FR2766561A1 - Procede et dispositif pour limiter l'echauffement a la sortie d'un compresseur de fluide refrigerant - Google Patents

Procede et dispositif pour limiter l'echauffement a la sortie d'un compresseur de fluide refrigerant Download PDF

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Abstract

Une valeur estimée de la température à la sortie du compresseur (4) est fournie à partir de quatre paramètres, à savoir la température ambiante, la vitesse du compresseur, la pression à la sortie du compresseur et la vitesse d'un pulseur (18) associé à un échangeur (5) du circuit. La valeur estimée de la température est comparée à une valeur seuil ce qui permet d'agir sur le fonctionnement du circuit par exemple par décharge momentanée du fluide grâce à une vanne de décharge (16), ce qui permet d'abaisser en conséquence la température du fluide réfrigérant à la sortie du compresseur et de limiter l'échauffement. L'invention est applicable aux appareils de chauffage-climatisation de véhicules d'automobiles.

Description

Procédé et dispositif pour limiter l'échauffement à la sortie d'un compresseur de fluide réfrigérant
L'invention concerne un procédé pour limiter l'échauffement à la sortie (côté refoulement) d'un compresseur utilisé pour faire circuler un fluide réfrigérant qui peut se présenter à l'état liquide et à l'état gazeux, le compresseur étant monté dans un circuit comprenant un échangeur de chaleur associé à un pulseur d'air.
Un tel circuit peut être utilisé notamment dans un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile.
Il peut arriver que, dans certaines circonstances, la température du fluide réfrigérant au refoulement du compresseur dépasse un seuil de fonctionnement critique, ce qui conduit à un endommagement du circuit.
Un tel phénomène peut être constaté notamment dans un circuit tel que ceux décrits dans FR-A-2 717 126 et dans FR-A2 731 952, comprenant une première branche contenant un évaporateur suivi dudit compresseur, une seconde branche contenant un condenseur et une troisième branche ne contenant pas de condenseur, les seconde et troisième branches étant placées mutuellement en parallèle de façon à former avec la première branche respectivement une boucle de refroidissement et une boucle de réchauffage, des moyens de commutation étant prévus pour envoyer le fluide sortant de la première branche soit dans la seconde branche, soit dans la troisième branche, et le dispositif de climatisation comprenant en outre des moyens pour envoyer dans l'habitacle de l'air ayant subi un échange de chaleur avec l'évaporateur.
Lorsque le fluide circule dans la boucle de réchauffage, l'évaporateur est utilisé comme échangeur de chaleur pour le chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile, le pulseur précité servant alors à envoyer de l'air chaud issu de l'évaporateur utilisé comme échangeur de chaleur.
En pareil cas, il peut se produire un échauffement anormal du fluide réfrigérant en sortie du compresseur, avec les inconvénients mentionnés précédemment.
Le but de l'invention est de fournir une estimation de la valeur de la température du fluide réfrigérant à la sortie du compresseur, sans faire appel à un capteur de température qui alourdirait le coût du circuit, et de pouvoir ainsi agir sur le circuit pour limiter la température du fluide réfrigérant en cas d'un échauffement anormal à la sortie du compresseur.
L'invention part de la découverte que la valeur de la température du fluide réfrigérant en sortie du compresseur peut être estimée, de manière fiable, à partir de différents paramètres de fonctionnement du circuit dont les valeurs sont déjà connues, ce qui évite la mise en place d'un capteur spécifique de température au refoulement du compresseur.
Dans le procédé selon l'invention, on détermine en continu les valeurs de quatre paramètres, à savoir la température ambiante, la vitesse du compresseur, la pression à la sortie du compresseur et la vitesse du pulseur, on traite les valeurs de ces paramètres pour fournir une estimation de la température du fluide à la sortie du compresseur, et on agit sur le fonctionnement du circuit si la température ainsi estimée dépasse une température de seuil critique.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - On transforme en continu les valeurs des paramètres en signaux, et on filtre ces signaux pour fournir une valeur estimée de la température du fluide réfrigérant à la sortie du compresseur.
- Lorsqu'on utilise un compresseur à vitesse variable, on agit sur le fonctionnement du circuit en diminuant la vitesse du compresseur.
- Lorsqu'on utilise un compresseur à cylindré variable, on agit sur le fonctionnement du circuit en diminuant la cylindrée du compresseur.
- Dans le cas où on utilise un circuit comprenant une branche contenant le compresseur et une branche ne contenant pas le compresseur, on agit sur le fonctionnement du circuit en transférant une quantité de fluide réfrigérant de la branche contenant le compresseur dans la branche ne contenant pas le compresseur.
- Le fluide est un fluide réfrigérant circulant dans un circuit d'un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, ce circuit comprenant une première branche contenant un évaporateur suivi dudit compresseur, une seconde branche contenant un condenseur et une troisième branche ne contenant pas de condenseur, les seconde et troisième branches étant placées mutuellement en parallèle de façon à former avec la première branche respectivement une boucle de refroidissement et une boucle de réchauffage, des moyens de commutation étant prévus pour envoyer le fluide sortant de la première branche soit dans la seconde branche, soit dans la troisième branche, et le dispositif comprenant en outre des moyens pour envoyer dans l'habitacle de l'air ayant subi un échange de chaleur avec l'évaporateur, et, lorsqu'on constate que la valeur estimée de la température en sortie du compresseur dépasse la température de seuil critique pendant la circulation du fluide dans la boucle de réchauffage, on agit sur le fonctionnement du circuit en abaissant la valeur de la température à la sortie du compresseur en dessous de la température de seuil critique.
- On constate que la valeur estimée de la température du fluide réfrigérant en sortie du compresseur dépasse la température de seuil critique et on transfère une quantité de fluide de la boucle de réchauffage dans la seconde branche.
- On transfère une quantité de fluide de la boucle de réchauffage dans la seconde branche en ouvrant pendant une durée déterminée une vanne de décharge reliant celles-ci entre elles.
- La vanne de décharge autorise un débit de fluide plus petit à pression égale que le débit circulant normalement dans la boucle de réchauffage.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, comprenant un capteur de la température ambiante, un capteur de la vitesse du compresseur, un capteur de pression placé à la sortie du compresseur, un capteur délivrant une information relative à la vitesse du pulseur, et une unité de traitement pour traiter et filtrer les valeurs fournies par les capteurs précités et en déduire une valeur estimée de la température du fluide réfrigérant en sortie du compresseur.
Avantageusement, l'unité de traitement comprend un comparateur propre à comparer la valeur estimée de la température du fluide réfrigérant à la sortie du compresseur à la température de seuil critique, et des moyens de commande pour agir sur le circuit lorsque le comparateur délivre une information selon laquelle la valeur de la température estimée est supérieure à la température de seuil critique.
Les moyens de commande précités peuvent comprendre soit des moyens pour commander la vitesse du compresseur lorsque celui-ci est à vitesse variable, soit pour commander la cylindrée du compresseur, lorsque celui-ci est à cylindrée variable, soit des moyens comportant une vanne de décharge pour transférer une quantité de fluide réfrigérant vers une autre partie du circuit.
Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un circuit de fluide réfrigérant utilisé pour la climatisation et le chauffage de l'habi- tacle d'un véhicule, équipé d'un dispositif selon l'invention; et - la figure 2 est un diagramme montrant la variation dans le temps de la température du fluide réfrigérant en sortie du compresseur, telle qu'estimée par le dispositif de l'invention à partir de paramètres de fonctionnement du circuit, en comparaison de la variation dans le temps de la température réelle du fluide réfrigérant en sortie du compresseur, telle que mesurée par un capteur de température.
Dans le circuit de la figure 1 circule un fluide réfrigérant propre à passer de l'état liquide à l'état gazeux en absorbant de la chaleur, et de l'état gazeux à l'état liquide en cédant de la chaleur, comme c'est le cas de façon habituelle dans les installations de climatisation de véhicules. Les composants du circuit sont également rencontrés de façon habituelle dans ces mêmes installations de climatisation.
Les composants du circuit illustré sont répartis dans trois branches 1, 2 et 3 se raccordant entre elles en deux points de jonction A et B. La branche 1 contient un compresseur 4 qui y fait circuler le fluide du point A vers le point B, et un évaporateur 5 placé en amont du compresseur. La branche 2 contient, du point B vers le point A, un condenseur 6, une bouteille 7, un clapet anti-retour 8 et un détendeur 10. Un autre détendeur 14 est placé dans la branche 3. Un capteur de pression 9 détecte la pression du fluide à la sortie du compresseur. Les trois voies d'une vanne à trois voies 17 placée au point B communiquent respectivement avec les branches 1, 2 et 3. Une conduite de dérivation 11, contenant une vanne de décharge 16, relie un point D situé en aval du compresseur sur la branche 1 à un point C situé sur la branche 2 entre la vanne 17 et le condenseur 6, de sorte que la vanne 16 relie ces deux branches en parallèle avec la vanne 17. La vanne 17 est commandée par un module de commande 15 de façon à relier l'extrémité aval de la branche 1, soit à l'extrémité amont de la branche 2, soit à celle de la branche 3.
Lors du fonctionnement du dispositif en mode de refroidissement, le fluide refoulé par le compresseur 4 passe par le point B, la vanne 17 et le point C pour atteindre le condenseur 6 où il se condense en cédant de la chaleur à l'air ambiant, puis traverse la bouteille 7 et le clapet antiretour 8 et subit une détente dans le détendeur thermostatique 10. Le fluide s'évapore dans l'évaporateur 5 en refroidissant de l'air destiné à être envoyé dans l'habitacle du véhicule. Le fluide gazeux sortant de l'évaporateur 5 est de nouveau aspiré par le compresseur.
Dans le mode de réchauffage, le fluide circule dans la boucle de réchauffage formée par les branches 1 et 2. En sortant du compresseur 4, il passe par le point D et la vanne 17, puis dans le détendeur 14 et atteint, en restant à l'état gazeux, l'évaporateur 5 où il cède de la chaleur à de l'air destiné à être envoyé dans l'habitacle. Le fluide revient ensuite au compresseur.
A l'évaporateur 5 est associé un pulseur 18 propre à envoyer, dans l'habitacle du véhicule, soit de l'air refroidi, soit de l'air réchauffé, selon que le dispositif fonctionne en mode de refroidissement ou en mode de réchauffage.
Selon l'invention, le dispositif comprend une unité de traitement 19 relié - à un capteur de température 20 propre à fournir un signal représentatif de la température ambiante TA, - à un capteur 21 relié au compresseur 4 et propre a fournir un signal représentatif de la vitesse du compresseur VC, - au capteur de pression 9 relié à la sortie du compresseur et propre à fournir un signal représentatif de la pression du fluide PC, et - à un capteur 22 relié au pulseur 18 et propre à fournir un signal représentatif de la vitesse du pulseur VP.
Le capteur 22 pourrait donner directement la vitesse du pulseur. En pratique, on préfère utiliser un capteur mesurant la tension aux bornes du moteur électrique du pulseur et donnant ainsi un signal représentatif de la vitesse du pulseur. Ce signal permet aussi d'indiquer si le pulseur est en marche, car il faut éviter de faire fonctionner le chauffage additionnel si le débit d'air fourni par le pulseur est pratiquement nul.
L'unité de traitement 19 traite en continu les 4 signaux issus des capteurs précités et les filtre pour fournir une valeur estimée de la température du fluide réfrigérant à la sortie du compresseur 4. Cette valeur de température estimée
TE du fluide et est comparée au moyen d'un comparateur 23 à une température de seuil critique TS.
L'unité de traitement 19 est reliée au module de commande 15.
Si la température estimée TE est inférieure à la température de seuil critique TS, l'unité de traitement n'agit pas sur le module de commande.
En revanche, si la valeur estimée TE devient supérieure ou égale à la valeur de seuil critique TS, l'unité de traitement 19 agit sur le module de commande. Dans l'exemple, cette action provoque l'ouverture de la vanne de décharge 16 pendant une durée déterminée, ce qui permet de transférer une quantité de fluide de la boucle de réchauffage dans la seconde branche.
Cette vanne de décharge autorise un débit de fluide plus petit, à pression égale, que les débits circulant normalement dans la boucle de réchauffage.
Cette décharge provoque aussitôt une diminution de la température du fluide réfrigérant à la sortie du compresseur.
Avantageusement, le débit autorisé par la vanne de décharge 16 est petit par rapport à celui autorisé par la vanne 17 vers la branche 3, de manière que le fonctionnement de la boucle de réchauffage ne soit pas perturbé par la décharge de fluide. Il est cependant possible, en variante, de supprimer la conduite de dérivation 11 et la vanne de décharge 16 et d'utiliser la vanne 17 pour la décharge de fluide.
En variante, il est possible d'agir, non pas sur la vanne de décharge 16, mais sur le compresseur 4 comme montré schématiquement par la liaison 24 représentée en trait interrompu.
Pour abaisser la température du fluide réfrigérant en sortie du compresseur, il est possible de procéder de façon différente, selon que l'on utilise un compresseur à cylindrée variable ou un compresseur à vitesse variable.
Dans le premier cas, on agit sur le compresseur pour diminuer sa cylindrée tandis que dans le second cas on agit sur le compresseur pour diminuer sa vitesse.
Le diagramme de la figure 2 montre qu'en déterminant en continu les valeurs des 4 paramètres précités, à savoir température ambiante (non montré sur le diagramme), vitesse du compresseur (courbe A), pression à la sortie du compresseur (courbe B) et vitesse du pulseur (courbe C) on peut en déduire une température estimée TE du fluide, dont la variation s'aproche de façon très précise de celle de la température TM du fluide réfrigérant telle que mesurée au refoulement du compresseur par un capteur de température.
Le diagramme de la figure 2 montre que la courbe représentative des variations de la température estimée TE est "lissée" par rapport à celle exprimant les variations de la température mesurée TM, qui présente de nombreuses oscillations.
Sur le diagramme les températures sont exprimees en "C et le temps en secondes.
Bien entendu, le capteur de température précité n'est utilisé ici que de façon expérimentale à des fins de comparaison.
Dans la pratique, l'invention permet précisément de se passer d'un tel capteur de température pour donner une valeur estimée de la température à partir d'autres paramètres déjà disponibles dans l'installation.
L'utilisation du procédé selon l'invention n'est pas limité au circuit de la figure 1. Le procédé peut être utilisé en général pour limiter l'échauffement à la sortie d'un compresseur de fluide réfrigérant dans un circuit comprenant en outre un échangeur de chaleur associé à un pulseur d'air.

Claims (14)

Revendications
1. Procédé pour limiter l'échauffement à la sortie d'un compresseur (4) utilisé pour faire circuler un fluide réfrigérant qui peut se présenter à l'état liquide et à l'état gazeux, le compresseur étant monté dans un circuit comprenant un échangeur de chaleur (5) associé à un pulseur d'air (18), caractérisé en ce que l'on détermine en continu les valeurs de quatre paramètres à savoir la température ambiante (TA), la vitesse du compresseur (VC), la pression à la sortie du compresseur (PC) et la vitesse du pulseur (VP), on traite les valeurs de ces paramètres pour fournir une estimation de la température du fluide (TE) à la sortie du compresseur ; et on agit sur le fonctionnement du circuit si la température ainsi estimée qui dépasse une température de seuil critique (TS).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on transforme en continu les valeurs des quatre paramètres en signaux , et en ce que l'on filtre ces signaux pour fournir ladite valeur estimée de la température du fluide (TE).
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel on utilise un compresseur (4) à vitesse variable, caractérisé en ce que l'on agit sur le fonctionnement du circuit en diminuant la vitesse du compresseur.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel on utilise un compresseur à cylindrée variable, caractérisé en ce que l'on agit sur le fonctionnement du circuit en diminuant la cylindrée du compresseur.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel on utilise un circuit comportant une branche (1) contenant le compresseur (4) et une branche (2) ne contenant pas le compresseur, caractérisé en ce que l'on agit sur le fonctionnement du circuit en transférant une quantité de fluide de la branche contenant le compresseur dans la branche ne contenant pas le compresseur.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide est un fluide réfrigérant circulant dans un circuit d'un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, ce circuit comprenant une première branche (1) contenant un évaporateur (5) suivi dudit compresseur (4), une seconde branche (2) contenant un condenseur (6) et une troisième branche (3) ne contenant pas de condenseur, les seconde et une troisième branches étant placées mutuellement en parallèle de façon à former avec la première branche respectivement une boucle de refroidissement (1, 2) et une boucle de réchauffage (1, 3), des moyens de commutation (12, 13) étant prévus pour envoyer le fluide sortant de la première branche soit dans la seconde branche, soit dans la troisième branche, et le dispositif comprenant en outre des moyens (18) pour envoyer dans l'habitacle de l'air ayant subi un échange de chaleur avec l'évaporateur, et en ce que, lorsqu'on constate que la valeur estimée de la température du fluide (TE) en sortie du compresseur dépasse la température du seuil critique (TS) pendant la circulation du fluide dans la boucle de réchauffage, on agit sur le fonctionnement du circuit pour abaisser la valeur de la température en dessous de la température de seuil critique.
7. Procédé selon les revendications 5 et 6, prises en combinaison, caractérisé en ce que, lorsqu'on constate que la valeur estimée de la température du fluide réfrigérant (TE) en sortie du compresseur dépasse la température de seuil critique (TS), on transfère une quantité de fluide de la boucle de réchauffage dans la seconde branche.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on transfère une quantité de fluide de la boucle de réchauffage dans la seconde branche en ouvrant pendant une durée déterminée une vanne de décharge (16) reliant celles-ci entre elles.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la vanne de décharge autorise un débit de fluide plus petit à pression égale que le débit circulant normalement dans la boucle de réchauffage.
10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur (20) de la température ambiante, un capteur (21) de la vitesse du compresseur (4), un capteur (9) de la pression à la sortie du compresseur, un capteur (22) délivrant une information relative à la vitesse du pulseur (18), et une unité de traitement (19) pour traiter et filtrer des valeurs fournies par ces capteurs et en déduire une valeur estimée de la température du fluide réfrigérant (TE) en sortie du compresseur.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'unité de traitement (19) comprend un comparateur (23) propre à comparer la valeur de la température estimée (TE) à la température de seuil critique (TS), et des moyens de commande (15) pour agir sur le circuit lorsque le comparateur délivre une information selon laquelle la valeur de la température estimée (TE) est supérieure à la température de seuil critiques (TS).
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de commande (15) sont propres à agir sur la vitesse du compresseur (4), lorsque celui-ci est un compresseur à vitesse variable.
13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de commandes sont propres à agir sur la cylindrée du compresseur (4), lorsque celui-ci est un compresseur à cylindré variable.
14. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de commandes sont propres à commander une vanne de décharge (16).
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