EP0227504B1 - Procédé de protection d'une installation frigorifique contre les dépôts d'additifs dans le circuit du fluide caloporteur - Google Patents
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- EP0227504B1 EP0227504B1 EP19860402443 EP86402443A EP0227504B1 EP 0227504 B1 EP0227504 B1 EP 0227504B1 EP 19860402443 EP19860402443 EP 19860402443 EP 86402443 A EP86402443 A EP 86402443A EP 0227504 B1 EP0227504 B1 EP 0227504B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit
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- F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F25B49/005—Arrangement or mounting of control or safety devices of safety devices
Definitions
- the invention relates to a method for monitoring the proper functioning of freezers with a refrigerant circulation circuit, and more generally of refrigeration installations of this type, in order to protect them from damage caused by the blockage of the refrigerant circuits.
- the refrigerants currently used generally contain additives such as physical catalysts, or synthetic oils in dissolved form. These additives are generally intended to extend the life of the various elements of the refrigeration circuit. However, it turns out that these additives tend to gradually separate from the basic lubricating fluid, and to create deposits, especially in the evaporator coil. These deposits are first of all in the form of an insulating film on the internal walls of the coil. Then, the deposition layer gradually increases and causes an increasingly significant pressure drop in the refrigeration circuit, until it is completely closed.
- the means implemented to avoid damage to the refrigeration circuits consist in having pressure switches upstream or downstream of the compressor, which control the cut-off of the supply to the compressor, when the pressure decreases or increases respectively in the circuit.
- These devices make it possible to avoid damage to the compressor, but their operating principle, namely the detection of a pressure drop, intervenes relatively late in the process of evolution of the phenomenon of freezing of the additives, and these have already settled on a large layer in the evaporator coil when the pressure switches were triggered.
- the compressor has operated with insufficient lubrication and it is also necessary to clean the internal walls of the coil to restart the refrigeration circuit.
- a central monitoring and protection of a refrigeration installation comprising a temperature sensor of the refrigerated enclosure, a temperature sensor of the air located around the evaporator and a sensor for opening the access door, said sensors being connected to a data processing unit itself linked to alarm and protection means.
- the invention aims to detect the phenomenon of deposition of additives at a much earlier stage.
- the invention is based on the fact that it is much more judicious to monitor the temperature of the evaporator coil very closely, rather than the pressure of the refrigeration circuit. Indeed, from the start of the formation of an insulating film on the interior walls of the coil, the heat exchange occurs much worse.
- the current means of automating the monitoring of information coming from a sensor by means of a microprocessor it has become possible to carry out this very close monitoring of the evolution of the temperature. . More precisely, a fine analysis is carried out by microprocessor of the value of the temperature of the refrigeration circuit, recorded by sensor almost continuously or at very short regular intervals, and it is thus possible to detect very quickly when the drift of the temperature becomes positive.
- the very close monitoring of temperature also has an advantage. Indeed, in some of their applications, freezers must operate at an extremely precise temperature. This is particularly true for cold storage of living cells. In this case, monitoring the temperature of the refrigeration circuit allows better anticipation of temperature variations in the heat-insulating enclosure.
- the temperature is sensed in the heat exchanger connecting the two circuits.
- each operation of the access door to the enclosure is captured, and a time delay is triggered. neutralization of the operation of the central monitoring station for a predetermined period of time after the last operation of the door in order to avoid the parasitic thermal influence of a load which would have been introduced into the enclosure.
- a central monitoring and protection for the refrigeration installation intended to implement the method of the invention comprises a sensor of the temperature of the refrigeration circuit, a sensor of the temperature of the refrigerated enclosure, and a sensor of opening the access door, said sensors being connected to a data processing unit for processing the information supplied by the sensors, said unit being in turn connected to monitoring and protection means.
- the central unit also comprises means for displaying the temperature values recorded.
- the control unit can also be combined with a unit for regulating the temperature of the enclosure.
- the double refrigeration circuit taken as an example to concretize the implementation of the method according to the invention consists of a primary circuit 1 of which the refrigerant passes successively a compressor 11, a condenser 12, a pressure reducer 13, a capillary 14, and an evaporator 15 whose output is connected to the compressor 11.
- the secondary circuit 2 mounted in cascade, is traversed by a refrigerant independent of that of the circuit 1, which passes successively through a compressor 21, a heat exchanger 22 consisting of an enclosure through which the coil of the evaporator 15 of the primary circuit 1, a regulator 23, a capillary 24, and an evaporator 25, the output of which is connected to the compressor 21.
- the temperature sensor 30 of the refrigeration circuit was placed in the heat exchanger 22. This very advantageously makes it possible to directly control the thermal evolution of the two primary circuits 1 and secondary 2 , since the temperature is taken at their crossing point.
- FIG. 1 It can also be seen in FIG. 1 that it is always possible to provide the pressure switch circuits so as to obtain redundant security.
- the primary circuit 1 has a high pressure safety pressure switch 16, communicating with the outlet of the compressor 11 through a capillary '17.
- the secondary circuit 2 is provided with two low pressure 26 and high pressure 27 pressure switches communicating respectively with the inlet and the outlet of the compressor 21 through two capillaries 28.
- the mounting of two pressure switches 26, 27 in the secondary circuit allows double detection of the possible blockage of the fluid circuit, either by increasing the pressure downstream of the compressor 21, or by decreasing the pressure upstream.
- each of the two circuits 1 and 2 may include a filling and measuring tap 19.29 respectively.
- the processing unit 40 comprises a microprocessor, operating in a known manner with a real-time clock 41, a RAM memory 42 and a ROM memory 43.
- the inputs of the processing unit consist on the one hand of the temperature information coming from the temperature sensors, and converted into an analog-digital converter 44, and of the digital inputs coming for example from the door opening sensor. of access to the heat-insulating enclosure of the refrigeration installation 45.
- At the output of the processing unit 40 there are, for example, two displays 46, 47, alarm and signaling outputs 48, as well as compressor cut-out control outputs 49, 50.
- the invention then consists in the processing unit interrogating continuously, or at regular intervals, the information 81 .
- This information is stored in memory, and compared over time so that you can see the direction of the temperature drift. In the case of normal operation, the temperature drift must be negative, that is to say that the values e 1 must decrease, or at least remain stable over time.
- the processing unit 40 activates its alarm and signaling outputs 48, as well as the control outputs 49 , 50.
- the alarm and protection means consist, for example, of lighting alarm lights, actuating an alarm, and also cutting off the power to the refrigeration circuit compressors.
- the monitoring and protection unit according to the invention is integrated into a conventional temperature regulation system.
- This regulatory system consists of enter a range of temperature values in the control unit within which the thermal insulation enclosure must be kept and constantly compare these set values with actual temperatures by acting on the compressor (s) of the refrigeration circuit to re-center the actual temperatures in the target range.
- the set values are for example entered from the keys of a keyboard 51, and one of the temperature inputs 0 2 corresponds to a sensor located in the enclosure, for example near the evaporator.
- the displays 46 and 47 can be used to display the values 9 1 and 0 2, or even the set temperature values.
- the alarm is only triggered when the positive temperature drift 9 1 of the refrigeration circuit occurs when the temperature 0 2 of the enclosure is outside, and more precisely above the set temperature. In fact, the alarm should not be triggered when the temperature of the refrigeration circuit normally increases due to the play in the cut-out of the compressors because the temperature 0 2 of the refrigeration chamber is near the low value of the set point range, under the control of the regulator.
- the door opening sensor 45 controls, for example, the neutralization, for a predetermined time after opening, of the operation of the alarms and of the controls.
- the information 45 on the opening of the door can be linked directly to an indicator and constitute a security for the verification of correct closure.
- the central unit according to the invention also makes it possible, if necessary, to memorize very precisely the evolution of the temperatures recorded, even if they have not given rise to an alarm, so as to be able to follow the variations over a relatively long period of time.
- a preferred embodiment of the invention relates to a cascade refrigeration circuit.
- These circuits have the advantage of making it possible to reach very low temperatures.
- the method of the invention can also be used for installations using demixing cycles. This type of installation makes it possible to reach lower temperatures, or at least equivalent to those of waterfalls. They use only one compressor, with mixtures of refrigerants, such as "Freon” @, whose physical states are different depending on temperatures and pressures. Consequently, it is entirely possible to mount the temperature sensors in the circuit of such an installation, in order to monitor its behavior and detect potential faults.
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Description
- L'invention concerne un procédé permettant de surveiller le bon fonctionnement des congélateurs à circuit de circulation de fluide frigorifique, et plus généralement des installations frigorifiques de ce type, afin de les protéger contre les dégâts provoqués par l'obturation des circuits de fluide frigorifique.
- On sait que les installations frigorifiques utilisant des circuits de circulation de fluide frigorifique, comme par exemple le "Fréon"@, présentent un certain nombre de risques d'accidents inhérents à cette technologie particulière.
- Parmi ces risques, l'un de ceux qui a les répercutions les plus importantes est le figement de l'huile de lubrification des compresseurs frigorifiques. En effet, les fluides frigorifiques employés actuellement contiennent généralement des additifs tels que des catalyseurs physiques, ou des huiles de synthèse sous forme dissoute. Ces additifs ont généralement pour objet de prolonger la durée de vie des différents éléments du circuit frigorifique. Toutefois, il s'avère que ces additifs ont tendance à se séparer progressivement du fluide lubrifique de base, et à créer des dépôts, notamment dans le serpentin de l'évaporateur. Ces dépôts se présentent tout d'abord sous la forme de film isolant sur les parois internes du serpentin. Puis, la couche de dépôt s'accroît progressivement et provoque une perte de charge de plus en plus importante dans le circuit frigorifique, jusqu'à son obturation complète.
- Il est clair que ce phénomène diminue tout d'abord progressivement l'efficacité de l'absorption calorifique de l'évaporateur, puis risque de provoquer la destruction du compresseur du circuit frigorifique en empêchant la circulation du fluide.
- Jusqu'à présent, les moyens mis en oeuvre pour éviter l'endommagement des circuits frigorifiques consistent à disposer des pressostats en amont ou en aval du compresseur, qui commandent la coupure de l'alimentation du compresseur, lorsque la pression décroît ou croît respectivement dans le circuit. Ces dispositifs permettent effectivement d'éviter l'endommagement du compresseur, mais leur principe de fonctionnement, à savoir la détection d'une perte de charge, intervient relativement tard dans le processus d'évolution du phénomène de figement des additifs, et ceux-ci se sont déjà déposés sur une couche importante dans le serpentin de l'évaporateur au moment du déclenchement des pressostats. Entretemps, le compresseur a fonctionné avec une lubrification insuffisante et il faut en outre nettoyer les parois internes du serpentin pour remettre en route le circuit frigorifique.
- On connaît en outre, d'après la demande de brevet internationale WO 85/03995, une centrale de surveillance et de protection d'une installation frigorifique comprenant un capteur de la température de l'enceinte réfrigérée, un capteur de la température de l'air situé autour de l'évaporateur et un capteur d'ouverture de la porte d'accès, lesdits capteurs étant connectés à une unité de traitement des données elle-même liée à des moyens d'alarme et de protection.
- Pour pallier cet inconvénient du dispositif de l'art de la technique, l'invention a pour but de détecter le phénomène de dépôt des additifs à un stade beaucoup plus précoce.
- A cet effet, l'invention repose sur le fait qu'il est beaucoup plus judicieux de surveiller très étroitement la température du serpentin de l'évaporateur, plutôt que la pression du circuit frigorifique. En effet, dès le début de la formation d'un film isolant sur les parois intérieures du serpentin, l'échange de chaleur se produit beaucoup plus mal. Or, grâce aux moyens actuels d'automatisation de la surveillance de l'information en provenance d'un capteur par l'intermédiaire d'un micro-processeur, il est devenu possible de réaliser cette surveillance très étroite de l'évolution de la température. Plus précisément, on réalise par micro-processeur l'analyse fine de la valeur de la température du circuit frigorifique,relevée par capteur de manière quasi-continue ou encore à intervalles réguliers très courts, et on peut ainsi détecter très rapidement lorsque la dérive de la température devient positive.
- Le suivi très étroit de la température a en outre un avantage. En effet, dans certaines de leurs applications, les congélateurs doivent fonctionner à une température extrêmement précise. Ceci est notamment vrai pour la conservation par le froid de cellules vivantes. Dans ce cas, la surveillance de la température du circuit frigorifique permet une meilleure anticipation des variations de température de l'enceinte thermo-isolante.
- A cet effet, l'invention concerne un procédé de surveillance et de protection d'une installation frigorifique, notamment contre les dépôts d'additifs contenus dans le fluide frigorifique, du type constitué d'une enceinte thermo-isolante munie d'une porte d'accès, et réfrigérée par l'évaporateur d'un circuit simple ou double de circulation de fluide(s) frigorifique(s), installation frigorifique comprenant un capteur de la température de l'enceinte thermo-isolante, un capteur d'ouverture de la porte d'accès, ces capteurs étant connectés à une unité de traitement des données fournies par lesdits capteurs, ladite unité étant à son tour connectée à des moyens d'alarme et de protection, procédé caractérisé en ce qu':
- - on capte à intervalles réguliers et on mémorise la température du circuit frigorifique,
- - on compare ces informations dans le temps pour calculer le sens de la dérive de la température,
- - on active les moyens d'alarme et de protection lorsque la dérive de la température du circuit frigorifique est positive, et que la température de l'enceinte thermo-isolante se situe hors d'une fourchette de consigne.
- Dans le mode de réalisation particulier de l'invention, dans lequel la chaîne de réfrigération est un double circuit constitué de deux circuits frigorifiques montés en cascades, on capte la température dans l'échangeur de chaleur reliant les deux circuits.
- Selon une autre caractéristique de l'invention, on capte chaque manoeuvre de la porte d'accès de l'enceinte, et on déclenche une temporisation de neutralisation du fonctionnement de la centrale de surveillance pendant un laps de temps prédéterminé après la dernière manoeuvre de la porte afin d'éviter l'influence thermique parasite d'une charge qui aurait été introduite dans l'enceinte.
- Une centrale de surveillance et de protection pour l'installation frigorifique destinée à mettre en oeuvre le procédé de l'invention comprend un capteur de la température du circuit de réfrigération, un capteur de la température de l'enceinte réfrigérée, et un capteur d'ouverture de la porte d'accès, lesdits capteurs étant connectés à une unité de traitement de données pour traiter les informations fournies par les capteurs, ladite unité étant à son tour connectée à des moyens de surveillance et de protection.
- Selon un mode de réalisation préférentiel de la centrale selon l'invention, elle comprend également des moyens d'affichage des valeurs de température relevées.
- La centrale peut également être combinée avec une unité de régulation de la température de l'enceinte.
- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention donné à titre illustratif, ainsi que des dessins joints dans lesquels :
- - la fig. 1 représente le schéma de principe d'un double circuit frigorifique en cascade auquel s'applique le procédé selon l'invention,
- - la fig. 2 représente le schéma bloc d'une centrale de surveillance et de protection pour l'installation frigorifique selon l'invention.
- Si l'on se réfère à la figure 1, on note que le double circuit frigorifique pris à titre d'exemple pour concrétiser la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est constitué d'un circuit primaire 1 dont le fluide frigorifique traverse successivement un compresseur 11, un condenseur 12, un détendeur 13, un capillaire 14, et un évaporateur 15 dont la sortie est reliée au compresseur 11.
- Le circuit secondaire 2 monté en cascade, est parcouru par un fluide frigorifique indépendant de celui du circuit 1, qui transite successivement à travers un compresseur 21, un échangeur de chaleur 22 constitué d'une enceinte traversée par le serpentin de l'évaporateur 15 du circuit primaire 1, un détendeur 23, un capillaire 24, et un évaporateur 25, dont la sortie est reliée au compresseur 21.
- Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on a placé le capteur de température 30 du circuit frigorifique dans l'échangeur de chaleur 22. Ceci permet très avantageusement de contrôler directement l'évolution thermique des deux circuits primaire 1 et secondaire 2, puisque la température est prise à leur point de croisement.
- On constate également sur la figure 1 qu'il est toujours possible de munir les circuits de pressostats de façon à obtenir une sécurité redondante.
- A cet effet, le circuit primaire 1 présente un pressostat haute pression de sécurité 16, communiquant avec la sortie du compresseur 11 à travers un capillaire'17. De la même manière le circuit secondaire 2 est muni de deux pressostats basse pression 26 et haute pression 27 communiquant respectivement avec l'entrée et la sortie du compresseur 21 à travers deux capillaires 28. Le montage de deux pressostats 26,27 dans le circuit secondaire permet le détecter doublement l'obturation éventuelle du circuit du fluide, soit par augmentation de la pression en aval du compresseur 21, soit par diminution de la pression en amont.
- Enfin, chacun des deux circuits 1 et 2 peut comporter une prise de remplissage et de mesure 19,29 respectivement.
- En figure 2, on a représenté un mode de réalisation perfectionné de la centrale de surveillance et de protection selon l'invention, à titre purement illustratif.
- L'unité de traitement 40 comprend un micro-processeur, fonctionnant de manière connue avec une horloge en temps réel 41, une mémoire RAM 42 et une mémoire ROM 43.
- Les entrées de l'unité de traitement sont constituées d'une part des informations de température en provenance des capteurs de température, et converties dans un convertisseur analogique-numérique 44, et des entrées digitales provenant par exemple du capteur d'ouverture de la porte d'accès de l'enceinte thermo-isolante de l'installation frigorifique 45.
- En sortie de l'unité de traitement 40, on trouve par exemple deux afficheurs 46,47, des sorties d'alarme et de signalisation 48, ainsi que des sorties de commande de coupure des compresseurs 49,50.
- L'invention consiste alors pour l'unité de traitement d'interroger en continu, ou à intervalle régulier, l'information 81. Ces informations sont stockées en mémoire, et comparées dans le temps de façon à pouvoir constater le sens de la dérive de la température. Dans le cas de fonctionnement normal, la dérive de la température doit être négative, c'est-à-dire que les valeurs e 1 doivent décroître, ou tout au moins rester stables dans le temps.
- Dans le cas contraire, si la dérive de la température est positive, celà signifie que le circuit frigorifique est en train de se réchauffer. Ce signe est alors une indication très nette qu'un film isolant est en train de se former dans le serpentin de l'évaporateur 25 de la figure 1, avec le risque de lubrification insuffisante des compresseurs, d'échange thermique insuffisant, et à terme ,d'obturation du circuit frigorifique.
- Lorsque la tendance à l'augmentation de température est confirmée par une série de mesures successives, et ce avec une progression suffisament caractéristique, l'unité de traitement 40 active ses sorties 48 d'alarme et de signalisation, ainsi que les sorties de commande 49,50.
- Les moyens d'alarme et de protection consistent par exemple à allumer des voyants d'alarme, à actionner un avertisseur, et également à couper l'alimentation des compresseurs du circuit frigorifique.
- On note également en figure 2 que la centrale de surveillance et de protection selon l'invention est intégrée à un système de régulation de température classique. Ce système de régulation consiste à entrer dans la centrale une fourchette de valeurs de température dans laquelle doit se maintenir l'enceinte thermo-isolante et à comparer en permanence ces valeurs de consigne avec les températures réelles en agissant sur le ou les compresseurs du circuit frigorifique pour recentrer les températures réelles dans la fourchette de consigne.
- Dans ce cas, les valeurs de consigne sont par exemple rentrées à partir des touches d'un clavier 51, et l'une des entrées de température 02 correspond à un capteur situé dans l'enceinte, par exemple à proximité de l'évaporateur. Les afficheurs 46 et 47 peuvent servir à afficher les valeurs 91 et 02, ou encore les valeurs de température de consigne.
- L'alarme n'est déclenchée que lorsque la dérive positive de température 91 du circuit frigorifique intervient lorsque la température 02 de l'enceinte est en dehors, et plus précisément au-dessus de la température de consigne. En effet, il convient de ne pas déclencher l'alarme lorsque la température de circuit frigorifique augmente normalement par le jeu de la coupure des compresseurs du fait que la température 02 de l'enceinte frigorifique se trouve à proximité de la valeur basse de la fourchette de consigne, sous la commande du régulateur.
- Pour la réalisation de l'invention, il faut également prendre en compte les perturbations qui peuvent être apportées par l'ouverture de la porte de l'enceinte thermo-isolante, et éventuellement par l'introduction d'une nouvelle charge thermique à l'intérieur de l'enceinte. Pour ce faire, le capteur 45 d'ouverture de la porte commande par exemple la neutralisation, pendant un temps prédéterminé après l'ouverture,du fonctionnement des alarmes et des commandes.
- On peut noter en outre que l'information 45 sur l'ouverture de la porte peut être reliée directement à un voyant et constituer une sécurité pour la vérification de bonne fermeture.
- Enfin, la centrale selon l'invention permet également le cas échéant de mémoriser très exactement l'évolution des températures relevées, même si elles n'ont pas donné lieu à un déclenchement d'alarme, de façon à pouvoir en suivre les variations sur une période de temps relativement longue.
- La description précédente d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention concerne un circuit frigorifique en cascade. Ces circuits présentent l'avantage de permettre d'atteindre des températures très basses. Toutefois, le procédé l'invention peut également être utilisé pour des installations mettant en oeuvre des cycles à démixion. Ce type d'installation permet d'atteindre des températures inférieures, ou au moins équivalentes à celles des cascades. Elles n'utilisent qu'un seul compresseur, avec des mélanges de fluides frigorifiques, tels que le "Fréon"@, dont les états physiques sont différents selon les températures et les pressions. En conséquence, il est tout à fait possible de monter les capteurs de température dans le circuit d'une telle installation, pour en surveiller le comportement et en détecter les pannes potentielles.
- On constate donc que le procédé décrit ci-dessus de surveillance et de protection d'une installation frigorifique à fluide caloporteur, et la centrale associée, permet de détecter très efficacement les prémisses d'une panne de ce type d'installation. On a mentionné que le figement de l'huile de lubrification des compresseurs frigorifiques est l'une des causes de panne les plus importante. Mais d'autres anomalies sont également détectables, préalablement au déclenchement d'une alarme classique, telles que :
- - les anomalies apparaissant sur le ou les compresseurs frigorifiques;
- - les fuites de fluide caloporteur dans le ou les circuits frigorifiques;
- - le cas où la porte est laissée ouverte ou entre- baillée, notamment pendant une période de temps supérieure à celle de la temporisation de neutralisation du fonctionnement de la centrale de surveillance après la dernière manoeuvre de la porte.
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