Brevet FR2007116A1 — publié le 19700102

i 2007116 L'invention est relative à une soupape de détente à commande thermostatique pour installations frigorifiques. Dans une telle soupape de détente, la pièce de fermeture doit être en mesure de prendre toutes les positions intermédiaires en-5 tre la pleine ouverture et la fermeture complète. Cette condition est remplie de manière absolument satisfaisante par les soupapes de détente usuelles dans lesquelles la pièce de fermeture est mue, contre l'action d'un ressort de tarage, directement par un organe thermostatique. L'organe thermostatique peut être aussi en commu-10 nication directe avec la chambre de vapeur du système frigorifique. Mais pour les installations frigorifiques de fortes puissances, une telle soupape est insuffisante du fait que le débit d' une telle soupape à commande thermostatique est insuffisant. C'est pourquoi on a proposé un ensemble de soupapes dans le-15 quel la soupape à commande thermostatique usuelle n'est qu'une soupape auxiliaire reliée par une canalisation à tube à une soupape principale. La soupape auxiliaire agit sur le débit de passage à l'aide d'un organe d'étranglement dont la perte de charge commande un piston actionnant la soupape principale contre la 20 force d'un ressort de contre-pression s'appuyant sur le corps de soupape. Dans cet ensemble connu, il se produit cependant souvent des coups.de bélier ou des oscillations. De même,.la pièce de fermeture de la soupape principale ne suit pas toujours de la manière désirée les mouvements commandés par la soupape auxiliai-25 re ; au contraire, elle aurait tendance à prendre la position de pleine ouverture ou la position de complète fermeture. D'autre part, on connaît un régulateur de pression d'aspiration pour installations frigorifiques, composé encore d'une soupape auxiliaire et d'une soupape principale reliée à elle par 30 une carialfsatiori. La pièce de"fermeture de la soupape principale se ferme dans le sens de l'écoulement et est accouplée, par l'intermédiaire d'une tige, à un piston qui présente une section considérablement supérieure à celle de la pièce de fermeture et qui, du côté opposé à la pièce de fermeture, est soumis à l'action 35 d'un ressort de contre-pression, s'appuyant sur le corps de soupape auquel il est fixé. Ici encore le piston est sous l'influence d'une différence de pression qui se produit au niveau d'un organe d'étranglement dont le débit est commandé par la soupape auxiliaire. Ce régulateur de pression d'aspiration a pour seul 40 rôle de laisser passer le fluide frigorifique sous forme de va- 69 13075 2 2007116 peur. La soupape principale ne peut prendre que la position com-. plètement ouverte ou complètement fermée. On connaît un.ensemble de soupapes pour canalisations d'eau, dans lequel une soupape auxiliaire à commande thermostatique et 5 une soupape principale commandée par cette dernière sont réunies en une ,même pièce. La soupape auxiliaire commande encore le débit à travers un organe d'étranglement. La perte de charge de 1' organe d'étranglement commande un cylindre formant la pièce de fermeture de la soupape principale qui se ferme dans le sens con-10 traire de celui de l'écoulement. Son ressort de contre-pression ne prend pas appui sur le corps de .soupape mais sur la tige de la soupape auxiliaire. Cette dernière assure une contre-réaction qui permet une bonne proportionnalité entre la position de la soupape auxiliaire et celle de la soupape principale. 15 L'invention a pour but de réaliser une soupape de détente à commande thermostatique qui convienne aussi aux installations frigorifiques de fortes puissances, qui travaille d'une manière sûre et qui présente une caractéristique de fonctionnement avantageuse. 20 Ce problème est résolu, conformément à l'invention, par la combinaison des caractéristiques, en soi connues, suivantes : a) une soupape auxiliaire à commande thermostatique agit sur le débit au moyen d'un organe d'étranglement dont la perte de charge commande le déplacement, contre la force d'un ressort de 25 contre-pression, d'un piston actionnant une soupape principale ; b) la soupape auxiliaire et la soupape principale sont réunies en une seule pièce et le ressort de contre-pression s'appuie sur la tige de la soupape auxiliaire et agit contre la force exercée par l'organe thermostatique ; 30 c) la pièce de fermeture de la soupape principale férme la soupape dans le sens de l'écoulement et est accouplée par une tige au piston, disposé dans un cylindre, qui" présente un diamètre considérablement plus igrand que celui de la pièce de fermeture et qui est soumis, duv côté opposé à la pièce de fermeture, à l'ac-35 tion du ressort de contre-pression. Avec cette combinaison, on surmonte les problèmes tenant à ce que le fluide frigorifique, bien qu'il se trouve à l'état liquide, doit, conformément à sa destination, passer rapidement à l'état de vapeur. Mais si sa vaporisation a lieu avant qu'il n' 40 atteigne la soupape de détente, l'ensemble de soupapes ne peut 69 13075 3 2007116 plus fonctionner impeccablement. Du fait de la grandeur de la section du piston, relativement à celle de la pièce de fermeture de la soupape auxiliaire, on peut obtenir une course suffisante avec une faible perte de charge de l'organe d'étranglement. Cette 5 perte de charge peut en conséquence être maintenue à une valeur suffisamment faible pour qu'elle n'entraîne pas la vaporisation. De plus, la soupape auxiliaire et la soupape principale sont réunies en une seule pièce, de sorte qu'il ne peut pas se produire, dans une canalisation intermédiaire,d'échauffement qui entraine-10 rait une vaporisation du fluide frigorifique s'écoulant vers la soupape auxiliaire. Dans le cas extrême, le siège de soupape de la soupape auxiliaire peut même se trouver dans l'espace situé au-dessus du piston. Mais, si de cette manière on fait qu'on est assuré d'avoir du fluide frigorifique liquide jusqu'à la soupape 15 auxiliaire, on peut tout aussi bien utiliser un mode de construction de la soupape qui a fait ses preuves avec une canalisation d'eau. Du fait que la pièce de fermeture de la soupape principale ferme cette soupape dans le sens de l'écoulement, il est tenu compte des forces que le fluide frigorifique la traversant avec 20 une perte de charge importante exerce sur la pièce de fermeture. De préférence, la tige traverse un fond délimitant le cylindre et les espaces situés de chacun de ses côtés sont mis en communication par un conduit d'étranglement. Avec cette disposition, on obtient un amortissement de nature hydraulique, car, lors 25 du mouvement de fermeture, le piston doit refouler à travers le conduit d'étranglement le liquide qui se trouve entre lui et le fond . D'autre part, l'organe d'étranglement produisant la perte de charge à travers le piston devrait avoir une résistance d'étran-30 glement supérieure à celle du conduit d'étranglement. De cette manière, on est assuré que, malgré l'effet d'amortissement recherché, la perte de charge dans le conduit d'étranglement du fluide s'écoulant vers la soupape auxiliaire est suffisamment faible pour pouvoir être négligée. 35 Dans un exemple préférentiel de réalisation de l'invention, la pièce de fermeture comporte une pièce régulatrice d'écoulement fonctionnant à la manière d'un pointeau et immédiatement après une arête périphérique assurant 1 ' étanc'néité, qui sert en même temps de butée au déplacement du piston.' La pièce régulatrice d' 40 écoulement peut être dimensionnée de manière à libérer, en fonc- 69 13075 2007116 tion de la course du piston, une section d'écoulement prédéterminée,D'autre part, la tige peut être réalisée d'une seule pièce avec la pièce régulatrice d'écoulement et avoir un diamètre égal au diamètre maximum de cette dernière. 5 L'invention est décrite plus en détail ci-dessous à l'aide d'un exemple non limitatif de réalisation, représenté sur le dessin annexé qui en constitue une coupe longitudinale. Dans un corps de soupape 1 comportant une tubulure d'arrivée 2 et une tubulure de départ 3 est disposé un siège de soupape 4 10 d'une soupape principale. Celle-ci comporte une pièce de fermeture 5 munie d'une pièce régulatrice d'écoulement 6 fonctionnant à la manière d'un pointeau et une arête périphérique 7, assurant l'étanchéité, qui constitue une butée terminale. La pièce de fermeture 5, par une tige 8 dont le diamètre est égal au diamè-15 tre maximal de la pièce de fermeture 5, est accouplée à un piston 9. Ce piston a une section de valeur plusieurs fois supérieure à celle de la pièce de fermeture 5, notamment dans la région de l'arête d'étanchéité 7. Le siège de soupape est maintenu dans une pièce intérieure 10 qui, à son extrémité supérieure, forme 20 un cylindre 11 dans lequel le piston 9 peut se déplacer axiale-ment. La tige 8 est guidée à travers un fond 12 qui sépare l'espace 13 situé au-dessus du siège de soupape 4 de l'espace 14 situé en dessous du cylindre 9. Un conduit d'étranglement 15 à l'intérieur de la pièce intérieure 10 fait communiquer les espa-25 ces 13 et 14. Un organe d'étranglement 16,ménagé dans le piston 9, fait communiquer l'espace 14 avec l'espace 17 situé au-dessus du piston 9. D'autre part, le piston 9 est soumis à l'action d' un ressort de contre-pression 18 qui s'appuie sur une coupelle 19. 30 Entre une pièce rapportée 20 et une pièce intérieure 21 est fixé le siège de soupape 22 d'une soupape auxiliaire, lequel siège coopère avec une pièce de fermeture 23. La tige de soupape 24 de cette soupape auxiliaire est poussée vers le haut par un ressort de tarage 25 qui agit sur une coupelle 26, tandis que la 35 membrane 27 d'un organe thermostatique 28, par l'intermédiaire d'une plaquette 29, agit en sens contraire sur la tige 24. L'organe thermostatique est en communication,à travers un tube capillaire 30, avec un capteur 31 qui est monté sur 1'évaporateur. XI contient un remplissage liquide-vapeur. A son extrémité in-40 férieure, la tige 24 agit sur la coupelle 19. D'un espace 32, 69 13075 5 2007116 situé en dessus du siège de soupape auxiliaire 20, un conduit 33 va à la tubulure de départ 3. En fonctionnement, du fluide frigorifique liquide se trouve dans la tubulure d'arrivée 2. Lorsque les soupapes auxiliaire et 5 principale sont fermées, il peut parvenir, à travers l'espace 13, le conduit d'étranglement 15, l'espace 14, le conduit d'étranglement 16, jusqu'à l'intérieur de l'espace 17. Si la soupape auxiliaire s'ouvre alors sous l'action de la commande thermostatique, du fluide frigorifique s'écoule ainsi à travers la soupape au-10 xiliaire, ce qui lui permet de se détendre. En conséquence, il se produit une perte de charge dans l'organe d'étranglement 16. Cette perte de charge fait que le piston 9 se déplace vers le haut- XI en résulte que la soupape principale s'ouvre et une quantité de fluide'frigorifique approximativement proportionnelle à la quan-15 tité traversant la soupape auxiliaire s'écoule aussi à travers la soupape principale. Du fait que par suite du déplacement vers le haut du piston 9 le ressort de contre-pression.18 agit sur la pièce de fermeture 23 de la soupape auxiliaire, on obtient une contre-réaction qui assure un strict couplage des mouvements des 20 pièces de fermeture des soupapes auxiliaire et principale. Si la soupape auxiliaire se ferme à nouveau, aucune différence de pression n'agit plus sur le piston j celui-ci se déplace à nouveau vers le bas, opération au cours de laquelle le fluide frigorifique s'écoulant à travers la soupape principale exerce une force 25 intense dans le sens de la fermeture sur la pièce de fermeture. Dans ce mouvement de fermeture, du fluide frigorifique liquide venant de l'espace 14 se trouve refoulé, ceci à travers l'organe d'étranglement 16 dans l'espace 17 et à travers le conduit d'étranglement 15 dans l'espace 13, ce qui amortit le mouvement de 30 fermeture. Comme on l'a déjà mentionné, l'organe thermostatique 28 peut aussi être raccordé directement à une partie de l'installation frigorifique où circule de la vapeur de fluide frigorifique. Avec cette disposition, il est avantageux en outre que les fuites 35 de liquide qui suintent sur la face extérieure du piston s'écoulent forcément à travers la soupape auxiliaire, de sorte que les pertes par fuites ne faussent nullement le processus de fonctionnement. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui 40 précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes 69 13075 6 2007116 d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagés, elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 69 1307S 7 2007116 REVENDICATIONS 1.- Soupape de détente à commande thermostatique pour installations frigorifiques, caractérisée par la combinaison des caractéristiques, en soi connues, suivantes : a) une soupape auxiliaire (22, 23) à commande thermostatique a-5 git sur le débit au moyen d'un organe d'étranglement (16) dont la perte de charge commande le déplacement, contre la force d'un ressort de contre-pression (18), d'un piston actionnant une soupape principale (4, 5) ; b) la soupape auxiliaire et la soupape principale sont réunies 10 en une seule pièce et le ressort de contre-pression s'appuie sur la tige (24) de la soupape auxiliaire et agit contre la force exer cée par l'organe thermostatique (28). c) la pièce de fermeture (5) de la soupape principale ferme la soupape dans le sens de l'écoulement et est accouplée par une ti- 15 ge (8) au piston (9) disposé dans un cylindre (11) qui présente un diamètre considérablement plus grand que celui de la pièce de fermeture et qui est soumis, du côté opposé a la pièce de fermeture, à l'action d'un ressort de contre-pression (18). 2.- Soupape de détente selon la revendication 1, caractérisée 20 en ce que la tige (8) traverse un fond (12) délimitant le cylindre (11) et que les espaces (13, 14), situés de chacun de ses côtés, sont mis en communication par un conduit d'étranglement (15). 3.- Soupape de détente selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'organe d'étranglement (16) produisant la 25 perte de charge à travers le piston (9) a une résistance d'étranglement supérieure à celle du conduit d'étranglement (15). 4.- Soupape de détente selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le siège de soupape (22) de la soupape auxiliaire se trouve dans l'espace (70) situé au—dessus du piston 30 (9). 5.- Soupape de détente selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la pièce de fermeture (5) comporte une pièce régulatrice d'écoulement (6) fonctionnant à la manière d'un pointeau et, immédiatement après, une arête périphérique (7) 35 assurant 1'étanchéité qui sert en même temps de butée au déplacement du piston. 6.- Soupape de détente selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la tige (8) est réalisée d'une seule 8 2007116 69 13075 pièce avec la pièce de fermeture (5) et que son diamètre est gai au diamètre maximal de celle-ci.