Brevet FR2010059A1 — publié le 19700213

La présente invention se rapporte à des installations de réfrigération et plus particulièrement à une installation de réfrigération comprenant un condenseur exposé à la température ambiante extérieure et une soupape de détente équilibrée simple qui 5 est surdimensionnée pour un fonctionnement normal en été et qui agit sous l'action de la température et de la pression de sortie de 1'évaporateur pour assurer un fonctionnement efficace de l'installation de réfrigération pour des différences de pression étendues dues aux différences de températures ambiantes extérieures en 10 été et en hiver. Dans le passé, les installations de réfrigération indus-tlrelles ont été d'abord disposées à l'intérieur et elles comportaient un refroidissement par eau. Ensuite, on a mis au point des installations ou systèmes de réfrigération industriels refroidis 15 par air disposés à l'intérieur, qui ont été suivis par des systèmes de réfrigération refroidis par air dont le condenseur était disposé à l'extérieur. Le fait de mettre le condenseur à un emplacement où il est exposé à la température ambiante extérieure a présenté des difficultés dans les systèmes de réfrigération anté-20 rieurs du fait que les soupapes de détente du passé ont été à peu près incapables d'assurer un réglage suffisant de débit du réfrigérant pour des différences de pressions étendues de part et d'autre de la soupape du fait des températures extrêmes du condenseur. C'est ainsi , par exemple, qu'une soupape de détente compor-25 tant un orifice de dosage calibré d'une façon appropriée pour fonctionner en été avec une différence de pression de par exemple 7 bars ne fonctionne pas de manière à régler le débit de réfrigérant la traversant avec une différence de pression de par exemple 0,14 bar en hiver. Si l'orifice de dosage est surdimensionné pour 50 fonctionner en été de façon à assurer un débit suffisant de réfrigérant pour de faibles différences de pressions en hiver, les soupapes de détente du passé s'ouvrent et se ferment d'une manière continue et de force pendant leur fonctionnement en été, en assurant un débit de réfrigérant indésirable en été. 55 De plus, dans les systèmes de réfrigération antérieurs, la réponse de la soupape de détente a été moins rapide qu'on ne l'aurait désiré, ce qui a fait battre le système pour essayer d'établir un équilibre de fonctionnement, qui est incompatible avec une réfrigération efficace et avec un fonctionnement optimal des com- 69 18232 2 2Û10059 posants de l'installation de réfrigération. Pour résoudre les difficultés propres au fonctionnement d'un système de réfrigération dont le condenseur est exposé à la température ambiante extérieure, des tentatives ont été faites ^ dans le passé pour fournir une charge de pression artificielle à l'endroit de la soupape de détente du système par des moyens tels que le noyage du condenseur pendant son fonctionnement en hiver ou en diminuant l'air passant à travers le condenseur ou bien en surchargeant le système de réfrigération en réfrigérant pendant son fonctionnement en hiver. De telles tentatives artificielles pour former une charge de pression élevée pour le fonctionnement en hi-» ver imposent au compresseur un travail supplémentaire de telle sorte que sa durée est raccourcie, ce qui est également indésirable. Suivant la présente invention, un système de réfrigération 15 comprend le circuit habituel formé d'un compresseur, d'un condenseur et d'un évaporateur montés en série, dans lequel le débit du réfrigérant est commandé par une soupape de détente disposée entre le condenseur et 1'évaporateur. La soupape de détente est équilibrée ou présente un incrément de déséquilibre et comporte 20 un orifice de dosage surdimensionné de sorte qu'il est possible d'obtenir un réglage efficace du débit du réfrigérant entre le condenseur et 1'évaporateur lorsque le condensateur est exposé à toutes les températures ambiantes extérieures. La soupape de détente est commandée par un moyen moteur sensible à la température 25 et à la pression monté sur la canalisation d'aspiration partant de 1'évaporateur qui, dans une première variante, est disposé directement sur la canalisation d'aspiration pour améliorer la durée de réponse de la soupape de détente. D'autres avantages et caractéristiques de la présente in-50 vention assortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre explicatif, mais nullementiimitatif, plusieurs formes de réalisation' conformes à l'invention. Sur ces dessins, 55 la figure 1 représente schématiquement une installation de réfrigération suivant la présente invention. la figure 2 est une coupe longitudinale d'une soupape de détente équilibrée destinée. à être utilisée dans une installation de réfrigération telle que celle représentée sur la figure 1. 69 18232 ? 2010059 la figure 3 est une coupe partielle semblable à celle de la figure 2 d'une variante de la soupape de détente représentée sur celle-ci. la figure 4 est une coupe longitudinale d'une seconde sou-5 pape de détente équilibrée destinée à être utilisée dans une installation de réfrigération telle que celle représentée sur la figure 1. la figure 5 est une coupe partielle semblable à celle de la figure 4 d'une variante de la soupape de détente représentée 10 sur celle-ci. L'installation ou système de réfrigération 10 qu'on voit sur la figure 1 comprend un compresseur 12, un condenseur 14, un évaporateur 16 qui sont montés suivant un cycle de réfrigération formé par un circuit en série. Comme on le voit, le condenseur 14 15 et 1'évaporateur 16 sont tous les deux refroidis par air et des ventilateurs 18 et 20 servent à faire passer de l'air sur le condenseur 14 et 1'évaporateur 16, respectivement. Le système de réfrigération 10 comprend de plus un récepteur 22 sur le conduit 24 monté entre le condenseur 14 et l'évapo-20 rateur 16 et un accumulateur de réfrigérant 26 monté sur la canalisation d'aspiration 28 allant de 1'évaporateur 16 au compresseur 12. Un échangeur de chaleur 30 est monté sur le conduit 24, entre le condenseur et 1'évaporateur, comme on le voit. Le récepteur 22, l'accumulateur 26 et 1'échangeur de chaleur 30 ne sont pas néces-25 saires dans le système de réfrigération 10. Le système de réfrigération 10 est complété par une soupape de détente 32 disposée sur le conduit 24 entre le condenseur 14 et 1'évaporateur 16. Suivant la présente invention, la soupape de détente 32 est une soupape équilibrée de façon à assurer un réglage J0 efficace du réfrigérant qui la traverse à la fois pendant le fonctionnement en hiver et pendant le fonctionnement en été, le condenseur 14 étant exposé aux températures ambiantes extérieures* La soupape de détente 32 peut fonctionner en réponse à la température et à la pression régnant dans la canalisation d'aspiration 35 £8 et en fait, le moteur servant à actionner la soupape 32 peut être disposé sur la canalisation d'aspiration 28. Des gammes de températures étendues au condenseur 14, telles que celles qui peuvent se produire entre un fonctionnement en hiver et un fonctionnement en été, influencent la plression de condensa 69 18232 4 2010059 tion. Par exemple, à 38°C, de température ambiante extérieure, la température de condensation peut être de 49°C, ou bien pour un réfrigérant R12, il peut y avoir une pression manométrique de 11 bars au condenseur 14. Si la température ambiante extérieure est 5 de -7°C, la température de condensation passe alors à environ 4°C, ou 2,6 bars de pression manométrique au condenseur 14. En supposant que la condition voulue de 1'évaporateur 16 pour les deux conditions extérieures est de -7°C ou 1,5 bar de pression mano-métrique, la différence de pression de part et d'autre de la sou-10 pape de détente est alors de 9>5 bars dans un cas et de 1,1 bar dans l'autre cas. ! On obtient un fonctionnement efficace de la soupape de détente décrite 32 par suite de sa construction équilibrée qui as^" sure un équilibre des forces de fluide de façon à ne pas influen-15 cer la force du moyen moteur et du ressort de surchauffe antagoniste 60. Cette construction équilibrée présente un équilibre dynamique idéal de forces de sorte que la soupape de détente 32 est capable de répondre avec précision à des différences de pression étendues et variables afin d'alimenter d'une façon appropriée et 20 automatique 1'évaporateur 16 pour un réglage prédéterminé ou fixe du ressort de surchauffe de réglage 60. De plus, la soupape de détente décrite 32 présente un orifice surdimensionné de dimension suffisante qui par exemple est quatre fois supérieur à l'ouverture utilisée normalement dans les 25 soupapes de détente pour des différences de pression entre le condenseur et 1'évaporateur de 5*6 bars, ou plus. De cette manière on obtient un débit approprié vers 1'évaporateur pour des gammes étendues de températures et des gammes étendues de pression résultantes et pour des différences de pression étendues à l'endroit JO de la soupape. Le compresseur 12, le condenseur 14 et 1'évaporateur 16 ainsi que le récepteur 22, l'accumulateur 26 et 1'échangeur de chaleur 30 sont classiques et par suite ne seront pas examinés plus en détail ici. La soupape de détente équilibrée 32 est repré-35 sentée d'une manière plus détaillée sur la figure 2. La soupape de détente 32, comme on le voit sur la figure 2, comprend un corps de soupape 34 traversé par un canal central 36. Le oanal 36 est relié aux extrémités opposées du corps 34 de la soupape à des structures de raccordement 38 et 40.destinées 69 18232 5 2010059 à être montées sur le conduit 24 et comportant des canaux. 42 et 44 en communication avec le canal 36, comme on le voit. Un élément de soupape 46 est disposé dans le canal 36 ejt forme un orifice de dosage 48 suivant sa position dans le canal 36. 5 L'élément de soupape 46 est pourvu d'une ouverture d'équilibrage 50 le traversant assurant des pressions égales dans des chambres 52 et 54 aux extrémités opposées de l'élément de soupape 46. L'extrémité 56 de l'élément dë soupape 46 se loge dans un manchon 58 et forme en liaison avec ce dernier la chambre 5^j comme on le voit 10 sur la figure 2. Le ressort 60 fonctionne entre une joue radiale 62 du manchon 58 et l'éléraetnt de soupape 46, comme on le voit, afin de solliciter ce dernier vers une position de fermeture. Le ressort 60 peut être extrêmement léger pour équilibrer l'élément de soupape 15 46 du fait de l'égalisation des pressions dans les chambres 52 et 54 obtenues à l'aide du canal*50 qui traverse l'élément de soupape. De cette manière, en fonctionnement, la valeur absolue de la haute pression dans la chambre 52 n'influence pas le fonctionnement de l'élément de soupape 46. 20 La sollicitation appliquée à l'élément de soupape 46 qui tend à le maintenir en position de fermeture peut être réglée au moyen d'une vis de réglage de surchauffe 64 qui se loge à l'extrémité du corps 34 et qui vient en prise avec l'extrémité fermée du manchon 58, comme on le voit sur la figure 2. De cette manière, on 25 peut régler le degré de surchauffe de 1'évaporateur dans les limites de réglage de la vis 64. Le moyen moteur servant à actionner l'élément de soupape 46 et le faire ouvrir à l'encontre de la sollicitation qui lui est appliquée par le ressort 60 comprend une enveloppe de diaphragme 30 66 fixée sur le corps 34 de la soupape et un diaphragme 68 fixé dans l'enveloppe 66, dont la plaque de diaphragmé 70 qui y est fixée vient buter sur l'extrémité supérieure de l'élément de soupape 46, comme on le voit sur la figure 2. Le diaphragme 68 est exposé sur son côté inférieur, par l'intermédiaire d'un banal 72 et d'un •35 tube 73, à la pression régnant dans la canalisation d'aspiration 28, comme on le voit sur la figure 2. Le côté supérieur du diaphragme 68 est exposé à une pression due à une nratière 74 sensible à la température qui se trouve dans une ampoulé thermique 76 et un tube 78. L'ampôule thermique j6, comme on le voit sur la figure 1, 69 18232 6 2010059 est disposée sur la canalisation d'aspiration 28 partant de l'é-vaporateur 16. De cette manière, la soupape de détente 32, comme indiqué précédemment, est directement sensible à la température et à la pression du réfrigérant qui quitte 1'évaporateur 16. 5 Dans la variante 79 de la soupape de détente 32 qui est représentée sur la figure 3 et dans laquelle des éléments semblables ont reçu des références numériques semblables, le diaphragme 68 est exposé sur son dessous à la pression du réfrigérant dans l4évaporateur, par l'intermédiaire d'un canal 80. Par suite, comme 10 on le voit sur la figure 3> la soupape de détente 79 est sensible à la pression d'entrée de 1'évaporateur 16 et à sa température de sortie. Le mode de réalisation 82 de la soupape de détente qu'on voit sur la figure 4 peut être substitué à la soupape de détente 15 32. La soupape de détente 82 comprend un corps de soupape 84 traversé par un canal 86 qui communique avec des canaux 88 et 90 sur des côtés opposés. Un élément de soupape 92 disposé dans le canal 86 comporte une partie centrale réduite 94 de sorte que les pressions du côté haute pression et provenant du condensateur 14 dans 20 le canal 88 sont équilibrées. Un canal d'égalisation 93 est formé dans l'élément de soupape 92 entre une chambre de ressort 97 et la canalisation d'aspiration 28, comme on le voit. Le canal 95 du corps de soupape 84 forme un orifice de dosage surdimensionné, en liaison avec l'élément de soupape 92. 25 De cette manière, à nouveau avec la soupape 82, l'élément de soupape 92 est sensible principalement à l'action du moyen moteur 96 qui fonctionne à l'encontre de la sollicitation appliquée à 1'élément de, soupape 92 par un ressort 98. La sollicitation appliquée à l'élément de soupape 92 peut être réglée par l'inter-30 médiaire d'une vis de réglage de surchauffe 100 et d'un chapeau 102. Dans la soupape de détente 82, le moyen moteur 96 est constitué par un soufflet 104 en prise avec l'élément de soupape 92 et qui est chargé à l'aide d'un fluide sensible à la température par l'intermédiaire 'd'un moyen de charge 106. Le soufflet 104 peut 35 être disposé directement dans la canalisation d'aspiration 28 comme on le voit sur la figure 4, de sorte que la durée de réponse de la soupape de détente 82 est maintenue à une valeur minimale. La variante de. soupape 108 représentée sur la figure 5, dans laquelle les éléments semblables ont reçu des références numé 69 18232 7 2010059 riques semblables, est sensiblement la même que la soupape 82, à l'exception du moyen moteur 110 qui comprend un diaphragme 112 en prise avec l'élément de soupape 92, au centre, et qui est exposé par dessous à la pression de la canalisation d'aspiration, 5 par l'intermédiaire d'un tube 116. Le diaphragme 112 est exposé à sa partie supérieure à un fluide sensible à la température provenant d'une ampoule thermique 118 disposée sur la canalisation d'aspiration 28. Un procédé différent d'égalisation des hautes pressions sur l'élément de soupape 92 en utilisant des orifices 10 d'entrée et de sortie identiques a également été utilisé dans la soupape 108, en même temps que le canal d'égalisation 93.» comme on le voit. La soupape de détente 108 représentée sur la figure 5 est suréquilibrée du fait de la différence des diamètres aux extré-15 mités opposées de l'élément de soupape 92. C'est ainsi qu'une différence de pression importante de part et d'autre de l'élément de soupape 92 existe pour équilibrer les grandes différences de pression entre le condenseur et 1'évaporateur pendant l'été , tandis qu'une différence de pression beaucoup plus faible est ap-20 pliquée à l'élément de soupape 92 pendant l'hiver pour équilibrer la petite différence de pression entre le condenseur et 1'évaporateur, à ce moment. Avec un calibrage optimal de l'élément de soupape 92 par rapport au système de réfrigération 10, on peut utiliser le déséquilibre de l'élément de soupape 92 pour suppri-25 mer le ressort 98 en lui substituant une sollicitation suréquilibrée. Pendant le fonctionnement d'ensemble du système de réfrigération représenté sur la figure 1, et comprenant l'une quelconque des soupapes de détente représentées sur les figures de 2 à 5* 30 on obtient un réglage efficace du débit de réfrigérant à travers la soupape de détente du fait de l'utilisation d'un orifice de dosage surdimensionné dans la soupape d^détente qui produirait un fonctionnement indésirable pour des températures ambiantes normales extérieures en été au condenseur si 1'élément de- la soupape 35 de détente n'était pas équilibré. De plus, on conserve un même fonctionnement efficace pendant l'hiver sans qu'il soit nécessaire de surcharger le système en réfrigérant en fournissant une charge supplémentaire de réfrigérant en hiver ou en appliquant des charges de pression artificielles de part et d'autre de la soupape de dé 69 18232 8 20100S9 tente, ce qui fait fonctionner le compresseur d'une manière excessive à nouveau du fait de l'orifice de dosage surdimensionné et de la construction de soupape équilibrée qui sont utilisés. De plus, du fait de l'emplacement du moyen moteur des soupapes 82 et 5 108 sur la ligne d'aspiration entre 1'évaporateur et le condenseur, la réponse du système de réfrigération 10 est particulièrement rapide et fournit des cycles de réfrigération réguliers même au démarrage. D'autres avantages du système de réfrigération décrit 10 comprennent des économies de frais de fonctionnement pendant des conditions d'ambiance faibles à l'endroit du condenseur, du fait » que le rendement du compresseur augmente pour les charges de pression plus faibles et du fait de l'accroissement de l'effet d'échange de chaleur pour le débit de chaque kg de réfrigérant. De 15 plus, la conception de la soupape de détente permet un meilleur réglage de telle sorte que 1'évaporateur peut être mieux alimenté avec des surchauffes moindres ou même avec une surface de serpentin intérieur complètement mouillée pour obtenir un rendement accru. 20 II va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle esbsusceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 69 18232 9 2010059 REVENDICATIONS 1 - Système de réfrigération industriel ou analogue, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un compresseur, un condenseur, un moyen de détente et un évaporateur, comportant une cana-5 lisation d'aspiration de sortie, lesquels sont montés en série dans un circuit de réfrigération, un moyen réglant la charge de pression entre le condenseur et 1'évaporateur telle qu'elle est déterminée par les conditions de pression et de température de 1'évaporateur et servant à régler le moyen de détente pour assu-10 rer un fonctionnement efficace du cycle de réfrigérât!en pour des températures ambiantes extérieures normales pendant toute l'année, le condenseur étant exposé à la température ambiante extérieure . 2 - Structure suivant la revendication 1 , caractérisée 15 en ce que le moyen de détente comprend une seule soupape de détente équilibrée. 3 - Structure suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la soupape de détente comporte un orifice de dosage qui est surdimensionné pour fonctionner normalement aux températures 20 ambiantes extérieures pendant l'été. 4 - Structure suivant la revendication J>, caractérisée en ce que la soupape de détente équilibrée comprend un corps de soupape traversé par un canal, un moyen reliant une première extrémité du canal au condenseur, un moyen reliant l'autre extrémi- 25 té du canal à 1*évaporateur, un élément de soupape disposé entre les extrémités du canal formant un orifice de soupape surtUmensicriné avec le corps de la soupape, un moyen associé d'une manière fonctionnelle à l'élément de soupape servant à équilibrer la pression provenant du condenseur sur les côtés opposés de l'élément de 30 soupape et un moyen moteur sensible à la température et à la pression à l'orifice de sortie de 1'évaporateur servant à mettre en position l'élément de soupape afin de régler le débit de réfrigérant à travers le canal. 5 - Structure suivant la revendication k, caractérisée 35 en ce que le moyen sensible à la pression et à la température à l'orifice de sortie de 1'évaporateur est disposé directement sur la canalisation d'aspiration partant de 1'évaporateur, de sorte que la durée de réaction du moyen moteur est minimale. 69 18232 10 2010059 6 - Procédé pour régler la détente dans un système de réfrigération comprenant un évaporateur muni d'une canalisation d'aspiration en partant, d'un compresseur, d'un condenseur et d'une soupape de détente montés dans un circuit de réfrigération pour assurer 5 une réfrigération efficace pour les températures ambiantes normales extérieures pendant toute l'année , le condenseur étant exposé aux températures ambiantes extérieures, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à équilibrer la soupape de détente et à former un orifice de dosage surdimensionné dans celle-ci, un moyen mo- 10 teur servant à régler l'orifice de dosage surdimensionné suivant les conditions de pression et de température de 1'évaporateur. 7 - Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste de plus à disposer directement le moyen moteur sur la canalisation d'aspiration partant de 1'évaporateur de façon à 15 maintenir à une valeur minimale la durée de réponse du moyen moteur. 8 - Soupape de détente équilibrée destinée à être utilisée dans des systèmes de réfrigération industriels ou analogues, caractérisée en ce qu'elle comprend un élément de soupape équilibré et 20 un orifice de dosage surdimensionné, ainsi qu'un moyen moteur sensible aux conditions du système et servant à régler l'élément de la soupape. 9 - Structure suivant la revendication 8, caractérisée en ce que les conditions du système sont la température et la pression 25 de la canalisation d'aspiration. 10 - Structure suivant la revendication 8, caractérisée en ce que le moyen moteur est construit et agencé de manière à être soumis directement aux conditions du système.