EP2976133A1 - Dispositif de securite pour vehicule comportant un systeme de climatisation renfermant un fluide refrigerant inflammable et procede de prevention de risques d'inflammation du fluide refrigerant - Google Patents

Dispositif de securite pour vehicule comportant un systeme de climatisation renfermant un fluide refrigerant inflammable et procede de prevention de risques d'inflammation du fluide refrigerant

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Publication number
EP2976133A1
EP2976133A1 EP14711825.1A EP14711825A EP2976133A1 EP 2976133 A1 EP2976133 A1 EP 2976133A1 EP 14711825 A EP14711825 A EP 14711825A EP 2976133 A1 EP2976133 A1 EP 2976133A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air conditioning
refrigerant
conditioning circuit
detection means
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14711825.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
David Andre
Philippe Bonnet
Christophe Maldeme
Wissam Rached
Laurent Wendlinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Arkema France SA
Original Assignee
Arkema France SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Arkema France SA filed Critical Arkema France SA
Publication of EP2976133A1 publication Critical patent/EP2976133A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/07—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in vehicles, e.g. in road vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a safety device for a vehicle comprising an air conditioning system containing a flammable refrigerant fluid and a method for preventing risks of refrigerant fl uid by a leakage of said fluid that may occur in the event of an accident.
  • ODP ozone depletion potential
  • HFCs hydrofluorocarbons
  • HFC-134a hydrofluorocarbon (1, 1, 1, 2 tetrafluoroethane: HFC-134a ), less harmful for the ozone layer.
  • CFC-12 chlorofluorocarbon
  • HFC-134a hydrofluorocarbon (1, 1, 1, 2 tetrafluoroethane: HFC-134a )
  • GWP 1300
  • the contribution to the greenhouse effect of a fluid is quantified by a criterion, the GWP (Global Warming Potentials) which summarizes the warming potential by taking a reference value of 1 for carbon dioxide.
  • Carbon dioxide being non-toxic, non-flammable and having a very low GWP, has been proposed as a refrigerant for air conditioning systems replacing HFC-134a.
  • the use of carbon dioxide has several disadvantages, particularly related to the very high pressure of its implementation as a refrigerant in existing devices and technologies.
  • a start of fire is possible when the refrigerant comes into contact with a surface at a very high temperature, generally greater than 500 ° C, in the presence of oxygen.
  • a surface at a very high temperature generally greater than 500 ° C
  • the outer walls of the pipes of the collector and / or the turbo injector in which the exhaust gas circulates after combustion at the engine outlet to go towards the exhaust are often very high temperature.
  • WO2012 / 097060 discloses a method of reducing flame spread by inserting a metal gate between the coolant source and the ignition source.
  • the document FR281 1231 discloses a fire safety device, connected to means for injecting a neutralizing agent, into the fuel system. This document prevents the risks associated with fuel leakage and the risk of fire or explosion, but does not prevent the risk of fire associated with the use of refrigerant.
  • EP 2455439 discloses refrigerant compositions comprising an ignition risk reducing agent present in the mixture containing the flammable refrigerant. Such mixtures, however, do not have the properties required and expected for an efficient refrigeration system.
  • Fluoropropenes especially certain tetrafluoropropenes, have recently been developed as a result of European regulations requiring the use of refrigerants with a GWP of less than 150 in automotive air conditioning.
  • 2,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO-1234yf), a very low-GWP refrigerant, was selected by the European Union for this use, replacing HFC-134a.
  • HFO-1234yf is a low-flammability refrigerant, there is always a need to limit the potential risk of fire starting in the event of refrigerant leakage, and in the event of an accident with violent shock in the compartment housing the engine. and / or the fuel tank.
  • the Applicant has discovered, after various experiments and manipulations, that the device according to the invention makes it possible to reduce the temperature of the surfaces, in particular the high temperature pipes, to extinguish possible flame and also to reduce the concentration. flammable refrigerant gas available for possible combustion resulting in a reduction in the flammability range.
  • the present invention relates to a refrigerant ignition prevention device, embedded in a vehicle, comprising a refrigerant leak detection means, and / or a fire detection means in contact with or integrated in the system.
  • automotive air conditioning comprising at least one evaporator, a compressor, a condenser, a pressure reducer and optionally a reservoir and / or a dehydrator.
  • the refrigerant is in the superheated vapor state at the compressor outlet, it then condenses completely in the condenser and is in the undercooled state in the circuit before the expander. After the expander, the refrigerant is in the two-phase state. It evaporates by passing through the evaporator to the superheated vapor state.
  • the device according to the invention comprises a refrigerant leak detection means in a car air conditioning circuit.
  • the means (s) for leak detection and / or fire can / may be connected (s) to a management member.
  • This means can be controlled by a management body.
  • the management member of the refrigerant leak detection and / or fire hazard may be provided with a means of triggering an action to prevent or stop the ignition of the refrigerant.
  • the management unit may contain a memory calculator capable of analyzing external data and reacting accordingly according to pre-programmed scenarios.
  • the management unit can be connected to an intersystem communication network.
  • An inter-system communication network can be connected to different computing devices or sensors such as, water temperature and / or oil, speed, acceleration / deceleration, ABS wheel lock,
  • the triggering means of the management member may be connected to the injection means of a neutralizing agent.
  • the injection of the neutralizing agent can be carried out at the high temperature surfaces of the vehicle.
  • a high temperature surface is a surface having a high temperature or very high, for example greater than 500 ° C. Such a risk of ignition temperature depends on the coolant used.
  • the injection is advantageously carried out by means of spraying the neutralizing agent, such as by nozzles or ramps of nozzles directed towards these said surfaces at high temperatures.
  • These injection means can be oriented for example under the hood, at the calender, under the chassis, in the air conditioning circuit, and / or anywhere in the vehicle with a risk of heating, spark or flame.
  • the injection means may be mechanical, electric or pneumatic.
  • the injection of the neutralizing agent can be carried out in the air conditioning circuit, preferably at the outlet of the condenser, at the compressor.
  • the means for triggering the injection of neutralizing agent may be an electronic actuator, mechanical or pneumatic. This actuator member may be triggered in response to an electronic stimulus, mechanical or pneumatic related to a risk of refrigerant leakage or a fire risk analyzed by the management body.
  • the injection of the neutralizing agent can be carried out by opening a non-flammable gas cartridge.
  • the expression gas cartridge has a broad meaning and also represents the terms capsule, cylinder, and also any pressure container capable of containing a gas.
  • any non-flammable gas available commercially is suitable for this application, such as carbon dioxide, water, inert gases such as nitrogen, helium, neon and argon; fluoroketones such as 1, 1, 1, 2,2,4,5,5,5-nonafluoro- 4- (trifluoromethyl) -3-pentanone (Novec 1230); non-flammable (hydro) halogenocarbons such as trichlorofluoromethane (CFC-1 1), dichlorodifluoromethane (CFC-12), bromotrifluoromethane (BFC-13B1), tetrafluoromethane, dichlorofluoromethane (HCFC-21), chlorodifluoromethane (HCFC-22 ), trifluoromethane (HFC-23), 1,1,2-trichloro-1,2,2-trifluoroethane (CFC-13), 1,2-dichloro-1,1,2,2-tetrafluoroethane (CFC-1) 14), 1-chloro
  • the injection products may be identical or different.
  • the amount of product contained in the cartridge is determined according to the refrigerant charge present in the air conditioning circuit and the effectiveness of the extinguishing agent.
  • a cartridge of 0.05 to 6 kg of extinguishing agent is compatible with an on-board use.
  • This or these cartridge (s) can / can be placed (s) closer or remote (s) of locations where the risk of flammability of the refrigerant is the most important (s), closest to areas to high temperature such as those of the engine block or injected directly into the refrigeration circuit at the outlet of the condenser, at the compressor.
  • the injection of the neutralizing agent can be carried out by means of redirecting the exhaust gases.
  • the exhaust gases are rich in carbon dioxide and water.
  • the exhaust gases can be reoriented by a device activated by a management member to the engine block or any high temperature surface with a risk of flammability of the refrigerant fluids.
  • the leak detection means are made by detecting the level of the coolant in the air conditioning circuit.
  • the detection of the liquid level can be carried out in all the volumes of the air conditioning circuit where there is an accumulation of coolant.
  • the detection of the level of the liquid is carried out in the reservoir.
  • the detection of the level of the liquid is carried out in the dehydrator.
  • the dehydrator or desiccant bottle ensures the refrigerant buffer reserve. Depending on the power of the air conditioning system and the operating conditions, this unit is sized to provide a variable flow, depending on the cold power required, at the inlet of the regulator. In the tank, the refrigerant is in the two-phase state between a liquid phase and a gas phase.
  • the tank acts as a dehydrator.
  • Different techniques for measuring the level of the liquid in the tank, in the dehydrator and / or in all the volumes of the air-conditioning circuit where there is an accumulation of coolant can be used such as by capacitive measurement, measured by means of a submerged diver with float in combination with a level sensor, hydrostatic or differential pressure measurement, ultrasonic or radar measurement.
  • m b mass of the liquid phase (charge of the liquid phase)
  • m b ° mass of the liquid phase at reference operating conditions (charge of the liquid phase)
  • the reference operating conditions may be by way of example: an evaporation temperature at the evaporator of 5 ° C; a condensation temperature at the condenser of 35 ° C; the vehicle is stationary and the air conditioning system is running.
  • the height of liquid in the bottle is thus inversely proportional to the density of the liquid phase in the bottle.
  • the height of the liquid is therefore directly proportional to the temperature in the bottle.
  • the mass of liquid refrigerant in the cylinder is calculated as a function of the total charge minus the refrigerant charge in each system component (evaporator, condenser, liquid line).
  • the calculation of the load in each component is a function of the geometric dimensions, the conditions of operation and the volumetric vacuum rate of refrigerant at each point in the system.
  • the volumetric void ratio can be defined as the ratio of the volume of the gas phase to the overall volume of the gas phase and the liquid phase.
  • the vacuum ratio can thus be calculated as a function of the vapor content (ratio of the number of moles of steam to the number of total moles) according to semi-empirical correlations.
  • the vapor titer can be calculated according to the temperatures and / or pressures through each exchanger.
  • the liquid level in the bottle is for example at a level h.
  • the loss of refrigerant has a direct impact on the level of liquid in the bottle.
  • the detection of refrigerant leakage contained in the air-conditioning system is therefore by variation in the time of the level, in relation to the operating conditions of the installation. Any level decrease is therefore detectable. This refrigerant level reduction information is then transmitted to the management unit.
  • the leak detection means are made by measuring the pressure or temperature variation in the air conditioning circuit.
  • the leak detection means are made by the detection of flammable product outside the air conditioning circuit.
  • flammable product sensors or refrigerants may be used such as electrochemical sensors or catalytic sensors.
  • IR infrared
  • UV ultraviolet
  • PID photoionization detector
  • the fire detection means is produced by a means for measuring the temperature.
  • the temperature measurement (s) can / can be performed at different locations and / or in the vicinity of the refrigeration circuit.
  • the temperature and / or pressure measurements may be part of the liquid level detection.
  • the sensors and / or probes can be placed at the evaporator, the capacitor, the tank, the bottle and / or the dehydrator.
  • Sudden changes in temperature and / or pressure may correspond to the detection of a start of fire. This detection may be accompanied by one or more means of smoke detection and / or flame detection.
  • the air conditioning circuit comprises one or a mixture of hydrofluoroolefin (s).
  • the air conditioning circuit comprises at least 2,3,3,3-tetrafluoropropene.
  • the present invention also relates to a method for preventing the risk of ignition of refrigerant fluid comprising the following steps:
  • step (i) consists in acquiring the parameters of the means (s) for detecting risks of leak (s) refrigerant.
  • step (ii) the method according to the invention consists in acquiring, in particular, the water temperature and / or engine oil temperature, speed, acceleration / deceleration, possible airbag triggering, ABS and ESP.
  • step (iv) consists of the activation of a non-flammable gas cartridge or a cartridge provided with a flame-inhibiting agent which may be at least one of the following: liquid state under the conditions of storage and / or spraying or a means of reorientation of the exhaust gas.
  • Another subject of the invention is the use of a device for injecting a neutralizing agent at the high temperature surfaces of the vehicle and / or in the air conditioning circuit in the case of the detection of risks of leakage. (s) refrigerant and / or fire hazard.
  • the present invention also includes all combinations of the embodiments and modes of implementation described above.

Landscapes

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Abstract

Dispositif de prévention d'inflammation de fluide réfrigérant embarqué dans un véhicule comprenant un moyen de détection de fuite de fluide réfrigérant et/ou un moyen de détection d'incendie en contact ou intégré avec une climatisation automobile comprenant au moins un évaporateur, un compresseur, un condenseur, un détendeur et éventuellement un réservoir et/ou un déshydrateur. La présente invention a également pour objet un procédé de prévention de risques d'inflammation de fluide réfrigérant.

Description

DISPOSITIF DE SECURITE POUR VEHICULE COMPORTANT UN SYSTEME DE CLIMATISATION RENFERMANT UN FLUIDE REFRIGERANT INFLAMMABLE ET PROCEDE DE PREVENTION DE RISQUES D'INFLAMMATION DU FLUIDE
REFRIGERANT
La présente invention concerne un dispositif de sécurité pour un véhicule comportant un système de climatisation renfermant un fluide réfrigérant inflammable et un procédé de prévention de risques d'inflammation de fluide réfrigérant due à une fuite dudit fluide susceptible de survenir en cas d'accident.
Les problèmes posés par les substances appauvrissant la couche d'ozone atmosphérique (ODP : ozone depletion potential) ont été traités à Montréal où a été signé le protocole imposant une réduction de la production et de l'utilisation des chlorofluorocarbures (CFC). Ce protocole a fait l'objet d'amendements qui ont imposé l'abandon des CFC et étendu la réglementation à d'autres produits, dont les hydrochlorofluorocarbones (HCFC).
L'industrie de la réfrigération et de la production d'air conditionné a beaucoup investi dans la substitution de ces fluides frigorigènes et c'est ainsi que les hydroflu orocarbures (HFC) ont été commercialisés.
Dans l'industrie automobile, les systèmes de climatisation des véhicules commercialisés dans de nombreux pays sont passés d'un fluide frigorigène au chlorofluorocarbure (CFC-12) à celui de l'hydrofluorocarbure (1 ,1 ,1 ,2 tetrafluoroéthane : HFC-134a), moins nocif pour la couche d'ozone. Cependant, au regard des objectifs fixés par le protocole de Kyoto, le HFC-134a (GWP = 1300) est considéré comme ayant un pouvoir de réchauffement élevé. La contribution à l'effet de serre d'un fluide est quantifiée par un critère, le GWP (Global Warming Potentials) qui résume le pouvoir de réchauffement en prenant une valeur de référence de 1 pour le dioxyde de carbone.
Le dioxyde de carbone étant non-toxique, ininflammable et ayant un très faible GWP, a été proposé comme fluide frigorigène pour les systèmes de climatisation en remplacement du HFC-134a. Toutefois, l'emploi du dioxyde de carbone présente plusieurs inconvénients, notamment liés à la pression très élevée de sa mise en œuvre en tant que fluide frigorigène dans les appareils et technologies existants.
Si les hydrocarbures peuvent convenir comme remplacement du HFC-134a en terme de performances, ils sont très inflammables. Les systèmes de réfrigération, tels que la climatisation, utilisant des fluides frigorigènes inflammables, posent problème en cas de fuite du fluide frigorigène du circuit de réfrigération notamment due à un accident de véhicule ou à une défaillance du système de réfrigération.
Dans le cas d'un système de climatisation automobile, le risque le plus élevé de fuite de réfrigérant se situe au niveau des canalisations rigides, soumises à haute pression et température, entre le compresseur et le condenseur. Ainsi, il y a un risque potentiel d'incendie lorsque ces réfrigérants sont exposés à des sources d'étincelles ou de chaleur (par exemple, compartiment du véhicule logeant le moteur) ou en cas d'accident du véhicule.
Un départ de feu est possible lorsque le fluide réfrigérant entre en contact avec une surface à très haute température, généralement supérieure à 500 °C, en présence d'oxygène. Par exemple, les parois extérieures des canalisations du collecteur et/ou du turbo injecteur dans lesquelles circulent les gaz d'échappement, après la combustion à la sortie du moteur pour se diriger vers l'échappement, sont souvent à très haute température.
Le document WO2012/097060 divulgue une méthode de réduction de propagation de flamme en insérant une grille métallique entre la source de fluide réfrigérant et la source d'inflammation.
Le document FR281 1231 divulgue un dispositif de sécurité anti-incendie, relié à des moyens d'injections d'un agent neutralisant, dans le circuit de carburant. Ce document prévient les risques liés aux fuites de carburant et aux risques d'incendie voire d'explosion, mais ne prévient pas les risques d'incendie liés à l'utilisation du fluide frigorigène.
Le brevet EP 2455439 divulgue des compositions de réfrigérants comprenant un agent de réduction du risque d'inflammation présent dans le mélange contenant le fluide réfrigérant inflammable. De tels mélanges ne présentent cependant pas les propriétés requises et attendues pour un système de réfrigération efficace.
Les fluoropropènes, en particulier certains tetrafluoropropènes, ont été développés récemment suite aux réglementations européennes exigeant l'utilisation de réfrigérants, ayant un GWP inférieur à 150, dans la climatisation automobile. Ainsi, le 2,3,3,3-tétrafluoropropène (HFO-1234yf), fluide réfrigérant à très bas GWP, a été sélectionné par les instances de l'union européenne, pour cette utilisation, en remplacement du HFC-134a. Bien que le HFO-1234yf est un réfrigérant faiblement inflammable, il existe toujours un besoin de limiter le risque potentiel de départ d'incendie en cas de fuite du réfrigérant, et en cas d'accident avec choc violent au niveau du compartiment logeant le moteur et/ou le réservoir de carburant.
De façon surprenante, la demanderesse a découvert, après diverses expériences et manipulations, que le dispositif selon l'invention permet de diminuer la température des surfaces, notamment des canalisations à haute température, d'éteindre d'éventuelle flamme et également de diminuer la concentration de gaz réfrigérant inflammable disponible pour une éventuelle combustion entraînant une diminution du domaine d'inflammabilité.
La présente invention a pour objet un dispositif de prévention d'inflammation de fluide réfrigérant, embarqué dans un véhicule, comprenant un moyen de détection de fuite de fluide réfrigérant, et/ou un moyen de détection d'incendie en contact ou intégré au système de climatisation automobile comprenant au moins un évaporateur, un compresseur, un condenseur, un détendeur et éventuellement un réservoir et/ou un déshydrateur.
Pendant le fonctionnement d'un système de climatisation, le réfrigérant est à l'état vapeur surchauffée à la sortie du compresseur, il se condense ensuite complètement dans le condenseur et est à l'état sous refroidi dans le circuit avant le détendeur. Après le détendeur, le réfrigérant est à l'état diphasique. Il s'évapore en traversant Γ évaporateur jusqu'à l'état vapeur surchauffée.
Selon un mode préféré de l'invention, le dispositif selon l'invention comprend un moyen de détection de fuite de fluide réfrigérant dans un circuit de climatisation automobile.
Selon l'invention, le(s) moyen(s) de détection de fuite et/ou d'incendie peut/peuvent être relié(s) à un organe de gestion. Ce(s) moyen(s) peut/peuvent être piloté(s) par un organe de gestion.
L'organe de gestion de la détection de fuite de fluide réfrigérant et/ou de risques d'incendie peut être muni d'un moyen de déclenchement d'une action permettant de prévenir ou d'arrêter l'inflammation du fluide frigorigène. L'organe de gestion peut contenir un calculateur à mémoire capable d'analyser des données extérieures et de réagir en conséquence selon des scénarios préprogrammés.
L'organe de gestion peut être relié à un réseau de communication intersystèmes. Un réseau de communication inter-systèmes peut être connecté à différents organes de calcul ou de capteurs tels que, ceux de température d'eau et/ou d'huile, de vitesse, d'accélération/décélération, d'ABS (Système anti-blocage des roues,
« Antiblockiersystem » en langue allemande) et d'ESP (Electro-stabilisateur programmé, « Electronic stability program » en langue anglais).
Selon le dispositif de la présente invention, le moyen de déclenchement de l'organe de gestion peut être relié au moyen d'injection d'un agent neutralisant.
L'injection de l'agent neutralisant peut être réalisée aux niveaux de surfaces à haute température du véhicule.
II est entendu qu'une surface à haute température est une surface ayant une température élevée, voire très élevée, par exemple supérieure à 500 °C. Une telle température de risque d'inflammation dépend du fluide réfrigérant utilisé.
L'injection est avantageusement réalisée par des moyens de pulvérisation de l'agent neutralisant, tels que par des buses ou des rampes de buses dirigées vers ces dites surfaces à hautes températures. Ces moyens d'injection peuvent être orientés par exemple sous le capot, au niveau de la calandre, sous le châssis, dans le circuit de climatisation, et/ou à tout endroit du véhicule présentant un risque d'échauffement, d'étincelle ou de flamme. Les moyens d'injections peuvent être mécaniques, électriques ou pneumatiques.
Selon le dispositif de l'invention, l'injection de l'agent neutralisant peut être réalisée dans le circuit de la climatisation, préférentiellement en sortie du condenseur, au niveau du compresseur.
Le moyen de déclenchement de l'injection d'agent neutralisant peut être un organe actionneur électronique, mécanique ou pneumatiques. Cet organe actionneur peut être déclenché en réponse à un stimulus électronique, mécanique ou pneumatiques lié à un risque de fuite de fluide réfrigérant ou d'un risque d'incendie analysé par l'organe de gestion.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'injection de l'agent neutralisant peut être réalisée par l'ouverture d'une cartouche de gaz non inflammable.
L'expression cartouche de gaz a un sens large et représente également les termes capsule, bombonne, et également tous contenants sous pression capable de contenir un gaz.
Tout gaz non inflammable disponible commercialement est adapté à cette application, tel que le dioxyde de carbone, l'eau, les gaz inertes tels que l'azote, l'hélium, le néon et l'argon ; les fluorocetones telle que la 1 , 1 , 1 ,2,2,4,5,5,5-nonafluoro- 4-(trifluoromethyl)-3-pentanone (Novec 1230) ; les (hydro)halogenocarbones non inflammables tel que le trichlorofluoromethane (CFC-1 1 ), dichlorodifluoromethane (CFC-12), le bromotrifluoromethane (BFC-13B1 ), le tetrafluoromethane, le dichlorofluoromethane (HCFC-21 ), le chlorodifluoromethane (HCFC-22), trifluoromethane (HFC-23), 1 ,1 ,2-trichloro-1 ,2,2-trifluoroethane (CFC-1 13), 1 ,2- dichloro-1 ,1 ,2,2-tetrafluoroethane (CFC-1 14), 1 -chloro-1 , 1 ,2,2,2-pentafluoroethane (CFC-1 15), perfluororethane, 1 ,1 -chloro-2,2,2-trichloroethane (HCFC-123), 1 -chloro- 1 ,3,3,3-tetrafluoroethane (HCFC-124), le 1 ,1 ,1 ,2,2-pentafluoroethane (HFC-125) le 1 ,1 ,1 ,2-tétrafluoroéthane (HFC-134a), perfluoropropane, le 1 ,1 ,1 ,2,3,3,3- heptafluoropropane (HFC-227ea), 1 ,1 ,1 ,3,3-pentafluoropropane, le perfluorobutane (PFC-410), NAF SIM, hexafluoropropane (HFC-236fa), chlorotetrafluoroethane ; les fluoroéthers tel que le tetrafluorodimethylether (E134), le trifluoromethylether (E143a), le trifluoromethyl-difluoromethylether (E125); et les fluoroiodocarbones.
On ne sort pas du domaine de l'invention en utilisant des mélanges de liquides, de gaz propulseurs et/ou de poudres sous pression du domaine des aérosols à gaz liquéfiés communément utilisés en tant qu'extincteur, tels que les agent d'extinction à mousse AFFF (agent formant un film flottant).
Ces produits ont un rôle de dilution des fluides réfrigérants en cas de détection de fuite sans présence d'incendie ou un rôle d'extinction dans le cas d'une détection d'un incendie.
Selon les cas préventif ou curatif d'incendie, et selon les variations détectées par l'organe de gestion, les produits d'injections peuvent être identiques ou différents.
On ne sort pas du cadre de l'invention en utilisant plusieurs cartouches contenant chacune différents produits de dilution ou d'extinction.
La quantité de produit contenu dans la cartouche est déterminée en fonction de la charge de fluide réfrigérant présente dans le circuit de climatisation et l'efficacité de l'agent extincteur. Une cartouche de 0,05 à 6 kg d'agent extincteur est compatible avec un usage embarqué.
Cette ou ces cartouche(s) peut/peuvent être placée(s) au plus proche ou déportée(s) des emplacements où le risque d'inflammabilité du fluide réfrigérant est le ou les plus important(s), au plus proche des zones à haute température telles que celles du bloc moteur ou injectée(s) directement dans le circuit de réfrigération en sortie du condenseur, au niveau du compresseur.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'injection de l'agent neutralisant peut être réalisée par un moyen de réorientation des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement sont riches en dioxyde de carbone et en eau. Les gaz d'échappements peuvent être réorientés par un dispositif activé par un organe de gestion vers le bloc moteur ou toute surface à haute température présentant un risque d'inflammabilité des fluides réfrigérants.
Selon un mode de mise en œuvre de l'invention, les moyens de détection de fuites sont réalisés par la détection du niveau du liquide de refroidissement dans le circuit de climatisation.
Plus généralement, la détection du niveau du liquide peut être réalisée dans tous les volumes du circuit de climatisation où il y a une accumulation de liquide réfrigérant.
Selon un mode de mise en œuvre, la détection du niveau du liquide est réalisée dans le réservoir.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la détection du niveau du liquide est réalisée dans le déshydrateur.
Le déshydrateur ou bouteille déshydratante assure la réserve tampon en fluide réfrigérant. Suivant la puissance du système de climatisation et les conditions de fonctionnement, cet organe est dimensionné pour assurer un débit variable, selon la puissance de froid demandée, à l'entrée du détendeur. Dans le réservoir, le réfrigérant est à l'état diphasique entre une phase liquide et une phase gazeuse.
Dans certain circuit de climatisation, le réservoir joue le rôle de déshydrateur. Différentes techniques de mesure de niveau du liquide dans le réservoir, dans le déshydrateur et/ou dans tous les volumes du circuit de climatisation où il y a une accumulation de liquide réfrigérant peuvent être utilisées telles que par mesure capacitive, mesure à l'aide d'un plongeur immergé avec flotteur en combinaison avec un capteur de niveau, mesure de pression hydrostatique ou différentielle, mesure par ultrasons ou par radar.
Pour tout fluide de transfert de chaleur, tel que le 2,3,3,3-tétrafluoropropène, la masse volumique du réfrigérant diminue avec l'augmentation de la température du liquide saturée (cf. graphique 1 , donnée Refprop 9). Par conséquent, quand la température dans le système augmente, la masse volumique de la phase liquide diminue et le niveau de liquide dans la bouteille augmente. A contrario, quand la température dans le système diminue, la masse volumique de la phase liquide augmente et le niveau de liquide dans la bouteille diminue.
Pour calculer le niveau du liquide dans le contenant, il est nécessaire de calculer la quantité de réfrigérant stocké dans la bouteille aux conditions de fonctionnement.
Dans ce qui suit les acronymes et symbole suivant signifient : mb : masse de la phase liquide (charge de la phase liquide) mb° : masse de la phase liquide aux conditions de fonctionnement de références (charge de la phase liquide)
S : surface de la base/section de la bouteille (dans le cas d'un cylindre) h : hauteur du liquide (niveau du liquide)
h° : hauteur du liquide dans les conditions de références (niveau du liquide) pb : masse volumique de la phase liquide
pb° : masse volumique de la phase liquide dans les conditions de références pL : masse volumique du liquide saturé
T : Température en Kelvin (K)
Ainsi la charge de la bouteille est égale à:
mb = S .h .pb
Dans les conditions de références de fonctionnement on obtient:
Les conditions de fonctionnement de référence peuvent être à titre d'exemple : une température d'évaporation au niveau de l'évaporateur de 5 °C ; une température de condensation au niveau du condenseur de 35 °C ; le véhicule étant à l'arrêt et le système de climatisation en marche.
La hauteur de liquide dans la bouteille est ainsi inversement proportionnelle à la masse volumique de la phase liquide dans la bouteille. La hauteur du liquide est donc directement proportionnelle à la température dans la bouteille.
mb
h = h°
Pour le HFO-1234yf la masse volumique du liquide saturé (kg/m 3\ ) peut être exprimée en fonction de la température suivant l'équation suivante :
126 13
pL = -,— : d'après « physical properties of HFO-1234yf
0.26463^^ J
Ryan HULSE (Honeywell) 3rd IIR conférence of thermophysical properties and transfer Processes of Réfrigérations. »
La masse de réfrigérant liquide dans la bouteille est calculée en fonction de la charge totale moins la charge du réfrigérant dans chaque composants du système (évaporateur, condenseur, ligne liquide). Le calcul de la charge dans chaque composant est fonction des dimensions géométriques, des conditions de fonctionnements et du taux de vide volumétrique du réfrigérant à chaque point du système.
Le taux de vide volumétrique peut être défini comme le rapport du volume de la phase gaz sur le volume global de la phase gaz et de la phase liquide. Le taux de vide peut être ainsi calculé en fonction du titre vapeur (rapport du nombre de mole vapeur sur le nombre de mole total) suivant des corrélations semi-empiriques. Le titre vapeur peut être calculé en fonction des températures et/ou des pressions à travers chaque échangeur.
Il est donc possible de calculer in-situ la hauteur du liquide dans la bouteille d'un système donné dans des conditions bien déterminés en fonction des mesures de température et/ou de pression.
En considérant un système en fonctionnement, le niveau de liquide dans la bouteille est par exemple à un niveau h,. En cas de fuite, la perte du réfrigérant a un impact direct sur le niveau de liquide dans la bouteille.
Pour déterminer une fuite dans un système il est donc nécessaire de calculer in- situ et en continu ou en quasi continu le niveau de liquide dans la bouteille suivant les conditions de fonctionnement, de mesurer ce même niveau de liquide avec un capteur de niveau et de faire une analyse in-situ pour déterminer s'il y a une fuite et estimer les quantités de réfrigérant perdu.
La masse de liquide perdu est calculé comme suit :
mperdu = S x (h° - hi) x pb
Par conséquent, afin de déterminer la masse de liquide perdu par des fuites il suffît de mesurer la variation du niveau de liquide.
La détection de la fuite de fluide réfrigérant contenu dans le système de climatisation embarqué se fait donc par variation dans le temps du niveau, en relation avec les conditions de fonctionnement de l'installation. Toute diminution de niveau est donc détectable. Cette information de diminution de niveau du liquide réfrigérant est ensuite transmise à l'organe de gestion.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens de détection de fuites sont réalisés par la mesure de variation de pression ou de température dans le circuit de climatisation.
Selon un mode de mise en œuvre de l'invention, les moyens de détection de fuites sont réalisés par la détection de produit inflammable à l'extérieur du circuit de climatisation. A l'extérieur du circuit de climatisation, des capteurs de produits inflammables ou des produits réfrigérants peuvent être utilisés tels que des capteurs électrochimiques ou des capteurs catalytiques.
En parallèle des organes de détection de gaz issus de la combustion des constituants du fluide frigorigène, peuvent être ajoutés, des détecteurs de flamme de type infrarouge (IR), ultraviolet (UV), des détecteurs mixtes IR/UV, des détecteurs de fumée et/ou des détecteurs par photoionisation (PID : Photoionization Detector).
Toutes les informations des différents détecteurs sont envoyées et analysées par l'organe de gestion.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen de détection d'incendie est réalisé par un moyen de mesure de la température.
La/les mesure(s) de (la) température(s) peut/peuvent être effectuée(s) à différents endroits et/ou à proximité du circuit de réfrigération.
Les mesures de température et/ou de pression peuvent faire partie de la détection par niveau du liquide. A titre d'exemple, les capteurs et/ou sondes peuvent être placées au niveau de l'évaporateur, du condensateur, du réservoir, de la bouteille et/ou du déshydrateur.
Les variations brutales de température et/ou de pression peuvent correspondre à la détection d'un début d'incendie. Cette détection peut être accompagnée par un ou des moyen(s) de détection de fumée et/ou de détection de flamme.
Quel que soit le mode de mise en œuvre de l'invention, le circuit de climatisation comprend une ou un mélange d'hydrofluorooléfine(s).
Préférentiellement le circuit de climatisation comprend au moins du 2,3,3,3- tétrafluoropropène.
La présente invention a également pour objet un procédé de prévention de risques d'inflammation de fluide réfrigérant comportant les étapes suivantes :
(i) acquérir les paramètres du/des moyen(s) de détection de risques de fuite(s) de réfrigérant et/ou de risques d'incendie ;
(ii) acquérir les paramètres d'un réseau de communication inter-système relatifs à l'état du véhicule ;
(iii) analyser et comparer par l'organe de gestion ces dits paramètres avec des scénarios de risques de fuite(s) de réfrigérant et/ou d'incendie préenregistrés ;
(iv) activer un ou des organe(s) de déclenchement chargé d'injecter un ou des agent(s) neutralisant(s) aux niveaux de surfaces à haute température du véhicule et/ou dans le circuit de climatisation, lorsque les conditions réelles du véhicule sont identiques à l'un desdits scénarios.
Selon un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention, l'étape (i) consiste en l'acquisition des paramètres du/des moyen(s) de détection de risques de fuite(s) de réfrigérant.
A l'étape (ii), le procédé conforme à l'invention consiste à acquérir notamment les paramètres de température d'eau et/ou d'huile du moteur, de vitesse, d'accélération/décélération, déclenchement éventuelle d'airbag, d'ABS et d'ESP.
Selon un mode de mise en œuvre du procédé de l'invention, l'étape (iv) consiste à l'activation d'une cartouche de gaz non inflammable ou d'une cartouche muni d'un agent inhibiteur de flamme pouvant être à l'état liquide dans les conditions de stockage et/ou de pulvérisation ou d'un moyen de réorientation des gaz d'échappement.
Un autre objet de l'invention est l'utilisation d'un dispositif d'injection d'un agent neutralisant aux niveaux de surfaces à haute température du véhicule et/ou dans le circuit de climatisation dans le cas de la détection de risques de fuite(s) de réfrigérant et/ou de risques d'incendie.
La présente invention comprend également toutes les combinaisons des modes de réalisation et des modes de mise en œuvre décrits précédemment.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de prévention d'inflammation de fluide réfrigérant embarqué dans un véhicule comprenant :
a. un moyen de détection de fuite de fluide réfrigérant, et/ou; b. un moyen de détection d'incendie ;
en contact ou intégré au système de climatisation automobile comprenant au moins un évaporateur, un compresseur, un condenseur, un détendeur et éventuellement un réservoir et/ou un déshydrateur.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de détection de fuite de fluide réfrigérant dans un circuit de climatisation automobile.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le(s) moyen(s) de détection de fuite d'un fluide réfrigérant et/ou d'incendie sont relié(s) un organe de gestion.
4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel l'organe de gestion est relié à un réseau de communication in ter-systèmes.
5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4 dans lequel l'organe de gestion est relié à un moyen d'injection d'un agent neutralisant.
6. Dispositif selon la revendication 5 dans lequel l'injection de l'agent neutralisant est réalisée aux niveaux de surface à haute température du véhicule.
7. Dispositif selon la revendication 5 dans lequel l'injection de l'agent neutralisant est réalisée dans le circuit de la climatisation, préférentiellement en sortie du condenseur, au niveau du compresseur.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 dans lequel l'injection de l'agent neutralisant est réalisée par une capsule de gaz non inflammable.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 dans lequel l'injection de l'agent neutralisant est réalisée par un moyen de réorientation des gaz d'échappement.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel les moyens de détection de fuites sont réalisés par la détection du niveau du liquide de refroidissement dans le circuit de climatisation.
1 1 . Dispositif selon la revendication 10 dans lequel la détection du niveau du liquide est réalisée dans le déshydrateur.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel les moyens de détection de fuites sont réalisés par la mesure de variation de pression ou de température dans le circuit de climatisation.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel les moyens de détection de fuites sont réalisés par la détection de produit inflammable à l'extérieur du circuit de climatisation.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 , 3 à 8 dans lequel le moyen de détection d'incendie est réalisé par un moyen de mesure de la température, par un moyen de détection de fumée et/ou par un moyen de détection de flamme.
15. Dispositif selon l'une quelconques des revendications précédentes dans lequel le circuit de climatisation comprend une ou un mélange d'hydrofluorooléfine(s).
16. Dispositif selon l'une quelconques des revendications précédentes dans lequel le circuit de climatisation comprend au moins du 2,3,3,3-tétrafluoropropène.
17. Procédé de prévention de risques d'inflammation de fluide réfrigérant comportant les étapes suivantes :
(i) acquérir les paramètres du/des moyen(s) de détection de risques de fuite(s) de réfrigérant et/ou de risques d'incendie ; (ii) acquérir les paramètres d'un réseau de communication inter-système relatifs à l'état du véhicule ;
(iii) analyser et comparer par l'organe de gestion ces dits paramètres avec des scénarios de risques de fuite(s) de réfrigérant et/ou d'incendie préenregistrés ;
(iv) activer un ou des organe(s) de déclenchement chargé d'injecter un ou des agent(s) neutralisant(s) aux niveaux de surfaces à haute température du véhicule et/ou dans le circuit de climatisation, lorsque les conditions réelles du véhicule sont identiques à l'un desdits scénarios.
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