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Dispositif de sécurité et de contrôle pour compresseur de machine frigorifique Objet de l'invention [0001] La présente invention se rapporte aux machines frigorifiques, et plus particulièrement aux compresseurs présents dans les machines frigorifiques.
[0002] La présente invention se rapporte en particulier à un dispositif de sécurité, de contrôle et de gestion pour compresseur de machine frigorifique.
Arrière-plan technologique [0003] Dans les machines frigorifiques, un ou plusieurs compresseurs sont utilisés pour comprimer un fluide frigorigène. Ce type d'installation est bien connu de l'état de la technique. Ces compresseurs sont utilisés isolément ou en groupes de plusieurs compresseurs branchés en parallèle pour former une centrale frigorifique. Ils ont pour fonction de comprimer le fluide frigorigène provenant sous forme gazeuse d'un évaporateur, et de le restituer sous haute pression à un condenseur. Ils sont utilisés pendant de longues périodes, sans surveillance, et doivent répondre à des contraintes de charge variable, résultant des conditions d'usage des frigos ou entrepôts dans lesquels ils sont utilisés, des conditions climatiques aléatoires, et de défauts éventuels dans le circuit auquel ils sont raccordés.
De nombreuses causes externes peuvent donc être la source de problèmes de fonctionnement pouvant conduire à des pannes d'un compresseur. Les causes et les conditions dans lesquelles un défaut est survenu ne sont pas toujours
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facile à déterminer, ce qui peut poser des problèmes de responsabilité, en particulier pendant l'année de garantie d'une installation.
[0004] La lubrification d'un compresseur peut se faire par barbotage ou à l'aide d'une pompe à huile. A l'arrêt du compresseur, si l'huile est trop froide, le fluide frigorigène se dissout dans l'huile, et peut même se condenser.
Le fluide frigorigène sous forme liquide ayant une densité supérieure à celle de l'huile, il se rassemble alors dans le fond du carter du compresseur. Lors du redémarrage du compresseur, la pompe à huile fait circuler une huile chargée en fluide frigorigène, ou même du fluide frigorigène pur condensé. Le fluide frigorigène étant un dégraissant, le compresseur se détériore et grippe rapidement. De plus, si le compresseur démarre lorsque du fluide frigorigène condensé s'est rassemblé dans le fond du carter, il peut se produire le phénomène suivant : l'action du compresseur diminue la pression dans le carter du compresseur. Sous l'effet de cette diminution de la pression, le fluide frigorigène s'évapore, sous forme de bulles et traverse la couche d'huile qui le recouvre.
Cette évaporation peut se produire de manière brutale, et provoquer une émulsion huile/gouttelettes de vapeur du fluide frigorigène. Cette émulsion occupe le volume du carter, et est finalement entraînée par le compresseur vers le refoulement, entraînant une grande quantité d'huile dans le circuit frigorifique.
Ce phénomène est connu sous le nom d' effet mayonnaise .
[0005] Lorsque la température de l'huile est trop élevée, sa viscosité est réduite, diminuant ainsi ses propriétés de lubrification. Des grippages ou une usure prématurée du compresseur peuvent en résulter.
[0006] Parfois il arrive que le fluide frigorigène ne s'évapore pas correctement dans l'évaporateur, et retourne au compresseur sous forme de liquide. Ce phénomène, appelé coup de liquide est une importante cause de casse des compresseurs. Il peut se produire lorsqu'un détendeur est mal réglé ou bloqué en position ouverte ou lors d'un défaut de fonctionnement de l'évaporateur.
[0007] Parfois au contraire, le fluide frigorigène retourne au compresseur sous forme de vapeur surchauffée, pouvant causer une surchauffe de l'huile du compresseur et causer les problèmes évoqués ci-
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dessus. Ce phénomène est connu sous le nom de surchauffe importante par les frigoristes.
[0008] D'autres problèmes pouvant survenir sur ce type de machines sont : fuite de fluide frigorigène, mauvais refroidissement du condenseur, etc.
[0009] Les problèmes cités ci-dessus peuvent généralement être détectés par un technicien à l'aide de mesures de température, pression, niveau d'huile, etc.
État de la technique [0010] On constate des problèmes cités ci-dessus que pour le bon fonctionnement d'une installation frigorifique, il est nécessaire de contrôler le fonctionnement du compresseur, en fonction de mesures telles que températures, pressions, niveau d'huile, etc. Ces mesures permettent de déterminer si le compresseur peut être mis en marche ou doit être arrêté.
[0011] Parmi les sécurités utilisées de manière traditionnelle figurent les pressostats basse pression, raccordés au carter du compresseur.
Ces pressostats sont réglés une fois pour toutes lors de l'installation, et ne permettent pas de contrôle intelligent d'une installation.
[0012] De manière traditionnelle, on installe des capteurs sur une installation frigorifique, et on les relie à un panneau de contrôle. Ce panneau de contrôle comprend de nombreux éléments électriques et électroniques. Il est généralement assemblé sur site, ce qui représente une charge de travail et une source d'erreurs. De plus, ce panneau de contrôle étant installé à une certaine distance du ou des compresseurs, il requiert de nombreuses liaisons électriques et hydrauliques. Ces nombreux éléments disjoints ne sont pas conçus pour collaborer entre eux et assurer une optimisation du fonctionnement du compresseur.
[0013] On connaît de EP 0 907 058 A2 un dispositif de contrôle pour compresseur de machine frigorifique. Ce dispositif comprend un circuit électronique dans un boîtier pouvant être installé sur le compresseur. Dans ce dispositif, des alarmes de pression d'huile haute et basse permettent d'arrêter le compresseur. Suivant cette invention, le circuit électronique comporte un
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temporisateur qui a pour fonction de retarder le redémarrage du compresseur après le retour à la normale de la pression d'huile. Durant ce délai, l'huile se stabilise, et le réfrigérant éventuellement présent dans l'huile se sépare. Un utilisateur peut communiquer avec le dispositif à l'aide d'un appareil portatif. Ce dispositif ne comporte cependant aucun moyen de mesure de pression, ce qui le rend inapte à détecter les défauts évoqués ci-dessus.
[0014] On connaît également un dispositif de contrôle pour compresseur de machine frigorifique du document US 5 901 559. Ce dispositif décrit un contrôleur de niveau d'huile, apte à admettre dans le carter d'un compresseur l'huile collectée dans un réservoir. Suivant ce document, une première temporisation est prévue lors de la détection du niveau bas d'huile, avant l'admission d'huile. Une seconde temporisation est également prévue pour maintenir l'admission d'huile pendant un délai après le retour du niveau d'huile au-dessus du seuil bas. Ce document évoque également la possibilité de mesurer d'autres paramètres (Voir input device 98 sur figures 2 et 5, ainsi que dans le texte, colonne 2, ligne 54 à 62, et colonne 5, lignes 38 à 59).
Cependant, seul le problème du contrôle du niveau d'huile dans le carter du compresseur est traité dans ce document, l'utilisation d'autres paramètres n'étant évoquée que de manière très générale.
[0015] Ces dispositifs connus ne permettent donc pas de résoudre tous les problèmes précités, ce qui nuit à la durée de vie du compresseur. En particulier, le principe de contrôle de ces dispositifs est basé sur l'hypothèse selon laquelle le compresseur se trouve dans un état de fonctionnement correct après écoulement d'un certain délai, sans qu'il y ait réellement une mesure de cet état.
Buts de l'invention [0016] La présente invention vise à fournir un dispositif de sécurité pour compresseur de machine frigorifique, permettant de prolonger la durée de vie du compresseur.
[0017] En particulier, la présente invention vise à fournir un dispositif qui détecte les problèmes pouvant détériorer le compresseur, et qui prend les mesures nécessaires à sa sauvegarde.
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[0018] La présente invention vise également à fournir un dispositif permettant de réaliser la régulation d'une centrale frigorifique.
Résumé de l'invention [0019] La présente invention se rapporte à un dispositif de sécurité et de contrôle pour compresseur de machine frigorifique, placé sur le carter du compresseur, comportant un moyen de contrôle électronique programmable apte à arrêter le fonctionnement et/ou interdire le démarrage du compresseur, et un capteur de la pression à l'aspiration du compresseur #asp, ce capteur étant relié au moyen de contrôle électronique programmable.
[0020] De préférence, le dispositif de sécurité comprend en outre un capteur de la température à l'aspiration du compresseur Tasp, et le moyen de contrôle est apte à calculer la température Tsat qu'aurait le fluide frigorigène au point de la courbe de vapeur saturée correspondant à la pression à l'aspiration du compresseur #asp, et à arrêter et/ou interdire le démarrage du compresseur si cette température Tasp diffère de plus d'une valeur seuil de la température calculée Tsat.
[0021] Dans ce dispositif, le moyen de contrôle électronique programmable peut comporter des moyens aptes à recevoir des paramètres A1 et B1, et permettant de calculer la température Tsat en fonction de la pression pasp au moyen de la relation
Tsat =(B1/(A1-Ln(pasp+1))-273 lesdits paramètres étant choisis en fonction du fluide frigorigène utilisé dans la machine frigorifique.
[0022] Le dispositif peut avantageusement comprendre un capteur de la température de l'huile dans le compresseur Thulie, et le moyen de contrôle électronique programmable comporter des moyens aptes à recevoir les caractéristiques de l'huile et du fluide frigorigène utilisé, et à déterminer la concentration de fluide frigorigène dans l'huile et la viscosité cinématique de l'huile, en fonction de la température de l'huile dans le compresseur, Thune, et de la pression à l'aspiration du compresseur, pasp, et à arrêter et/ou interdire le
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démarrage du compresseur si cette viscosité est inférieure à un seuil prédéterminé.
[0023] Dans une variante préférée de l'invention, le moyen de contrôle électronique programmable comporte des moyens aptes à arrêter le fonctionnement et/ou interdire le démarrage du compresseur lorsque la pression à l'aspiration du compresseur pasp est inférieure à un seuil prédéterminé.
[0024] Dans une autre variante préférée de l'invention, le dispositif comprend un capteur de la pression au refoulement du compresseur #HP et ce capteur est relié au moyen de contrôle électronique programmable de manière à arrêter le fonctionnement et/ou interdire le démarrage du compresseur lorsque la pression au refoulement du compresseur #HP est supérieure à un seuil prédéterminé.
[0025] Les capteurs de pressions sont de préférence des capteurs céramiques à couches épaisses, ou des capteurs piézorésistifs.
[0026] Le moyen de contrôle électronique programmable comporte de préférence un microprocesseur.
[0027] Le moyen de contrôle électronique programmable peut également comporter des moyens de mémorisation et/ou des moyens de communication.
[0028] Le moyen de contrôle électronique programmable peut favorablement être apte à activer des moyens de signalisation locaux et/ou à distance.
[0029] Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, le dispositif est conçu pour utilisation dans une centrale frigorifique, dans laquelle chaque compresseur comporte un dispositif suivant l'invention, ces dispositifs étant reliés entre eux. Le moyen de contrôle électronique programmable d'un des compresseurs détermine, en fonction d'une valeur de consigne, d'un paramètre mesuré ou calculé, s'ils doit faire démarrer le compresseur qu'ils contrôle, en prenant en compte les mesures des capteurs, les informations mémorisées et celles communiquées par au moins un autre dispositif semblable installé sur un autre compresseur.
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Brève description des figures [0030] La figure 1 représente une installation frigorifique de l'état de la technique comportant un compresseur muni d'un dispositif suivant l'invention.
[0031] La figure 2 représente le diagramme pression-enthalpie représentatif du cycle thermodynamique parcouru par un fluide frigorigène dans l'installation de la figure 1.
[0032] La figure 3 représente les courbes des caractéristiques d'une huile de lubrification et d'un fluide frigorigène.
[0033] La figure 4 représente un groupe de compresseurs pour fonctionnement dans une centrale frigorifique, chaque compresseur étant muni d'un dispositif suivant l'invention, ces dispositifs étant reliés entre eux au moyen d'un réseau.
Description détaillée d'une forme d'exécution préférée de l'invention [0034] Comme illustré de manière simplifiée à la figure 1, une installation frigorifique comprend : - un compresseur 1 qui comprime un fluide frigorigène en phase gazeuse, en augmentant sa température ; - un condenseur 2 qui, refroidi par une source froide telle que de l'air extérieur ou de l'eau, fait chuter la température et condense le réfrigérant ; - un réservoir dans lequel le réfrigérant liquide est stocké (non représenté) ; - un détendeur 3; - et un évaporateur 4 dans lequel le fluide frigorigène passe de la phase liquide à la phase vapeur en prélevant des calories dans son environnement.
[0035] L'évaporateur 4 permet donc la production du froid dans une chambre froide, un meuble réfrigéré ou peut également refroidir un liquide dans un échangeur de chaleur.
[0036] Le dispositif de sécurité selon l'invention comprend un boîtier 5 qui vient se fixer sur le carter du compresseur 1, de préférence à
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l'emplacement prévu pour le voyant de niveau d'huile. Un capteur de pression piézo-résistif 6 à l'intérieur du boîtier 5 est en contact avec la pression régnant dans le carter du compresseur et transmet un signal analogique au microcontrôleur 7 (non représenté sur la fig. 1). Une sonde de température 8, par exemple une thermorésistance, plonge dans l'huile 9 contenue dans le fond du carter du compresseur 1, et transmet également une valeur au microcontrôleur 7. Un deuxième capteur de pression 10, également piézorésistif, est installé dans le boîtier 5 et est relié par un tube 11 au refoulement du compresseur 1.
Enfin, un capteur de température mesure la température Tasp à l'aspiration du compresseur. Tous ces capteurs sont soit intégrés au boîtier 5, soit reliés directement à celui ci par un câble ou un tube 11 court. Le compresseur 1 muni de son dispositif de sécurité forme un ensemble compact, facile à monter et à tester en usine.
[0037] Dans l'utilisation du dispositif suivant l'invention, l'utilisation conjointe d'un transmetteur de pression analogique et d'un microcontrôleur permet de varier les seuils et les délais de déclenchement et d'enclenchement du compresseur. Si cette pression devient trop basse, par exemple en cas de fuite de fluide frigorigène, de mauvais réglage ou de la fermeture d'une vanne, le compresseur est arrêté, et une alarme est signalée. On a donc une souplesse d'utilisation qu'il n'était pas possible d'obtenir avec les pressostats classiques. L'utilisation d'un capteur de pression présente, par rapport à l'utilisation d'un pressostat, l'avantage de donner une mesure réelle de la pression, ne présentant pas les imprécisions qu'on peut avoir avec un pressostat mécanique.
[0038] La figure 2 illustre le diagramme pression-enthalpie d'un fluide frigorigène. Dans ce diagramme, le fluide est sous forme liquide dans la zone A, sous forme gazeuse dans la zone C. Les phases liquide et gazeuse coexistent dans la zone B. La portion 20 de la courbe de changement de phase est la courbe de vapeur saturée . Le point 1 est représentatif de l'aspiration du compresseur. Le segment 1-2 représente la compression, le segment 2-3 représente la condensation. Le segment 3-4 représente la détente dans le détendeur, et le segment 4-1 l'évaporation. Dans les conditions optimales de fonctionnement, tout le fluide est vaporisé à l'issue du parcours dans
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l'évaporateur.
Les problèmes évoqués ci-dessus, à savoir coup de liquide et surchauffe importante se traduisent par un point représentatif du fluide à l'entrée du compresseur non pas au point 1 du diagramme, mais en un point situé à gauche pour le coup de liquide (tout le fluide n'est pas évaporé), ou à droite de celui-ci pour la surchauffe importante ( le gaz a été réchauffé dans l'évaporateur au-delà de la normale). Ces deux problèmes sont résolus par le dispositif de l'invention de la manière suivante : Le microcontrôleur calcule la température que devrait avoir le fluide au point 1 de la courbe de vapeur saturée correspondant à la pression mesurée à l'aspiration.
La portion 20 de la courbe peut être approchée par la relation pression-température, de la forme Tsat=(B1/(A1-Ln(pasp+1))-273 Les paramètres A1 et B1 sont déterminés pour le fluide frigorigène utilisé, et enregistrés dans le microcontrôleur 6. La température Tasp, mesurée par le capteur 12, est comparée à la valeur qu'elle devrait avoir si le point de fonctionnement était bien le point 1, c'est-à-dire Tsat. Si Tasp est inférieur ou égale à Tsat, on risque le coup de liquide. Si cette différence est supérieure à un seuil, le compresseur est arrêté. Le seuil peut être compris entre 5 et 20 , par exemple 10 . Si au contraire, Tasp est supérieur à Tsat, on a une surchauffe importante, qui risque de surchauffer l'huile. On arrête donc le compresseur si cette différence est supérieure à un seuil.
Ce deuxième seuil peut également être compris entre 5 et 20 , par exemple 10 .
[0039] Le dispositif suivant l'invention peut également comprendre un capteur 10 de pression haute pHp, raccordé par un flexible 11 à la partie pression haute de la culasse du compresseur. En cas de pression trop élevée, dont la principale cause est un mauvais refroidissement du condenseur (ventilateur hors service, batterie encrassée ou manque d'eau pour les condenseurs à eau), le microcontrôleur signale une alarme de pression haute. [0040] Un capteur d'intensité mesure l'intensité du moteur du compresseur. Si cette intensité s'écarte trop d'une valeur nominale, le microcontrôleur signale une alarme d'intensité. Cela permet d'éviter que le
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compresseur ne fonctionne dans des conditions d'intensité anormales et néfastes.
[0041] De l'huile contenue dans le carter du compresseur assure la bonne lubrification des pièces en mouvement. La lubrification peut être assurée par barbotage pour les petites puissances et par une pompe à huile pour les compresseurs plus importants. Le type d'huile utilisé dépend du type de fluide frigorigène utilisé dans l'installation et des températures de fonctionnement ainsi que des préconisations du constructeur du compresseur. On voit aussi sur la figure 1 un capteur de température d'huile, qui mesure la température de l'huile. Si l'huile est trop froide, il est impossible d'éviter la migration de fluide frigorigène dans l'huile. Au démarrage du compresseur le fluide frigorigène mélangé à l'huile est injecté par la pompe à huile dans les paliers du compresseur. Le fluide frigorigène étant un dégraissant le compresseur grippe rapidement.
Pour éviter ce problème, une résistance de carter est mise sous tension de façon à maintenir la température suffisamment élevée. Si la température est suffisante, cette tension peut être coupée de façon à réaliser des économies d'énergie. Les moyens de contrôle mettent la résistance de carter sous tension ou non, en fonction de la température de l'huile et de la température souhaitée que le microcontrôleur détermine à partir du type de gaz, du type d'huile et de la basse pression. Tant que la concentration en fluide frigorigène dans l'huile n'est pas acceptable, le microcontrôleur interdit le démarrage du compresseur et continue à chauffer l'huile.
[0042] La figure 3 représente les courbes des caractéristiques d'une huile de lubrification et d'un fluide frigorigène. Ces courbes sont enregistrées dans le microcontrôleur, sous forme de tables, ou de courbes paramétriques.
Le microcontrôleur peut alors déterminer, sur base de la température de l'huile, et de la pression à l'aspiration #asp, la teneur en fluide frigorigène qui s'est dissoute dans l'huile. Par exemple, pour une température de 30 C, est sous une pression de 5 bar, on relève que le fluide frigorigène R22 se dissout dans l'huile Suniso 4GS, jusqu'à une teneur de 10%. Le microcontrôleur peut alors déterminer, pour cette même température de 30 C, sur la courbe 10% de fluide frigorigène dans l'huile , que la viscosité cinématique de cette huile est de 30 cSt.
Pour éviter des défauts de lubrification, le microcontrôleur signale
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une alarme et interdit le démarrage du compresseur quand la viscosité est inférieure à une valeur déterminée, généralement spécifiée par le constructeur du compresseur.
[0043] Pour prolonger la durée de vie d'un compresseur, il faut éviter qu'il ne démarre plus de six fois par heure. Dans le dispositif selon l'invention, le microcontrôleur détecte le démarrage du compresseur grâce au capteur d'intensité, et sont reliés à une horloge, ce qui permet de réaliser cette fonction.
[0044] En général, l'utilisateur d'une machine frigorifique ne se trouve pas en permanence à proximité de son installation. Il est donc intéressant de connaître l'état actuel du compresseur et les éventuelles alarmes correspondantes, mais également l'état passé. C'est pourquoi le dispositif selon l'invention comprend une mémoire, dans laquelle le microcontrôleur peut enregistrer les informations relatives à l'état et aux alarmes du compresseur.
[0045] Les informations mémorisées comprennent les températures et pressions mesurées, les températures et viscosité calculées, les alarmes signalées. Dans cet exemple, les informations sont enregistrées toutes les 30 secondes, et la mémoire est de capacité suffisante pour mémoriser les informations correspondant à une durée d'un mois.
[0046] Le dispositif selon l'invention comprend également des moyens de communication, permettant aux microcontrôleur d'échanger avec un utilisateur des informations sur l'état et les alarmes actuelles et passées du compresseur. Ces moyens de communication permettent aussi à l'utilisateur de donner des instructions et des paramètres aux microcontrôleur, par exemple le type de fluide frigorigène, le type d'huile, les valeurs limites correspondant à chaque alarme, etc.. Ces moyens de communication peuvent comprendre un réseau local filaire ou sans fil.
[0047] Chacune des alarmes peut donner lieu à l'affichage d'un message, à un enregistrement, une interdiction de démarrage du compresseur ou un arrêt de celui-ci s'il est en marche, éventuellement après l'écoulement d'un certain délai ou la réalisation d'autres conditions. Les alarmes peuvent être signalées aux opérateurs de maintenance par l'allumage de diodes
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électroluminescentes sur une face du boîtier 5, ou, lorsque le dispositif est relié à un réseau, à un panneau ou écran d'affichage central.
[0048] La figure 4 représente une machine équipée de plusieurs compresseurs. Une telle machine s'appelle centrale frigorifique. Le but d'une centrale frigorifique est de maintenir une pression basse ou une pression haute constante, en fonction de la variation de charge de l'installation. Cette variation de charge est due à l'arrêt du froid sur un poste quand celui-ci est arrêté ou quand celui-ci a atteint la température désirée.
[0049] Dans la centrale frigorifique, chaque compresseur est équipé d'un dispositif selon l'invention 5, comprenant donc un capteur de pression basse et/ou haute. Le microcontrôleur d'un compresseur décide si le compresseur qu'il commande doit être démarré ou arrêté en fonction de la pression basse ou haute mesurée, d'une pression de consigne et de l'état des autres compresseurs avec lesquels il peut communiquer grâce aux moyens de communications 30 filaire ou sans fil (par onde radio). Ils prennent évidemment aussi en compte les alarmes générées.
[0050] Chaque dispositif prend sa décision indépendamment des autres, ce qui présente comme avantage un équilibrage statistique des temps de fonctionnement de chaque compresseur, et l'absence d'une unité centrale dont un défaut serait néfaste à l'ensemble des compresseurs.
[0051] Le dispositif suivant l'invention fournit donc un organe de sécurité simple et facile à mettre en #uvre pour éviter les conditions pouvant provoquer des pannes de compresseur. Il permet également de réguler une centrale frigorifique, sans devoir recourir à un organe de contrôle centralisé.
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FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to refrigerating machines, and more particularly to compressors present in refrigerating machines.
The present invention relates in particular to a safety device, control and management for compressor refrigeration machine.
BACKGROUND [0003] In refrigerating machines, one or more compressors are used to compress a refrigerant. This type of installation is well known in the state of the art. These compressors are used singly or in groups of several compressors connected in parallel to form a refrigeration unit. Their function is to compress the refrigerant coming in gaseous form from an evaporator, and to restore it under high pressure to a condenser. They are used for long periods, unattended, and must respond to variable load constraints, resulting from the conditions of use of the fridges or warehouses in which they are used, random weather conditions, and potential defects in the circuit to which they are exposed. they are connected.
Many external causes can therefore be the source of operating problems that can lead to compressor failures. The causes and conditions under which a defect has occurred are not always
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easy to determine, which can lead to liability issues, especially during the year of installation warranty.
[0004] The lubrication of a compressor can be done by bubbling or with the aid of an oil pump. When the compressor stops, if the oil is too cold, the refrigerant dissolves in the oil and can even condense.
The liquid refrigerant having a higher density than the oil, it then collects in the bottom of the compressor housing. When the compressor is restarted, the oil pump circulates an oil filled with refrigerant, or even condensed pure refrigerant. The refrigerant being a degreaser, the compressor deteriorates and flu quickly. In addition, if the compressor starts when condensed refrigerant has collected in the bottom of the crankcase, the following phenomenon may occur: the action of the compressor decreases the pressure in the crankcase of the compressor. Under the effect of this decrease in pressure, the refrigerant evaporates in the form of bubbles and passes through the layer of oil that covers it.
This evaporation can occur abruptly, and cause an emulsion oil / vapor droplets of the refrigerant. This emulsion occupies the volume of the housing, and is ultimately driven by the compressor to the discharge, causing a large amount of oil in the refrigerant circuit.
This phenomenon is known as the mayonnaise effect.
When the temperature of the oil is too high, its viscosity is reduced, thus reducing its lubrication properties. Seizure or premature wear of the compressor may result.
Sometimes it happens that the refrigerant does not evaporate properly in the evaporator, and returns to the compressor as a liquid. This phenomenon, called a liquid blow, is an important cause of compressor breakage. It can occur when an expansion valve is improperly adjusted or blocked in the open position or during a malfunction of the evaporator.
[0007] On the contrary, the refrigerant returns to the compressor in the form of superheated steam, which can cause the compressor oil to overheat and cause the problems mentioned above.
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above. This phenomenon is known as heavy overheating by refrigeration specialists.
Other problems that can occur on this type of machines are: refrigerant leakage, bad cooling of the condenser, etc.
[0009] The problems mentioned above can generally be detected by a technician using temperature, pressure, oil level, etc. measurements.
State of the art [0010] There are problems mentioned above that for the proper functioning of a refrigeration plant, it is necessary to control the operation of the compressor, according to measurements such as temperatures, pressures, oil level. etc. These measurements determine whether the compressor can be started or stopped.
Among the safeties used in the traditional way include low pressure switches, connected to the compressor housing.
These pressure switches are set once and for all during installation, and do not allow intelligent control of an installation.
[0012] In the traditional way, sensors are installed on a refrigeration installation, and they are connected to a control panel. This control panel includes many electrical and electronic elements. It is usually assembled on site, which represents a workload and a source of errors. In addition, this control panel being installed at a distance from the compressor or compressors, it requires many electrical and hydraulic connections. These many disjoint elements are not designed to collaborate with each other and ensure optimization of the operation of the compressor.
It is known from EP 0 907 058 A2 a control device for compressor refrigeration machine. This device comprises an electronic circuit in a housing that can be installed on the compressor. In this device, high and low oil pressure alarms stop the compressor. According to this invention, the electronic circuit comprises a
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timer which functions to delay the restart of the compressor after the return to normal of the oil pressure. During this period, the oil stabilizes, and any refrigerant present in the oil separates. A user can communicate with the device using a hand-held device. However, this device does not include any means for measuring pressure, which renders it incapable of detecting the defects mentioned above.
Also known is a control device for refrigeration machine compressor of US 5 901 559. This device describes an oil level controller, adapted to admit in the housing of a compressor the oil collected in a tank . According to this document, a first delay is provided during the detection of the low oil level, before the admission of oil. A second timer is also provided to maintain the oil intake for a period of time after the oil level has returned above the low threshold. This document also mentions the possibility of measuring other parameters (see input device 98 in FIGS. 2 and 5, as well as in the text, column 2, lines 54 to 62, and column 5, lines 38 to 59).
However, only the problem of controlling the oil level in the compressor housing is discussed in this document, the use of other parameters being mentioned only very generally.
These known devices do not solve all the aforementioned problems, which affects the life of the compressor. In particular, the principle of control of these devices is based on the assumption that the compressor is in a proper operating state after a certain period of time has elapsed, without there actually being a measurement of this state.
OBJECTS OF THE INVENTION [0016] The present invention aims at providing a safety device for a refrigerating machine compressor, making it possible to extend the life of the compressor.
In particular, the present invention aims to provide a device that detects problems that may damage the compressor, and that takes the necessary measures for its backup.
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The present invention also aims to provide a device for performing the control of a refrigeration plant.
SUMMARY OF THE INVENTION [0019] The present invention relates to a safety and control device for a refrigerating machine compressor, placed on the compressor housing, comprising a programmable electronic control means capable of stopping the operation and / or prohibiting the start of the compressor, and a sensor of the suction pressure of the compressor #asp, this sensor being connected to the programmable electronic control means.
Preferably, the safety device further comprises a temperature sensor at the suction of the Tasp compressor, and the control means is capable of calculating the temperature Tsat that would have the refrigerant at the point of the curve of saturated steam corresponding to the suction pressure of the compressor #asp, and to stop and / or prevent the start of the compressor if this temperature Tasp differs from more than a threshold value of the calculated temperature Tsat.
In this device, the programmable electronic control means may comprise means adapted to receive parameters A1 and B1, and for calculating the temperature Tsat as a function of the pressure pasp by means of the relation
Tsat = (B1 / (A1-Ln (pasp + 1)) - 273 said parameters being chosen according to the refrigerant used in the refrigerating machine.
The device may advantageously comprise a sensor of the oil temperature in the Thulie compressor, and the programmable electronic control means comprise means adapted to receive the characteristics of the oil and the refrigerant used, and to be determined. the concentration of refrigerant in the oil and the kinematic viscosity of the oil, depending on the oil temperature in the compressor, Thune, and the suction pressure of the compressor, pasp, and to stop and / or prohibit
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starting the compressor if this viscosity is below a predetermined threshold.
In a preferred embodiment of the invention, the programmable electronic control means comprises means capable of stopping the operation and / or prohibiting the start of the compressor when the suction pressure of the compressor pasp is less than a predetermined threshold. .
In another preferred embodiment of the invention, the device comprises a sensor of the discharge pressure of the compressor #HP and this sensor is connected to the programmable electronic control means so as to stop the operation and / or prohibit start of the compressor when the discharge pressure of the compressor #HP is greater than a predetermined threshold.
The pressure sensors are preferably thick-layer ceramic sensors, or piezoresistive sensors.
The programmable electronic control means preferably comprises a microprocessor.
The programmable electronic control means may also include storage means and / or communication means.
The programmable electronic control means may favorably be able to activate local and / or remote signaling means.
In a preferred embodiment of the invention, the device is designed for use in a refrigeration plant, wherein each compressor comprises a device according to the invention, these devices being interconnected. The programmable electronic control means of one of the compressors determines, according to a set value, a measured or calculated parameter, whether to start the compressor they control, taking into account the measurements of the sensors, the stored information and those communicated by at least one other similar device installed on another compressor.
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BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [0030] FIG. 1 represents a refrigeration plant of the state of the art comprising a compressor provided with a device according to the invention.
FIG. 2 represents the pressure-enthalpy diagram representative of the thermodynamic cycle traversed by a refrigerant in the installation of FIG. 1.
Figure 3 shows the curves of the characteristics of a lubricating oil and a refrigerant.
FIG. 4 represents a group of compressors for operation in a refrigeration plant, each compressor being provided with a device according to the invention, these devices being connected to each other by means of a network.
DETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION [0034] As illustrated in a simplified manner in FIG. 1, a refrigerating installation comprises: a compressor 1 which compresses a refrigerant in the gas phase, by increasing its temperature; a condenser 2 which, cooled by a cold source such as outside air or water, reduces the temperature and condenses the refrigerant; a reservoir in which the liquid refrigerant is stored (not shown); an expander 3; and an evaporator 4 in which the refrigerant passes from the liquid phase to the vapor phase by collecting calories in its environment.
The evaporator 4 thus allows the production of cold in a cold room, a refrigerated cabinet or can also cool a liquid in a heat exchanger.
The safety device according to the invention comprises a housing 5 which is fixed to the compressor casing 1, preferably to
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the intended location for the oil level indicator. A piezoresistive pressure sensor 6 inside the housing 5 is in contact with the pressure in the compressor housing and transmits an analog signal to the microcontroller 7 (not shown in Fig. 1). A temperature sensor 8, for example a heat resistance, is immersed in the oil 9 contained in the bottom of the compressor housing 1, and also transmits a value to the microcontroller 7. A second pressure sensor 10, also piezoresistive, is installed in the housing 5 and is connected by a tube 11 to the discharge of the compressor 1.
Finally, a temperature sensor measures the Tasp temperature at the suction of the compressor. All these sensors are either integrated in the housing 5 or are directly connected thereto by a cable or a short tube 11. The compressor 1 with its safety device forms a compact assembly, easy to mount and test at the factory.
In the use of the device according to the invention, the joint use of an analog pressure transmitter and a microcontroller allows to vary the thresholds and the times of tripping and engagement of the compressor. If this pressure becomes too low, for example in the event of a refrigerant leak, an incorrect adjustment or the closing of a valve, the compressor is stopped and an alarm is signaled. We therefore have a flexibility of use that it was not possible to obtain with conventional pressure switches. The use of a pressure sensor has, compared with the use of a pressure switch, the advantage of giving a real measurement of the pressure, not presenting the inaccuracies that can be had with a mechanical pressure switch.
[0038] Figure 2 illustrates the pressure-enthalpy diagram of a refrigerant. In this diagram, the fluid is in liquid form in zone A, in gaseous form in zone C. The liquid and gaseous phases coexist in zone B. The portion 20 of the phase change curve is the saturated vapor curve . Point 1 is representative of the suction of the compressor. Segment 1-2 represents compression, segment 2-3 represents condensation. Segment 3-4 represents expansion in the expander, and segment 4-1 evaporation. Under optimal operating conditions, all the fluid is vaporized at the end of the course in
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the evaporator.
The problems mentioned above, namely liquid blow and significant overheating result in a representative point of the fluid at the compressor inlet not at point 1 of the diagram, but at a point to the left for the liquid blow ( all the fluid is not evaporated), or to the right of it for significant overheating (the gas has been reheated in the evaporator beyond normal). These two problems are solved by the device of the invention as follows: The microcontroller calculates the temperature that should have the fluid at point 1 of the saturated vapor curve corresponding to the pressure measured at the suction.
The portion 20 of the curve can be approximated by the pressure-temperature relation, of the form Tsat = (B1 / (A1-Ln (pasp + 1)). The parameters A1 and B1 are determined for the refrigerant used, and The Tasp temperature, measured by the sensor 12, is compared to the value it should have if the operating point was the point 1, ie Tsat. If this difference is greater than a threshold, the compressor is stopped.The threshold can be between 5 and 20, for example 10. If instead, Tasp is greater than Tsat, there is a significant overheating, which may overheat the oil, so stop the compressor if this difference is greater than a threshold.
This second threshold may also be between 5 and 20, for example 10.
The device according to the invention may also comprise a high pressure sensor 10 pHp, connected by a hose 11 to the high pressure part of the cylinder head of the compressor. If the pressure is too high, the main cause of which is poor cooling of the condenser (fan out of service, dirty battery or lack of water for water condensers), the microcontroller reports a high pressure alarm. An intensity sensor measures the intensity of the compressor motor. If this intensity deviates too much from a nominal value, the microcontroller signals an intensity alarm. This prevents the
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Compressor does operate under abnormal and harmful intensity conditions.
Oil contained in the compressor housing ensures good lubrication of moving parts. The lubrication can be provided by bubbling for small powers and by an oil pump for larger compressors. The type of oil used depends on the type of refrigerant used in the installation and the operating temperatures as well as the recommendations of the compressor manufacturer. Also shown in Figure 1 an oil temperature sensor, which measures the temperature of the oil. If the oil is too cold, it is impossible to avoid the migration of refrigerant into the oil. At the start of the compressor the refrigerant mixed with the oil is injected by the oil pump into the bearings of the compressor. The refrigerant being a degreaser the compressor flu quickly.
To avoid this problem, a crankcase heater is energized to maintain the temperature sufficiently high. If the temperature is sufficient, this voltage can be cut off in order to save energy. The control means put the crankcase resistor under tension or not, depending on the temperature of the oil and the desired temperature that the microcontroller determines from the type of gas, the type of oil and the low pressure. As long as the concentration of refrigerant in the oil is not acceptable, the microcontroller prohibits the start of the compressor and continues to heat the oil.
Figure 3 shows the curves of the characteristics of a lubricating oil and a refrigerant. These curves are recorded in the microcontroller, in the form of tables, or parametric curves.
The microcontroller can then determine, based on the temperature of the oil, and the suction pressure #asp, the refrigerant content that has dissolved in the oil. For example, for a temperature of 30 C, is under a pressure of 5 bar, it is noted that the refrigerant R22 dissolves in oil Suniso 4GS, up to a content of 10%. The microcontroller can then determine, for the same temperature of 30 C, the 10% curve of refrigerant in the oil, that the kinematic viscosity of this oil is 30 cSt.
To avoid lubrication problems, the microcontroller signals
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an alarm and prohibits the start of the compressor when the viscosity is less than a determined value, generally specified by the compressor manufacturer.
To extend the life of a compressor, it must be avoided that it starts more than six times per hour. In the device according to the invention, the microcontroller detects the start of the compressor through the intensity sensor, and is connected to a clock, which allows this function to be performed.
In general, the user of a refrigerating machine is not permanently near his installation. It is therefore interesting to know the current state of the compressor and any corresponding alarms, but also the past state. This is why the device according to the invention comprises a memory, in which the microcontroller can record the information relating to the state and the alarms of the compressor.
The stored information includes measured temperatures and pressures, calculated temperatures and viscosity, alarms reported. In this example, the information is recorded every 30 seconds, and the memory is of sufficient capacity to store the information corresponding to a duration of one month.
The device according to the invention also comprises communication means, allowing the microcontroller to exchange with a user information on the current and past status and alarms of the compressor. These communication means also allow the user to give instructions and parameters to the microcontroller, for example the type of refrigerant, the type of oil, the limit values corresponding to each alarm, etc. These means of communication can understand a local wired or wireless network.
Each of the alarms may give rise to the display of a message, a recording, a compressor start prohibition or a stop of it if it is running, possibly after the flow of a certain delay or the fulfillment of other conditions. Alarms can be signaled to maintenance operators by diode lighting
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electroluminescent on one side of the housing 5, or, when the device is connected to a network, a panel or central display screen.
Figure 4 shows a machine equipped with several compressors. Such a machine is called refrigeration plant. The purpose of a refrigeration plant is to maintain a low pressure or a constant high pressure, depending on the load variation of the installation. This load variation is due to the cold stop on a station when it is stopped or when it has reached the desired temperature.
In the refrigeration unit, each compressor is equipped with a device according to the invention 5, thus comprising a low and / or high pressure sensor. The microcontroller of a compressor decides whether the compressor it controls should be started or stopped according to the measured low or high pressure, a set pressure and the state of the other compressors with which it can communicate thanks to wired or wireless communications means (radio wave). They obviously also take into account the generated alarms.
Each device makes its decision independently of the others, which has the advantage of a statistical balancing of the operating times of each compressor, and the absence of a central unit whose defect would be detrimental to all compressors.
The device according to the invention therefore provides a simple security organ and easy to implement to avoid conditions that can cause compressor failure. It also makes it possible to regulate a refrigeration unit, without having to resort to a centralized control organ.