FR3102237A1 - Dispositif d'évacuation d’un gaz inflammable à l'intérieur d'un climatiseur ou d'une pompe à chaleur - Google Patents
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Abstract
Dispositif d'évacuation d’un gaz inflammable à l'intérieur d'un climatiseur ou d'une pompe à chaleur. L'invention concerne un procédé de sécurisation contre une explosion ou un incendie (100) pouvant être généré par la fuite de fluide frigorigène d'un climatiseur ou pompe à chaleur d'une puissance supérieure ou égal à 12KW répondant à la directive 2009/125/CE de l'éco-design, placé à l'extérieur et utilisant des gaz frigorifiques inflammables de catégorie supérieure ou égal à A2L suivant la classification par la norme européenne EN378. Le dispositif selon l’invention est plus particulièrement destiné à l’évacuation du gaz frigorifique inflammable de l’intérieur de la machine vers l’extérieur, d’une mise en sécurité de la machine par un organe indépendant (300) à la machine (400) et d’un contrôle régulier automatique du dispositif de sécurité. Le dispositif d’évacuation du gaz inflammable à l’intérieur d’un climatiseur ou d’une pompe à chaleur (100) est constitué d’une double routine pour s’assurer de la non défaillance du dispositif (210) et d’une fuite (220). Ces routines sont implémentées dans un microprocesseur (311) et font appel à un capteur de fuite de fluide inflammable (330), un capteur de détection de fonctionnement du ventilateur (120) et une ventilation (110).
Description
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte à un procédé de sécurisation contre une explosion ou un incendie pouvant être généré par la fuite de fluide frigorigène d’un climatiseur ou pompe à chaleur d’une puissance supérieure ou égal à 12KW répondant à la directive 2009/125/CE de l’éco-design, placé à l’extérieur et utilisant des gaz frigorifiques inflammables de catégorie supérieure ou égal à A2L suivant la classification par la norme européenne EN378.
Plus particulièrement, elle concerne un dispositif d’évacuation du gaz frigorifique inflammable de l’intérieur de la machine vers l’extérieur en cas de fuite, d’une mise en sécurité de la machine par un organe indépendant à la machine et d’un contrôle régulier automatique du dispositif.
ARRIERE PLAN TEHCNOLOGIQUE
Dans la volonté de protection de notre environnement, il est devenu vital d’améliorer l’impact environnemental des machines de climatisation. Depuis le protocole de Montréal en 1985, les gaz frigorifiques n’ont cessé de s’améliorer avec l’objectif de ne plus détruire la couche d’ozone et avoir un coefficient PRG (Potentiel de Réchauffement Global) de plus en plus faible. Toutefois, les gaz frigorigènes non inflammable de classe A1 ont aujourd’hui montrés leurs limites dans cette quête d’amélioration de l’impact environnemental pour la conception de machine de climatisation et pompe à chaleur de puissance répondant à la directive 2009/125/CE et 811/2013 de l’éco-design.
De nouvelles générations de gaz sont aujourd’hui présentes permettant d’avoir des PRG inférieur à 700 pour des gaz faiblement inflammables de classe A2L (comme le R32 pour qui le PRG = 675), ou inférieur ou égal à 6 pour les gaz inflammables de classe A3 (comme le R290 pour qui le RPG = 3) suivant la classification par la norme européenne EN378. Dans le cas de ces gaz, il est indispensable de proposer des systèmes de sécurités pour répondre aux normes des bâtiments afin que les machines de climatisation et pompe à chaleur ne puissent pas être à l’origine d’un départ de feu. Il est également indispensable de sécuriser la machine pour permettre une intervention de maintenance sécurisée.
Des dispositifs de sécurisation des machines de climatisations extérieures ont déjà été proposées, mais aucun d'eux ne donnent pas pleinement satisfactions ou ne sont pas économiquement applicables sur des unités de plus de 12KW.
L’ensemble des systèmes existants pour des machines extérieures de plus de 12KW utilisent un ventilateur pour évacuer le gaz frigorigène en cas de fuite. Aujourd’hui, seul deux méthodes sont employées; la ventilation permanente ou le déclenchement de celle-ci sur une détection de fuite.
La méthode de ventilation permanente à l’inconvénient de réduire l’efficacité énergétique de la machine, car le ventilateur consomme une énergie qui n’est pas convertie en énergie thermique pour le bâtiment. Dans le cadre du respect de l’eco-design, les machines doivent être conçues en intégrant l’objectif d’amélioration optimale pour l'environnement. Cette méthode ne permet donc pas un véritable respect de l’esprit de la directive 2009/125/CE de l’eco-design.
Le pilotage de la ventilation par un capteur de fuite est la méthode la plus fréquemment employé. Elle consiste à déclencher la ventilation seulement en cas de fuite du fluide frigorigène. Un grand nombre de système de détection est disponible sur le marché pour permettre le pilotage en fonction du type de fluide. Ces appareillages de détection doivent être couplés au système de pilotage des machines de climatisations et pompe à chaleurs pour mettre celle-ci en « mode coupure » qui ne stop que les ventilations et les compresseurs mais laisse-le reste de la machine sous-tension ce qui peut être dangereux. Le mode coupure n’est pas la protection optimale pour l’utilisation de gaz inflammable. Ce mode a été originellement conçu pour protéger la machine d’un manque de fluide suite à une fuite et non de protéger d’un départ de feu lié à la fuite de gaz inflammable sous pression. Ce mode bien qu’utilisé par tous les fabricants de systèmes de climatisation et pompe à chaleur n’est pas un système performant pour garantir le non-départ de feu d’un climatiseur ou d’une pompe à chaleur. De surcroit, cette méthode ne garantit pas que le ventilateur soit fonctionnel au moment de la fuite. Lors de la vie de la machine, le ventilateur peut se bloquer ou être obstrué.
D'autres procédés de sécurité pour des systèmes de climatisation et pompe à chaleur sont décrits dans des brevets. Par exemple celui décrit dans le brevet EP 2631570 : du 28 aout 2013 sur le ‘Fonctionnement sécurisé de systèmes de conditionnement d'espace utilisant des réfrigérants inflammables’ décrivant un système de ventilation piloté par un système de détection de gaz couplée à une alarme pour informer et d’une enceinte de sécurité. Cette méthode ne change que très légèrement le procédé traditionnel de pilotage par dispositif de détection de gaz. Et l’ensemble des procédés proposés aujourd’hui ne propose que de légères variantes de la méthode de pilotage de la ventilation par un capteur de fuite et reste dans tous les cas dépendant du système de régulation de la machine et de la mise en « mode coupure » qui est insatisfaisant.
Nous pouvons trouver également des systèmes pour permettre la sécurisation de fuites de gaz frigorifique pour des machines frigorifiques ou de pompe à chaleur de taille compact placé à l’intérieur dont la puissance est inférieure à 12KW. Celui du brevet FR3073040 : du 3 mai 2019 sur un ‘DISPOSITIFS DE SECURITE POUR INSTALLATIONS AERAULIQUES DE FROID ET POMPES A CHALEUR UTILISANT DES FLUIDES FRIGORIGENES TOXIQUES OU INFLAMMABLES’ décrivant un dispositif recouvrant les zones à risque de fuite pour une gaine d’évacuation naturelle vers l’extérieur. Ce brevet n'est applicable que sur des petites unités placées en intérieur, car pour les machines de puissances extérieures, l'ajout de gaine pour la conduite du gaz vers l'extérieur de la machine réduit les performances de la machine et n'est pas applicable sur les échangeurs à air qui sont les éléments les plus fragiles.
Il y a enfin les méthodes spécifiques pour des unités mobiles inférieures à 12KW utilisé dans les véhicules, l’agroalimentaire et des utilisations spécifiques. Mais ces dispositifs ne sont pas applicables pour des unités de climatisation ou de pompe à chaleur pour bâtiment de plus de 12KW.
Un des objets de la présente invention est de proposer un dispositif de sécurité pour les climatiseurs et pompe à chaleur de plus de 12KW dont le mécanisme est indépendant du système de pilotage et de régulation de la machine frigorifique ou de la pompe à chaleur. L’invention permet de mettre la machine hors tension dès la détection de fuite sans couper le fonctionnement de ladite invention tout en contrôlant périodiquement le bon fonctionnement du système de sécurité en cas de fuite du fluide frigorigène.
OBJET ET RESUME DE L’INVENTION
L'invention apporte une solution aux problèmes technologiques évoqués ci-dessus. En premier lieu, l’appareil est un dispositif indépendant qui est placé dans ladite machine.
La technologie permet le pilotage d’une ventilation par un algorithme basé sur une double routine s’appuyant sur un capteur de fuite et d’une information sur le bon fonctionnement du ventilateur.
La double routine permet de s’assurer du fonctionnement de la ventilation, même lors de condition climatique difficile ou d’un mauvais positionnement de la machine, et qu’il n’y a pas de fuite de gaz inflammable.
L’invention est composée par un capteur de fuite, qui peut être un capteur de gaz ou une information sur la pression du gaz frigorigène dans la machine, d’un capteur de fonctionnement du ventilateur, qui peut être une boucle de courant ou un capteur de pression différentiel, d’un organe de pilotage gérant la double routine, pouvant être composé par un microcontrôleur de la famille des PIC16F pilotant des relais ou des triacs et d’une ventilation, le tout alimenté indépendamment de la machine de climatisation ou de la pompe a chaleur.
L’invention apporte un système sécurisé sur le fonctionnement de la ventilation en cas de fuite. Une routine contrôle quotidiennement que le ventilateur fonctionne et n’est pas obstrué. Le cas contraire, l’invention déclenche un processus d’alarme maintenance sur la machine et coupe la ventilation pour supprimer tous risques d’incendie que pourrait provoquer celle-ci.
Le dispositif est alimenté indépendamment de la machine de climatisation ou de la pompe à chaleur ce qui permet de mettre celle-ci totalement hors tension lors d’une détection de fuite frigorifique pour un maximum de sécurité. L’alimentation peut être, par exemple, de 5V, ce qui permet d’avoir une batterie de sauvegarde afin de ne pas à avoir à redémarrer la machine dans le cas où une fuite a été détectée alors que celle-ci n’était pas alimentée.
Enfin, la simplicité et l’indépendance à la machine qu’offre l’invention permet d’ajouter celle-ci sur tous types de machines même après l’installation du climatiseur ou de la pompe à chaleur.
SELON DES MODES PARTICULIERS DE REALISATION
A cet effet, est proposé un dispositif d’évacuation du gaz inflammable à l’intérieur d’un climatiseur et d’une pompe à chaleur, composé de plusieurs modules, au moins 2, connectés entre eux, par exemple par des fils électriques ou par une liaison sans fils. L’ensemble comprenant:
- Un module de ventilation comprenant:
- Un ventilateur pouvant fonctionner en basse tension continu ou sur le secteur,
- Un support de ventilation permettant le maintien dans une position optimal d’extraction sur la machine de climatisation ou la pompe à chaleur.
- Un module de commande comprenant :
- Une source d’alimentation, à titre d’exemple une alimentation 5V et une batterie de sauvegarde,
- Une carte électronique de pilotage basé sur un microprocesseur, à titre d’exemple un PIC16F676,
- Un carte de commande puissance, à titre d’exemple une carte de 4 relais 230V-10A ou des triacs, pouvant être connectés à la carte électronique de pilotage par des photocoupleurs ou par communication hertzien sans fils.
- Un boitier résistant aux conditions climatiques extérieures et répondant à la norme international EN378 et EN60204 sur les organes de commandes, à titre d’exemple un boitier répondant à l’indice de protection IP55,
- Un module de détection de fuite ou de détection de chute de pression du fluide frigorigène dans son circuit, à titre d’exemple un capteur Figaro TGS2610.
- Un module de détection de fonctionnement du ventilateur, à titre d’exemple un capteur de pression différentiel qui se déclenche sur une différence de pression de 20 pascal.
Pour permettre l’installation simplifiée, l’invention est légère, de masse inférieure à 1KG et de taille restreinte, avantageusement l’invention peut être mise dans un espace de 32x20x14cm.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels :
La Fig. 1 représente l’implantation d’un dispositif d’évacuation du gaz inflammable à l’intérieur d’un climatiseur et d’une pompe à chaleur,
La Fig. 2 représente la double routine de fonctionnement de l’invention,
La Fig. 3 représente le schéma électrique du module de commande avec le module de détection,
La Fig. 4 représente l’installation du dispositif d’évacuation du gaz inflammable à l’intérieur d’un climatiseur et d’une pompe à chaleur.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION
A titre d’exemple, la Fig. 1 montre un schéma de principe d’implantation dispositif d’évacuation du gaz inflammable à l’intérieur d’un climatiseur et d’une pompe à chaleur (100). Il est composé d'une Ventilation (110), d’un capteur de pression différentiel (120) avec ces deux tubes (121), d’une boite IP55 (130) dans lequel est placé le module de commande (300) et le capteur de fuite (330) placé à l’extérieur du boitier (130), le tout connecté par des fils (140) et monté sur un châssis de maintien (150).
La Fig. 2 montre la double routine de de pilotage du dispositif de l’invention (200). Elle est composée d’une routine anti-défaillance du dispositif (210) exécutant une boucle de test du temps (211) qui déclenche la ventilation (110) et contrôle que capteur de pression différentiel (120) détecte le fonctionnement de la ventilation (110). Si, à titre d’exemple, une différence de pression supérieur à 20 pascal est détectée, la ventilation (110) est arrêtée et la routine recommence. Le cas contraire une alarme maintenance (212) est allumée sur le système de régulation (420) de la machine. La seconde routine est composée par un test de fuite (220) sur le capteur de fuite (330). Si le capteur de fuite (330) détecte une fuite, la routine (220) déclenche la ventilation (110) et ouvre le dispositif de l’alimentation général (221) pour couper l’alimentation générale (410). La routine (220) est prioritaire à la routine (210).
A titre d’exemple, la Fig. 3 représente le schéma électrique du module de commande avec le module de détection (300). Il est composé d’une électronique de pilotage (310) avec un microprocesseur (311) programmé avec la double routine (200) et configuré pour recevoir des entrés de capteur extérieur (312). Le module de détection (300) est également composé par une alimentation 5V (320), d’un capteur de fuite (330) et d’une carte de commande puissance (340) avec le relais ; coupure général (341), alarme maintenance (342), alarme coupure (343) et Ventilation (344).
A titre d’exemple, la Fig. 4 représente l’installation du dispositif d’évacuation du gaz inflammable (100) à l’intérieur d’un climatiseur et d’une pompe à chaleur (400) composée de l’alimentation générale triphasée (410), du système de régulation (420), des compresseurs (430) et de la ventilation (440).
SELON LE MODE DE REALISATION PARTICULIER DE L’INVENTION
La ventilation (110) est vissée sur le châssis de maintien (150), il peut être métallique ou plastique à titre d’exemple. Le capteur de pression différentiel (120) a une entré de mesure de pression de chaque côté du ventilateur (110) et à titre d’exemple n’utilise pas d’alimentation, un contact se ferme naturellement si la différence de pression excède 20 pascal à titre d’exemple. Le module de commande (300) est placé dans une boite (130) d’indice de protection IP55, il peut être métallique ou plastique à titre d’exemple. Le capteur de fuite (330) est hors du boitier (130) et de l’électronique de commande (300) mais est connecté à la carte de pilotage (310) sans changer l’indice de protection du boitier de commande (130).
Le carte de pilotage (310) est composé avec un microprocesseur (311), peut-être à titre d’exemple un PIC16F676 et d’entré configuré pour des capteurs extérieur (312) sur lequel est connecté le capteur de pression différentiel (120) dont les entrées de mesure de pression (121) sont de chaque côté du ventilateur (110).
Le microprocesseur (311) est programmé pour avoir les routines de contrôles de la ventilation (210) cadencé par la boucle de temps (211) et de déclanchement de l’arrêt machine en cas de fuite (220). Le capteur de fuite (330) extérieur au boitier (130) est connecté à la carte du module de commande (300) peut-être à titre d’exemple un TGS2610.
L’alimentation (320) convertie l’alimentation secteur (350) en 5V peut-être à titre d’exemple une alimentation à découpage pour dispositif USB. L’alimentation secteur (350) est séparé de l’alimentation général (410).
Le module Relais (340) sont déclenchés suivant la double routine de pilotage (200) et les états des capteurs de pression différentielle (120) et le capteur de fuite (330). En cas de détection, le relais (341) dédié à la coupure machine (221) s’ouvre pour que l’alimentation général (410) ne puisse plus alimenter le climatiseur ou la pompe à chaleur (400) mettant hors service la ventilation (440), les compresseurs (430) et la régulation (420). Et le relais ventilation (344) se ferme pour allumer la ventilation (110) permettant l’évacuation du gaz inflammable.
Le dispositif d’évacuation du gaz inflammable (100) est placé en bas de la machine de climatisation ou pompe à chaleur (400) pour permettre une meilleure évacuation du gaz inflammable.
EXEMPLE DE MISE EN œuvre DE L’INVENTION
La routine (210) programmé dans le microprocesseur (311) déclenche, toutes les 24h, la ventilation (110) pendant 3 minutes, en fermant le relais ventilation (344) du module relais (340) de la carte de pilotage (300). Dans le cas où la différence de pression entre l’intérieur de la climatisation ou la pompe à chaleur est supérieur à 20 Pascal, le contact du capteur de pression différentiel (120) se ferme pour indiquer le bon fonctionnement de la ventilation (110) ou que celle-ci n’est pas obstruée. Lorsque le contact du capteur différentiel (120) se ferme, le relais (344) s’ouvre et la ventilation s’arrête jusqu’à la fin de la nouvelle boucle de temps (211) d’une durée de 24h. Dans le cas contraire, à savoir, le contact du capteur différentiel (120) reste ouvert, le relais (344) s’ouvre pour ne pas générer de surchauffe sur le ventilateur (110) qui pourrait créer un incendie et le relais d’alarme maintenance (342) du module relais (340) de la carte de pilotage (300) se ferme pour informer qu’une maintenance de la machine de climatisation ou pompe à chaleur (400) est nécessaire.
Quel que soit l’état de fonctionnement de la routine (210), en cas de détection de gaz inflammable par le capteur de détection de fuite (330), le microprocesseur (311) stop la boucle de temps (211) de la routine (210) pour priorisé la routine (220) de détection de fuite. La détection de fuite de la routine de détection de fuite (220) déclenche la ventilation (110) pour évacuer le gaz inflammable de l’intérieur de la machine de climatisation ou pompe à chaleur (400) en fermant le relais (341) de la carte de pilotage (300) placé dans le boitier (130). Le relais alarme coupure (343) se ferme pour informer de la détection de fuite et le relais coupure général (344) s’ouvre pour déconnecter l’alimentation (410) de la machine de climatisation ou pompe à chaleur (400) et mettre hors tension la ventilation (440), les compresseurs (430) et la régulation (420).
Le dispositif d’évacuation du gaz inflammable à l’intérieur d’un climatiseur et d’une pompe à chaleur (100) étant indépendant du système de régulation (420), le seul moyen de redémarrer la machine de climatisation ou pompe à chaleur (400) en cas de fuite est une intervention manuelle.
Claims (7)
- Dispositif d’évacuation du gaz inflammable à l’intérieur d’un climatiseur ou d’une pompe à chaleur caractérisé en ce qu'il est composé d’un algorithme à double routine de pilotage (200), lui-même comprenant une routine anti-défaillance du dispositif (210) et d’une routine de test de fuite (220) pilotant, via un microprocesseur (311), un capteur de fuite de fluide inflammable (330) et un capteur de détection de fonctionnement du ventilateur (120), une ventilation (110), une alarme maintenance (212), une alarme défaillance (221) et une coupure générale (410).
- Dispositif d’évacuation du gaz inflammable à l’intérieur d’un climatiseur ou d’une pompe à chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il est composé par une ventilation (110), une carte de pilotage (300) elle-même composé par un microprocesseur (311), d’une alimentation (320) et d’une carte de commande puissance (340) placé dans un boitier (130), un capteur de détection de fonctionnement du ventilateur (120) et d’un capteur de fuite de fluide inflammable (330) monté sur un châssis (150) placé en bas de la machine de climatisation ou pompe à chaleur (400) pour une meilleure évacuation du gaz inflammable.
- Dispositif d’évacuation du gaz inflammable à l’intérieur d’un climatiseur ou d’une pompe à chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il est alimenté par une alimentation (350) indépendante de l’alimentation générale (410) de la machine de climatisation ou pompe à chaleur (400).
- Dispositif d’évacuation du gaz inflammable à l’intérieur d’un climatiseur ou d’une pompe à chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il met hors tension l’ensemble de la machine de climatisation ou pompe à chaleur (400) assurant la non-alimentation du ventilateur (440), les compresseurs (430) et la régulation (420) via une commande (341) piloté par une carte électronique (300).
- Dispositif d’évacuation du gaz inflammable à l’intérieur d’un climatiseur ou d’une pompe à chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il test périodiquement, par une routine (210), le fonctionnement du ventilateur (110), via un capteur de contrôle de fonctionnement (120).
- Dispositif d’évacuation du gaz inflammable à l’intérieur d’un climatiseur ou d’une pompe à chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la routine de test de gaz inflammable (220) soit la routine prioritaire sur l’algorithme de double routine (200).
- Dispositif d’évacuation du gaz inflammable à l’intérieur d’un climatiseur ou d’une pompe à chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il est applicable à des la machine de climatisation ou pompe à chaleur (400) supérieur à 12KW.
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2019
- 2019-10-16 FR FR1911561A patent/FR3102237A1/fr not_active Withdrawn
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