Brevet FR2233574A1 — publié le 19750110

La présente invention se rapporte à des dispositifs de détente de réfrigérant et elle a trait plus particulièrement à des dispositifs de détente pour des pompes à chaleur. Des pompes à chaleur constituent des systèmes de réfrigération réversibles qui sont utilisés alternativement à des fins de chauffage et de refroidissement. Les pompes à chaleur utilisées dans des systèmes de conditionnement d'air comprennent généralement un compresseur, des échangeurs de chaleur intérieur et extérieur et un dispositif de détente placé entre les échangeurs de chaleur, tous ces composants étant branchés dans un circuit de réfrigération. Lorsqu'on désire refroidir l'espace intérieur, on fait circuler le réfrigérant dans une direction de manière à faire fonctionner l'échangeur de chaleur intérieur comme un évaporateur ; lorsqu'on désire chauffer l'espace intérieur, on fait circuler le réfrigérant dans la direction inverse afin de faire fonctionner l'échangeur de chaleur intérieur comme un condenseur.L'échangeur de chaleur extérieur fonctionne dans un sens opposé à l'échangeur de chaleur intérieur. Puisque la charge appliquée au système varie entre les cycles de chauffage et de refroidissement, principalement du fait des paramètres de conception de l'installation, il est souhaitable de modifier le réglage du dispositif de détente pour obtenir des débits idéaux pendant chacun des cycles alternés. Des pompes à chaleur utilisent fréquemment des étranglements fixes pour assurer la détente du réfrigérant provenant du condenseur et s'écoulant vers l'évaporateur. Si on utilise le même étranglement pendant les cycles de chauffage et de refroidissement, il est normalement possible de le faire fonctionner au rendement optimal seulement dans un des cycles. En fait, la réduction de rendement dans l'autre cycle est Si importante qutil est d'une pratique courante d'utiliser des dispositifs d'étranglement différents pour les cycles de chauffage et de refroidissement. Dans un dispositif connu décrit dans le brevet des Etats-Unis nO 2.720.756, plusieurs tubes capillaires sont branchés en série et au moins l'un d'entre eux est pourvu d'un bypass de manière que la longueur du tube capillaire dans lequel passe le réfrigérant puisse être modifiée en fonction du mode de fonctionnement de la pompe à cha leur. De même on sait brancher les tubes capillaires en parallèle et contourner un tube pendant que le réfrigérant s'écoule seulement dans une direction.Un autre dispositif a été décrit dans le brevet des Etat-Unis nO 3.029.614 où un tube capillaire séparé est prévu pour permettre au réfrigérant de s'écouler dans chaque direction. Les inconvénients de ces agencements de tubes capillaires sont qu'on doit prévoir des moyens pour filtrer le réfrigérant au cours de son écoulement dans les deux directions. Ces dispositifs présentent l'inconvénient supplémentaire de nécessiter des valves ou distributeurs pour diriger le réfrigérant vers les tubes appropriés. Dans le brevet des Etats-Unis nO 2.694.296, on décrit un-appareil de réfrigération réversible comportant un dispositif d'étranglement auxiliaire qui est branché en série avec un tube capillaire.Ce dispositif d'etranglement comporte un passage conique de réfrigérant qui a pourvut d'étrangler ltécoulement de réfrigérant dans une direction mais non dans l'autre. Cet agencement nécessite par conséquent deux éléments séparésd'étran- glement, à savoir le tube capillaire et l'étranglement auxiliaire. L'invention a pour but de fournir un dispositif de détente perfectionné pour une pompe à chaleur. L'invention a également pour but de fournir un dispositif de détente pour une pompe à chaleur qui assure la détente du réfrigérant à à un degré permettant d'obtenir un rendement optimal de la pompe à chaleur en fonction de la direction d'écoulement du réfrigérant. L'invention a en outre pour but de fournir un dispositif de détente pour pompe à chaleur qui soit d'une utilisation efficace, d'un fonctionnement sûr et économique. Ce problème est résolu dans un mode préféré de réalisation de l'invention à l'aide d'un dispositif de détente agencé pour être incorporé à une pompe à chaleur qui comprend, en addition au dispositif, deux échangeurs de chaleur qui fonctionnent chacun alternativement comme condenseur et comme évaporateur, un compresseur et un distributeur pour commander la direction d'écoulement dans le système. Le dispositif de détente établit des degrés différents d'étranglement de l'é coulement de réfrigérant en fonction du sens d'écoulement. Le dispositif comporte un corps de distributeur pourvu d'un passage étranglé d'écoulement de réfrigérant qui assure la détente du réfrigérant et une chambre dans laquelle est située une tige mobile de tiroir établissant un second passage étranglé d'écoule lement de réfrigérant.La tige de tiroir est appliquée en contact contre le corps du distributeur de façon à placer les deux étranglements en série, auquel cas du réfrigérant dont le sens d'écoulement est le sens de sollicitation de la tige du tiroir doit traverser-les deux étranglements pour être étranglé d'un degré relativement grand. Un écoulement de réfrigérant s'éffec- tuant en opposition à la poussée exercée sur la tige contrebalance cette poussée et contourne en fait l'étranglement existant dans la tige de tiroir de sorte qu'il se produit un moins fort degré d'étranglement. Les dimensions des étranglements sont choisies de façon à obtenir un degré optimal de détente du réfrigérant en fonction de son sens de passage dans le système. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels - les figures 1 et 2 représentent sous une forme schématique une pompe à chaleur comportant un dispositif de détente suivant l'invention respectivement pendant les cycles de chauffage et de refroidissement, - les figures 3 et 4 sont des vues de détail des dispositifs de détente représentés sur les figures 1 et 2. Le dispositif de détente qui va être décrit dans la suite comprend un corps de distributeur pourvu dtun étranglement pour assurer la détente du réfrigérant le traversant et une tige de tiroir poussée par un ressort et comportant un second étranglement pour assurer également une détente du réfrigérant la traversant. Le dispositif est agencé pour être incorporé à une pompe à chaleur qui fonctionne dans un cycle de chauffage lorsque du réfrigérant-s'écoule dans une direction et dans un cycle de refroidissement lorsque du réfrigérant s'écoule dans l'autre direction. Pendant le cycle de chauffage, il est nécessaire de créer un haut degré d'étranglement pour obtenir un rendement optimal du système tandis qu'un degré d'étranglement relativement faible est nécessaire lorsque la pompe à chaleur fonctionne dans son cycle de refroidissement.En conséquence la tige de distributeur estpoussée de manière que 1'étrsugle- ment qu'elle comporte soit placé en série avec 11 étranglement prévu dans le corps du distributeur lorsque le système fonctionne dans son cycle de chauffage afin que le réfrigérant passant dans le dispositif de détente ait à traverser les deux étranglements et soit étranglé d'un fort degré.Pendant le cycle de refroidissement, le réfrigérant contrebalance la poussée exercée sur la tige de tiroir et sépare l'étranglement se trouvant dans la tige de celui se trouvant dans le corps du distributeur afin que du réfrigérant contourne l'étranglement se trouvant dans la tige et soit détendu seulement par l'étranglement se trouvant dans le corps. Sn conséquence, dans le dernier cas, le degré d'étranglement est faible par comparaison à celui se produisant pendant le cycle de chauffage. Sur les dessins, les figures 1 et 3 représentent une pompe à chaleur et le dispositif de détente incorporé quand la pompe à chaleur fonctionne dans son cycle de chauffage. La pompe à chaleur comprend un échangeur de chaleur extérieur 2 et un échangeur de chaleur intérieur 4 ainsi qu'un compresseur 6, un distributeur inverseur 8 et un dispositif de détente réversible 10. Lorsque la pompe à chaleur fonctionne dans son cycle de chauffage, l'échangeur de chaleur 4 joue le rôle d'un condenseur et fournit de la chaleur au milieu environnant. Le distributeur inverseur 8 comprend un tiroir 12 coulissant dans un cylindre 14, le tiroir et le cylindre comportant des passages coopérants de réfrigérant pour diriger du réfrigérant dans des passages alterné en fonction des deux positions alternées qu'ils peuvent prendre.Le tiroir 12' prend sa position limite de gauche dans le cyclindre 14 lorsque l'échangeur de chaleur 2 fonctionne comme évaporateur et de Ia vapeur de réfrigérant sortant de 11 échangeur-de chaleur 2 par l'intermédiairé d'un tuyau 16 est dirigée-vers un tuyau 18 aboutissant au compresseur 6 et ensuite la vapeur de réfrigérant comprimée est dirigée vers un tuyau 20 aboutissant à l'échangeur de chaleur 4 qui fonctionne comme condenseur.D'autre part, lorsque la pompe à chaleur fonctionne dans son cycle de refroidissement comme indiqué sur la figure 2, le tiroir 12 se trouve dans sa position limite de droite et de la vapeur de réfrigérant sortant de l'échangeur de chaleur 4 qui fonctionne comme évaporateur est dirigée vers le tuyau 18 aboutissant au compresseur 6 puis vers le tuyau 16 aboutissant à l'échangeur de chaleur 2 qui fonctionne maintenant comme condenseur. Le distributeur traverseur 8 commande par conséquent la direction d'écoulement du réfrigérant dans la pompe à chaleur ainsi que le mode de fonctionnement du système. En ce qui concerne le dispositif de détente 10, celui-ci comprend un corps de distributeur 22 cylindrique et pourvu d'un passage de réfrigérant s'étendant suivant l'axe longitudinal du dispositif. Ce passage comprend à une extrémité une -première partie ou chambre 24 de diamètre relativement grand et s'étendant vers la gauche à partir de l'extrémité de droite du corps du distributeur en regardant les dessins, une seconde partie ou premier étranglement 26 qui a pour but d'étrangler l'écoulement de réfrigérant le traversant et qui présente un diamètre relativement petit, ainsi qu'unie troisième partie 28 présentant un diamètre compris entre celui des parties 24 et 26. Du réfrigérant passant dans le premier étranglement 26 se détend du fait de son petit diamètre. Un siège de soupape 30 est formé entre les parties 24 et 26 de la tige 32 du distributeur.Le corps de distributeur 22 se termine à son extrémité de gauche, en regardant les dessins, par une partie 30 filetée extérieurement et destinée à être reliée à un tuyau de réfrigérant partant de l'échangeur de chaleur 2. Le dispositif de détente 8 comporte. en outre un chapeau 34 qui est agencé pour être fixé à l'extrémité de droite du corps de distributeur 22 et qui coopère avec ce dernier pour définir la chambre 24. Le chapeau 34 comporte un passage de réfrigérant 36 le traversant pour déboucher dans la chambre 24 et il se termine par une partie 37 filetée extérieurement et qui peut être reliée au tuyau de réfrigérant partant de l'échangeur de chaleur 4. La tige 32 est disposée dans la chambre 24 de manière à se déplacer axialement dans celle-ci. La tige 32 de la soupape a un profil sensiblement cylindrique et elle se termine par une partie conique 38 qui est agencée de manière à s'appliquer contre le siège de soupape 31. Un passage de réfrigérant constituant un second étranglement 40 est ménagé suivant l'axe longitudinal de la tige de soupape 32. Lorsque la tige 32 est appliquée contre le siège de soupape 31, les étranglements 26 et 40 sontdisposés en série de sorte que du réfrigérant traversant le dispositif de détente 10 doit passer au travers des deux étranglements et doit être détendu en correspondance. L'étranglement 40-se termine à son extrémité de droite par une partie élargie 42 qui présente un diamètre supérieur à celui de l'étranglement et qui est pourvu de plusieurs passages radiaux 44 s'étendant jusqu'à la surface extérieure de la tige de soupape. La tige de soupape 32 comporte en outre une série de palettes radiales 46 qui maintiennent la tige de soupape 32 au centre de la chambre 24. La longueur de la tige 32 est inférieure à celle de la chambre 24 et la tige peut se déplacer axialement dans cette chambre. Un ressort 48 est disposé dans la chambre 24 entre la tige de soupape 32 et la paroi terminale de la chambre 24 formée par la surface intérieure du chapeau 34.Le ressort 48 pousse la tige de soupape 32 contre le siège 31 de manière que, en 1'absence d'une force antagoniste, les etranglements 26 et 40 soient disposés en série. Le ressort 48 est choisi de manière à exercer une force insuffisante pour maintenir l'application de la tige 32 contre le siège 31 lorsque la direction d'écoulement du réfrigérant est orientée dans le sens contraire des aiguilles d'une montre en regardant la figure 2. En d'autres termes, le ressort 48 est choisi de manière que la pression exercée par le réfrigérant soit suffisante pour vaincre la force engendrée par le ressort. Pour faire fonctionner le système dans son cycle de chauffage, l'échangeur de chaleur 4 fonctionnant alors comme un condenseur, le tiroir 12 prend la position représentée sur la figure 1 pour établir un écoulement de réfrigérant dans le sens des aiguilles d'une montre en regardant'cette figure. Du réfrigérant comprimé et chaud est dirigé vers l'échan- geur de chaleur 4 où il cède sa chaleur et se condense. Le réfrigérant liquide sort de l'-échangeur de chaleur 4 pour pénétrer dans le dispositif de détente 10. Ce réfrigérant liquide passe alors dans le passage 37 ménagé dans le chapeau 34 et pénètre dans la chambre 24.La tige de soupape 32 est appliquée contre le siège 31 sous l'action du ressort 48 et du réfrigérant passe dans la partie élargie 42 pour pénétrer dans l'étranglement 40 où il est partiellement détendu puis il passe dans l'étranglement 26 où le processus de détente se poursuit. Le réfrigérant détendu sort du dispositif 10 par l'intermédiaire de la partie 28 et passe dans l'échangeur de chaleur 2. Le réfrigérant à basse pression absorbe la chaleur ambiante de l'échangeur de chaleur 2 et s'évapore. La vapeur de réfrigérant revient alors en arrière dans le compresseur 6. Lorsque le système fonctionne dans le mode de refroidissement, le tiroir 12 se déplace vers la droite à l'intérieur du cylindre 14 représenté sur la figure 2 de manière que l'échangeur de chaleur 4 fonctionne comme évaporateur. De la vapeur de réfrigérant comprimée et chaude sortant de l'échangeur de chaleur 6 pénètre dans l'échangeur de chaleur 2 où elle cède sa chaleur au milieu environnant et se condense. Le réfrigérant liquide pénètre dans le dispositif de détente 10 comme indiqué sur les figures 2 et 4. Du réfrigérant pénètre dans la partie 28 et passe dans l'étranglement 26 où il se détend. La pression exercée par l'écoulement de réfrigérant contre la tige de soupape 32 est suffisante pour vaincre la force du ressort 48 et par conséquent la tige de soupape 32 de son siège.La majeure partie de réfrigérant provenant de l'étranglement 26 s'écoule entre les palettes46 entourant la tige de soupape 32, dans les canaux 44 et la partie 42 et elle sort par le passage 37 en direction de l'échangeur de chaleur 4. Une petite quantité de réfrigérant peut passer par l'étranglement 40 prévu dans la tige de soupape 32 mais cette partie est suffisamment petite pour que le réfrigérant contourne-en fait cet étranglement. En conséquence la détente qui se produit est dfleecclusivement à l'écoulement passant dans l'étranglement 26. Le réfrigérant détendu pénètre dans l'échangeur de chaleur 4 où il absorbe la chaleur ambiante et se vapo rise et la vapeur de réfrigérant revient vers le compresseur 6. On peut considérer le dispositif de détente 10 comme comprenant un petit nombre d'éléments aisément fabriqués et assemblées. Le dispositif de détente étrangle l'écoulement de réfrigérant le traversant suivant des degrés qui sont fonction de la direction d'écoulement dans le dispositif. Le dispositif est d'un fonctionnement sûr et efficace. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas au mode d'exécution préférentiel décrit ci-dessus, mais elle peut inclure des variantes sans sortir du cadre des revendications. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détente pour un système de réfrigération réversible, caractérisé en ce qu'il comporte un corps de soupape (22) pourvu d'un premier étranglement (26) dimensionne de façon à assurer l'augmentation de l'écoulement de réfrigérant le traversant et une chambre(24) communiquant avec le premier étranglement, une tige de soupape (32) placée dans ladite chambre et comportant un second étranglement (40) dimensionné de façon à assurer la détente du réfrigérant le traversant, ladite tige de soupape étant mobile en réponse à l'écoulement de réfrigérant dans une direction pour coopérer avec le corps de distributeur afin d'établir un premier parcours d'écoulement de réfrigérant en vue d'une détente du réfrigérant dans le premier et le second étranglements et mobile en réponse à un écoulement du réfrigérant dans la direction inverse pour établir un second trajet d'écoule ment en vue de la détente du réfrigérant seulement dans un des étranglements. 2. Dispositif de détente suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un siège de soupape (31) prévu entre ladite chambre et le premier étranglement et sur lequel vient s'appliquer la tige de soupape en réponse à un écoulement du réfrigérant dans la première direction pour placer le premier et le second étranglements en série, la tige de soupape étant écartée dudit siège en réponse à un écoulement du réfrigérant dans la direction inverse afin de séparer le premier et le second étranglements. 3. Dispositif de détente suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de poussée (48) pour appliquer la tige de soupape contre son siège, ledit moyen de poussée ayant une puissance insuffisante pour s'opposer à la force exercée par l'écoulement de réfrigérant dans la direction inverse sur ladite tige de soupape de manière que la force de l'écoulement de réfrigérant en s'exerçant dans la direction inverse contrebalance la force du moyen de poussée pour écarter la tige de soupape de son siège. 4. Dispositif de détente suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite chambre établit un trajet d'écoulement de réfrigérant autour de la tige de soupape lorsque celle ci est écartée de son siège, ledit trajet obligeant ltécoulement de réfrigerant passant dans la seconde direction à contourner pratiquement le second étranglement.