuit de 25 refroidissement secondaire de se raccorder au circuit de refroidissement primaire C1. L'installation de refroidissement 2 peut comporter également un ensemble de capteurs de température reliés à des modules d'entrée de l'automate programmable, notamment : 30 - Un capteur de température pour mesurer la température ambiante Tcart à l'intérieur de l'armoire électrique 1 ; 8 Selon différents aspects particuliers de l'invention, les principes suivants peuvent être suivis : Le dimensionnement global de l'installation est réalisé en tenant compte de la puissance thermique maximale que les appareils électriques 3 présents 5 dans l'armoire électrique 1 sont capables de dissiper et de leur cycle de fonctionnement. Le dimensionnement en puissance thermique à dissiper du deuxième évaporateur EV2 est supérieur à celui du compresseur COMP1. Autrement dit, la puissance thermique que le deuxième évaporateur EV2 peut dissiper 10 est supérieure à celle pour laquelle le compresseur COMP1 est prévu, ce qui permet d'utiliser dans l'installation un compresseur qui est sous-dimensionné par rapport à l'ensemble de l'installation. Le dimensionnement du compresseur COMP1 (en puissance thermique donc en puissance électrique) dépend de la durée d'un cycle complet de 15 charge du deuxième évaporateur EV2. Il faut en effet s'assurer que le deuxième évaporateur EV2 puisse être suffisamment chargé le plus rapidement possible, notamment lors d'un cycle de fonctionnement bas (c'est-à-dire lorsque Tcamb REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'une installation de refroidissement du volume interne d'une enveloppe électrique, ladite installation de refroidissement comprenant : Un circuit de refroidissement primaire (C1) qui comporte un condenseur (COND1), au moins un compresseur (COMP1) et un premier évaporateur (EV1), Un circuit de refroidissement secondaire (C2) qui comporte une enceinte (5) isolée thermiquement, un second évaporateur (EV2) logé dans ladite enceinte (5) isolée thermiquement, une entrée d'air (IN) et une sortie d'air (OUT) à ouverture/fermeture commandée à travers ladite enceinte et un ventilateur (VENT2) agencé pour créer une circulation d'air entre ladite entrée d'air et ladite sortie d'air, Un automate programmable (20) configuré pour sélectionner un mode de fonctionnement de l'installation de refroidissement parmi au moins un premier mode de fonctionnement (MOD1) dans lequel le circuit de refroidissement primaire (01) est actif en refroidissement de l'air présent dans le volume interne, et le circuit de refroidissement secondaire (C2) est en charge en puissance frigorifique de son second évaporateur (EV2) et un deuxième mode de fonctionnement (MOD2) dans lequel le circuit de refroidissement primaire (C1) et le circuit de refroidissement secondaire (C2) sont actifs simultanément pour refroidir l'air présent dans ledit volume interne, Ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte : Une étape de sélection dudit mode de fonctionnement (MOD1) en tenant compte : De la puissance thermique à dissiper (Pth D) dans le volume interne de l'enveloppe électrique, De la puissance thermique de refroidissement (Pth_EV1) du premier évaporateur (EV1), Ledit premier mode de fonctionnement (MOD1) étant sélectionné par ledit automate programmable lorsque la puissance thermique à dissiper (Pth D) dans l'armoire électrique est inférieure ou égale à la 16 puissance thermique (Pth_EV1) que le premier évaporateur (EV1) est capable de dissiper, Ledit deuxième mode de fonctionnement (MOD2) étant sélectionné par ledit automate programmable lorsque la puissance thermique à 5 dissiper (Pth_D) dans l'armoire électrique est strictement supérieure à la puissance thermique (Pth_EV1) que le premier évaporateur (EV1) est capable de dissiper, Une étape de commande par ledit automate programmable (20) de moyens de commutation adaptés pour commuter l'installation de refroidissement 10 entre le premier mode de fonctionnement (MOD1) et le deuxième mode de fonctionnement (MOD2). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le premier mode de fonctionnement, l'étape de commande des moyens de commutation 15 consiste à : Connecter le circuit de refroidissement secondaire au circuit de refroidissement primaire et à maintenir fermée ladite enceinte (5) isolée thermiquement. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans le 20 deuxième mode de fonctionnement, l'étape de commande des moyens de commutation consiste à : Déconnecter le circuit de refroidissement secondaire du circuit de refroidissement primaire, à ouvrir l'entrée d'air et la sortie d'air et à activer le ventilateur (VENT2) pour entraîner une circulation d'air à travers 25 l'enceinte (5) isolée thermiquement. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la puissance thermique à dissiper (Pth_D) est déterminée à partir de la différence entre une valeur de température de consigne (T° cons) et uie valeur de température (T° amb) présente dans le volume interne de l'enveloppe électrique. 30 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la puissance thermique (Pth_EV1) que le premier évaporateur (EV1) est capable de dissiper est déterminée lors du dimensionnement de l'installation puis paramétré dans l'automate programmable (20). 6. Installation de refroidissement du volume interne d'une enveloppe électrique, ladite installation de refroidissement comprenant : 17 Un circuit de refroidissement primaire (C1) qui comporte un condenseur (COND1), au moins un compresseur (COMP1) et un premier évaporateur (EV1), Un circuit de refroidissement secondaire (C2) qui comporte une enceinte (5) 5 isolée thermiquement, un second évaporateur (EV2) logé dans ladite enceinte (5) isolée thermiquement, une entrée d'air (IN) et une sortie d'air (OUT) à ouverture/fermeture commandée à travers ladite enceinte et un ventilateur (VENT2) agencé pour créer une circulation d'air entre ladite entrée d'air et ladite sortie d'air, 10 Un automate programmable (20) configuré pour sélectionner un mode de fonctionnement de l'installation de refroidissement parmi au moins un premier mode de fonctionnement (MOD1) dans lequel le circuit de refroidissement primaire (C1) est actif en refroidissement de l'air présent dans le volume interne, et le circuit de refroidissement secondaire (C2) est 15 en charge en puissance frigorifique de son second évaporateur (EV2) et un deuxième mode de fonctionnement (MOD2) dans lequel le circuit de refroidissement primaire (C1) et le circuit de refroidissement secondaire (C2) sont actifs simultanément pour refroidir l'air présent dans ledit volume interne, 20 Caractérisée en ce que : L'automate programmable est configuré pour exécuter un module de sélection dudit mode de fonctionnement (MOD1) en tenant compte : De la puissance thermique à dissiper (Pth_D) dans le volume interne de l'enveloppe électrique, 25 De la puissance thermique de refroidissement (Pth_EV1) que le premier évaporateur (EV1) est capable de dissiper, Ledit premier mode de fonctionnement (MOD1) étant sélectionné par ledit automate programmable lorsque la puissance thermique à dissiper (Pth_D) dans l'armoire électrique est inférieure ou égale à la 30 puissance thermique (Pth_EV1) que le premier évaporateur est capable de dissiper, Ledit deuxième mode de fonctionnement (MOD2) étant sélectionné par ledit automate programmable lorsque la puissance thermique à dissiper (Pth_D) dans l'armoire électrique est strictement supérieure 35 à la puissance thermique (Pth_EV1) que le premier évaporateur est capable de dissiper, 18 L'installation de refroidissement comporte des moyens de commutation adaptés pour commuter l'installation de refroidissement entre le premier mode de fonctionnement (MOD1) et le deuxième mode de fonctionnement (MOD2), 5 L'automate programmable est configuré pour exécuter un module de commande desdits moyens de commutation en tenant compte du mode de fonctionnement sélectionné. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de 10 commutation comportent une vanne trois voies aptes à prendre au moins deux états, un premier état dans lequel le circuit de refroidissement secondaire (C2) est connecté au circuit de refroidissement primaire (C1) dans le premier mode de fonctionnement (MOD1), et un deuxième état dans lequel le circuit de refroidissement secondaire (C2) est déconnecté du circuit de refroidissement 15 primaire dans le deuxième mode de fonctionnement (MOD2). 8. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le premier évaporateur (EV1) est de type hybride comportant deux circuits de refroidissement indépendants, un premier circuit de refroidissement appartenant au circuit de refroidissement primaire (C1) et un deuxième circuit de refroidissement relié au 20 circuit de refroidissement secondaire par l'intermédiaire d'une pompe (P2) incluse dans lesdits moyens de commutation. 9. Installation selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que la puissance thermique à dissiper (Pth D) est déterminée à partir de la différence entre une valeur de température de consigne (flans) et uie valeur de température 25 (T°amb) présente dans le volume interne de l'envelcppe électrique. 10. Installation selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que le dimensionnement en puissance thermique à dissiper du deuxième évaporateur (EV2) est supérieur à celui du compresseur (COMP1). 11. Installation selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que la 30 puissance thermique (Pth_EV1) que le premier évaporateur (EV1) est capable de dissiper est déterminée lors du dimensionnement puis paramétré dans l'automate programmable (20).