Brevet FR2204784A1 — publié le 19740524

L'invention concerne les machines frigorifiques à compression de gaz liquéfiable, comprenant un circuit dont ltévaporateur fonctionne à basse température, par exemple à une température d'évaporation de -950C à -1000C, Le fluide frigorigène utilisé dans un tel circuit peut titre, par exemple, du "Fréon" F 13 ou F 13 bof. Le circuit à basse température est monté en cascade avec un premier circuit dont ltévaporateur fonctionne à une température moins basse, par exemple à une température d'évaporation de tordre de -50 C, le fluide frigo rigène utilisé dans ce premier circuit étant, par exemple, du "Fréon" F 22.L'évaporateur du premier circuit sert à refroidir le condenseur du circuit à basse température. Chacun de ces deux circuits comprend, de façon connue, un compresseur qui aspire les vapeurs de fluide frigorigène sortant d'zut évaporateur et les refoule dans un condenseur. Le fluide frigorigène liquide sortant du condenseur est recueilli dans une bouteille formant un volant de liquide et reliée à l'évaporateur par un conduit comportant un dispositif appelé détendeur qui procède par étranglement de la section de passage du conduit. Il est avantageux de pouvoir régler l'étranglement, et de préférence automatiquement0 Cela peut être réalisé facilement, dans le premier circuit, au moyen d'un détendeur comportant un obturateur (par exemple un pointeau ou une soupape) commandé par un dispositif thermostatique. Ce détendeur thermostatique est précédé d'une vanne d'arrêt électromagnétique qui se ferme lorsque le courant alimentant le moteur du compresseur est coupé, pour réaliser entre la bouteille et le détendeur une coupure évitant la migration du fluide frigorigène de la bouteille vers l'évaporateur par évaporation et condensation au point le plus froid du circuit. On a constaté que si le circuit à basse température est équipé d'un tel détendeur à étranglement réglable précédé d'une vanne d'arrêt, il est pratiquement inutilisable en service discontinu du compresseur. Lorsque le compresseur s'arrdte après descente en température du circuit, le détendeur fonctionne mal à la remise en marche, et le compresseur "tire au videu ltévapo- rateur. Pour cette raison, les circuits à basse température sont couramment équipés d'un détendeur constitué par un simple tube de très faible section et de grande longueur (tube capillaire). La présente invention permet d'utiliser un détendeur à étranglement réglable dans le circuit à basse température, grace à un perfectionnement qui consiste à réaliser la coupure automatique évitant la migration du liquide vers l'évaporateur, non pas en amont du détendeur, mais par le détendeur lui-meme ou en aval de ce-lui-ci. Dans un mode de réalisation de ltinvention, la coupure est réalisée par une vanne dtarrêt électromagnétique placée entre le détendeur et l'évaporateur et qui se ferme lorsque le courant alimentant le compresseur est coupé. Dans un autre mode de réalisation, le détendeur est une vanne thermostatique comprenant un obturateur commandé de façon connue par. la différence entre deux pressions dont l'une est la pression d'un fluide thermostatique, et l'autre pression est celle d'une chambre pouvant être mise en communication, par une vanne d'arrêt électromagnétique qui s'ouvre lorsque le courant alimentant le moteur-du compresseur est coupé, avec une source de haute pression capable de fermer complètement l'obturateur contre l'faction de la pression du fluide thermostatique. Bien que l'invention ne soit aucunement limitée par des théories ou des hypothèses scientifiques, on peut tenter d'expliquer ses effets avantageux de la façon suivante. Bien que les circuits frigorifiques soient pourvus d'un séparateur d'huile en aval du compresseur, il est inévitable que le fluide frigorigène contienne un peu d'huile en solution dans la phase liquide.Pendant le fonctionnement normal du circuit à basse température, comportant- la détente du fluide frigorigène liquide de -40 O (par exemple) à -95 C ou -100 C, une partie dru corps du détendeur se refroidit jusqu'à la température de détente, par exemple -800C. On peut penser que, si le détendeur est une vanne thermostatique précédée d'une vanne d'arrtt électromagnétique qui se ferme à l'arrêt du compresseur, l'évaporation du fluide frigorigène, qui se produit alors aux environs de -800C dans l'évaporateur, laisse dans le détendeur t dépit d'huile gelée ou figée.Etant donné que quand le compresseur s'arrête, 1'obturateur du détendeur est très peu ouvert, le dépôt d'huile gelée ou figée bloque l'obturateur et obstrue le passage entre celui-ci et son siège, ce qui empêche le détendeur de fonctionner au démarrage du compresseur. Il est probable que ce phénomène désavantageux est lié à la basse température du détendeur, puisqu'il ne se produit pas dans le premier circuit. La vanne d'arrêt du circuit à basse température étant, selon l'invention, constituée par le détendeur lui-mtme ou placée plus en aval, le détendeur reste plein de liquide lorsque cette vanne se fermeà l'arrêt du compresseur; on comprend donc que l'huile puisse rester en solution dans la phase liquide du fluide frigorigène en formant dans le détendeur un mélange incongelable, d'autant plus que la phase liquide réchauffe le corps du détendeur de -800C à -400C, La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue schématique des circuits d'une machine frigorifique à basse température, illustrant le perfectionnement selon l'invention. La figure 2 est une vue analogue à la figure 1, montrant une variante. La figure 3 montre à plus grande échelle le montage du détendeur de la figure 2. La machine frigorifique représentée sur la figure 1 comprend un premier circuit 1 dont l'évaporateur 2 sert à refroidir le condenseur 3 d'un circuit à basse température 4. Le premier circuit 1 comprend une bouteille 5 contenant du "Fréon" F 22 liquide reliée par un conduit 6 à un détendeur 7, lui mbme relié par un autre conduit 8 à l'entrée de l'évaporateur 2. La sortie de celui-ci est reliée par un conduit 9 à l'aspiration d'un compresseur 10 dont le refoulement est relié par l'entremise d'un séparateur d'huile Il à l'entrée d'un condenseur 12 dont la sortie est reliée à la bouteille 5. Le détendeur 7 est une vanne thermostatique dont le bulbe 19 détecte la température du conduit 9. Le fonctionnement de ce circuit est bien connu et la circulation du fluide frigorigène est figurée par des flèches. Les conduits 6 et 8 contiennent du F 22 liquide, qui se vaporise dans l'évaporateur 2 en formant des vapeurs qui sont aspirées par le compresseur 10 et refoulées par celui-ci dans le condenseur 12 oh elles se condensent, et le liquide ainsi formé se rassemble dans la bouteille 5. En se vaporisant dans l'évaporateur 2, le fluide produit du froid qui sert à refroidir le condenseur 3 du circuit à basse température. Lorsque la température de l'évaporateur 2 descend, par exemple jusqu'à -500C, un dispositif thermostatique non représenté coupe l'alimentation en courant électrique, d'une part du moteur non représenté du compresseur 10, d'autre part du solé notre 14a d'une vanne d'arrêt électromagnétique 14 disposée dans le conduit 6, fermant ainsi cette vanne et coupant la communication entre la bouteille 5 et le détendeur 7. Le circuit à basse température 4 comprend de même un compresseur 15 entraîné par un moteur électrique non représenté et aspirant par un conduit 16 des vapeurs de fluide frigorigène à la sortie d'un évaporateur 17 pour les refouler, par l'entremise d'un séparateur d'huile 18, à l'entrée du condenseur 9 qui est en relation d'échange de chaleur avec l'évaporateur 2 du premier circuit. Les vapeurs se condensent dans ce condenseur 3 et le liquide formé est recueilli dans une bouteille 19 qui est reliée à l'entrée de l'évaporateur 17 par une canalisation comprenant, disposés en série, un conduit à haute. pression 20, un détendeur 21 et un conduit à basse pression 22. Ici encore, le détendeur 21 est une vanne thermostatique dont le bulbe 23 détecte la température du conduit d'aspiration 16.Le fonctionnement est analogue à celui du premier circuit 1, mais le fluide frigorigène contenu dans la bouteille 19 est du "Fréon" F 13; le condenseur 3 étant maintenu aux environs de -50 O par l'évaporateur 2 du premier circuit, la vaporisation du F 13 dans l'évaporateur 17 produit une température voisine de -900C. Comme dans le premier circuit, un dispositif thermostatique non représenté coupe l'alimentation en courant du moteur électrique non représenté du compresseur dès que la température de l'évaporateur descend jusqu'à une certaine valeur, mais cette valeur est ici de lbrdre de -900C.De plus, ce dispositif thermostatique coupe en même temps le courant alimentant le solénoïde 24a d'une vanne d'arrêt électromagnétique 24, qui est placée ici dans la canalisation à basse pression 22, c'est-à-dire en aval du détendeur 21, entre celui-ci et l'évaporateur 17. La vanne d'arrêt 24 se ferme donc dès que le compresseur 15 s'arrê- te, isolant ainsi l'évaporateur 17 du détendeur 21, de sorte que celui-ci reste plein de liquide et peut fonctionner de nouveau normalement dès que le compresseur redémarre. Il convient de remarquer toutefois que, dans le mode d'exécution décrit, la vanne électromagnétique 24 se trouve normalement aux environs de -900C et que la réalisation d'une vanne électromagnétique fonctionnant à des températures aussi basses peut présenter une certaine difficulté. On utilisera donc de préférence, pour les très basses températures, le mode de réalisation des figures 2 et 30 Sur ces figures, les éléments jouant le même rôle que sur la figure 1 sont désignés par les m8mes références. La seule différence entre les deux modes de réalisation est que, sur les figures 2 et 3, la coupure isolant la bouteille 19 de l'évaporateur 17 est effectuée par le détendeur 21 lui-meme. Le détendeur 21 comprend (voir figure 3) un pointeau 25 mobile en translation suivant l'axe d'un siège 26 qui est pratiqué dans une cloison 27 séparant un espace 28, dans lequel débouche le conduit à haute pression 20, d'un espace 29 d'où part le conduit à basse pression 22. Le déplacement du pointeau 25 est commandé par une tige 30 qui traverse dans un joint étanche figuré schématiquement en 31a une cloison 31 limitant l'espace 29. L'extrémité de la tige 30 est figée à une membrane 32 qui sépare une première chambre 33, limitée par la cloison 31, d'une seconde chambre 34 reliée au bulbe 23 par une tuyauterie 35. Le pointeau 25 est en outre poussé, dans le sens de la fermeture, par un ressort 36 qui s'appuie sur une vis de réglage 37. Le bulbe 23, la tuyauterie 55 et la chambre 34 sont emplis d'un gaz dont la dilatation et la contraction thermiques assurent de façon bien connue la commande thermostatique du déplacement du pointeau 25. La chambre 33 est reliée au conduit d'aspiration 16 et au conduit à haute pression 20, respectivement par deux tuyauteries 38, 39, la tuyauterie 58 étant pourvue d'une vanne d'arrêt électromagnétique 40 qui est fermée au repos et qui s'ouvre quand son solénoide 40a est excité, et la tuyauterie 39 étant pourvue d'une vanne d1arret électromagnétique 41 qui est ouverte au repos et qui se ferme quand son solénoïde 41a est excité.Les deux solénoïdes 40a et 41a sont montés-dans le circuit du dispositif thermostatique non représenté, de manière à être excités lorsque le moteur électrique non représenté du compresseur 15 est alimenté, et désexcités lorsque llalimentation de ce moteur est coupée. Ainsi, lorsque le compresseur 15 est en marche, la vanne 40 est ouverte et la vanne 41 fermée, de sorte que la chambre 33 se trouve à la pression du conduit d'aspiration 16, et que la membrane 32 est actionnée par le fluide thermostatique pour régler la position du pointeau 25. Lorsque le compresseur s'arrête, la vanne 40 se ferme et la vanne 41 s'ouvre, de sorte que la chambre 33 est soumise à la haute pression du conduit 20. Cette pression agit sur la membrane 32 pour fermer le pointeau 25 et le maintenir appliqué sur son siège 26. Il conrient de remarquer que l'arrdt du compresseur 15 se produit lorsque l'évaporateur 17 est descendu en température, donc lorsque le pointeau 25 est proche de sa fermeture. L'effort à exercer par la pression de la chambre 33 et la course de la membrane jusqu'à la fermeture complète sont donc minimes; on évite ainsi une usure rapide de la membrane. A la remise en route du compresseur 15, la vanne 40 se rouvre et la vanne 41 se referme. Le bulbe 23 s'étant réchauffé pendant l'arrêt du compresseur, l'effort exercé sur la membrane 32 par le fluide thermostatique décolle facilement le pointeau 25 de son siège. :VENDICAfflIOX8 1. Machine frigorifique comprenant un circuit dont l'évaporateur fonctionne à basse température, monté en cascade avec un premier circuit dont l'évaporateur sert à refroidir le condenseur dudit circuit à basse température, caractérisée en ce que le circuit à basse température comprend, entre la bouteille qui reçoit le fluide frigorigène liquide venant du condenseur et l'évaporateur, un détendeur à étranglement réglable et un dispositif de coupure comprenant soit des moyens pour fermer complètement l'étranglement du détendeur, soit une vanne d'arrêt placée entre le détendeur et l'évaporateur. 2. Machine selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif de coupure comprend une vanne d'arrêt électromagnd- tique placée entre le détendeur et l'évaporateur, et se fermant lorsque le courant alimentant le compresseur est coupé. 3. Machine selon la revendication 1, dans laquelle le détendeur est une vanne thermostatique comprenant un obturateur commandé de façon connue par la différence entre deux pressions dont l'une est la pression d'un fluide thermostatique, et l'autre pression est oelle d'une chambre pouvant être mise en communication, par une vanne d'arrdt électroiagnétique qui s'ouvre lorsque le courant alimentant le moteur du coipresseur est coupé, avec une source de haute pression capable de fermer complètement l'obturateur contre l'action de la pression du fluide thermostatique.