Brevet FR2327423A1 — publié le 19770506

La presente invention concerne un compresseur à taux de compression élevé et à course libre. Dans ce type de compresseur, et particulièrement dans ceux actionnés par un moteur linaire Qlectro-magnBtique, et en particulier ceux qui ont le comportement des résonateurs forcés, le dimensionnement est établi pour un rapport de pression donnés appelé le rapport de pression nominal. Dans certains compresseurs à moteur linéaire, ce rapport est celui pour lequel le système est à la résonance ; si ce rapport est très supérieur à 1 il est connu qu'avec un aménage- ment classique de la plaque à clapets il y a risque de chocs du piston en fin de course de refoulement et variation importante de la fréquence propre, donc du rendement électrique si le compresseur fonctionne à un rapport de pression voisin de t. Certains moyens sont connus pour pallier ces inconvénients, par exemple ceux décrits dans le brevet français nO 1 007 910 du i4 avril 1948 ; dans ce cas, 11 orifice de refoulement est obturé un peu avant le point mort côté culasse afin d'emprisonner dans le cylindre une quantité de fluide résldual dont la compression absorbe lténergie cinétique de ltéquipage mobile. Le brevet français nO 2 158 583 du 31 aodt 1971 apporte une autre solution au problème en prévoyants à l'aide du piston, ltob- turation de ltorifice de refoulement situé sur le cdté du cylindre. La détente du fluide assure alors un meilleur calage de l'angle de phase entre tension électrique et mouvement du piston. Avec une telle disposition, le volume de fluide rési- duel au moment de l'obturation de ltorifice de refoulement reste constant. Si le dimensionnement de la machine est établi pour un grand rapport de pression, ce qui est, par exemple, le cas des compresseurs pour fluide frigorigène, ce volume est forcement faible et fixe car la section du piston est faible et la course de refoulement commence près du point mort côté culasse ; l1exp- rience montre que dans ce cas l t énergie accumulable dans cet espace résiduel est insuffisante et la pression maximale excessive. Pour pallier cet inconvénient, la demande de brevet français nO 74 04 637 du 12 février 1974 prévoit un volume de fluide rési- duel variable par modification du point d'obturation de l'orifice de refoulement en fonction du rapport de pression du compresseur. On peut ainsi disposer d'une plus grande hauteur matelas lorsque l'on tend vers res rapports de pression voisins de 1. Cependant, ltexpérience montre que si ce dispositif est satisfaisant dans le cas des compresseurs d'air, ll nten est pas de meme pour les compresseurs pour fluide frigorigène en raison de l'influence des variations de la pression d'admission. La présente invention a pour but de réaliser un compresseur à taux de compression élevé qui ne présente pas les inconvénients précités. Suivant l'invention, le compresseur à taux de compression élevé comprend au moins un piston mobile oscillant à course libre dans un cylindre muni d'orifices d'admission et d'échappement à clapets et des moyens d'actionnement des pistons et il est caractér4sé en ce qu'il comprend deux pistons solidairessl'un de l'autre, et coopérant avec des cylindres distincts, l'échappement d'un premier cylindre étant relié à l'admission de l'autre, l'un au moins des cylindres comporte un matelas de fluide dans la chambre de compression entre le piston et le fond dudit cylindre. Le dispositif matelas est particulièrement efficace puisque la course de refoulement est courte en raison du frac tionnement de la compression en deux étages. Dans une version préférées le matelas est incorporé au cylindre basse pression ; ceci augmente son efficacité en raison de la plus grande surface du piston basse pression. On peut ainsi obtenir un taux de compression très éle- vé tout en gardant, au point de vue de l'élimination des chocs, l'efficacité du matelas d'un compresseur à faible rapport de pression. Le résultat est obtenu avec une structure plus simple que celle rappelée en dernier lieu, puisque les orifices d'échap- pement sont fixes en position sur une paroi du cylindre. Suivant une version proférée l'orifice de refoulement est situe sur la paroi latérale du cylindre et obturé par le déplacement du piston vers la fin de course, ce qui donne une solution technologiquement très simple. - Suivant une première réalisation particulière, les moyens d'actionnement comportent au moins un moteur linéaire alternatif, de préférence à fréquence synchrone. On peut ainsi réaliser, gracie â la correction de phase apportée par le matelas aux basses pressions de refoulement un compresseur électromagnéti- que à haute pression conservant une bonne stabilité et un bon dd- bit lorsqu'il fonctionne à basse pression. Suivant une deuxième réalisation particulière de l'in- Invention les moyens d'actionnement comprennent un seul moteur linéaire agencé pour comprimer au moins un ressort, et ce ressort est disposé de manière 9 faire déplacer les pistons dans le sens de la compression du fluide. Suivant une troisième réalisation particulière de l'invention, les moyens d'actionnement comprennent deux moteurs linéaires montés en opposition de phase et agencés pour conférer aux pistons un mouvement alternatif. Suivant une réalisation préférée de l'invention, les clapets des orifices d'au moins un des cylindres d'admission sont annulaires, disposés au fond des cylindres respectifs, et montés librement dans des moyens de guidage et de butée. On évite ainsi l'emploi du ressort, le mouvement des clapets résultant, par force d'inertie, des vibrations du bati. D'autres particularités de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif : - la figure 1 est une vue en coupe d'un compresseur conforme à l'invention t - la figure 2 est une vue schématique dluneseconde réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique d'une troisième réalisation de l'invention - la figure 4 est une vue schématique d'une quatrième réalisation de l'invention. En référence à la figure 1 , le compresseur comprend un moteur 1 avec un équipage mobile unique 2 dont les deux étages de compression se situent du mtme côté du noyau magnétique 3. L'énergie fournie par le moteur est accumulée dans un ressort 4, puis restituée au compresseur lors de la course retour. Le volume 5 engendré par la section différentielle 6 de l'équipage mo bile assure le premier étage de compression et le volume 7 engen dré par le petit piston 8 assure le deuxième étage de compres sinon. Les sections respectives sont calculées de manière que les taux de compression soient sensiblement les mimes dans chaque étage.L'aspiration du premier étage ainsi que celle du second étage constituent une deuxième particularité de l'invention. Dans ce type de machine, le corps non équilibré oscille à la fréquence m excitation avec une amplitude a = c étant la course de l'équipage mobile, m sa masse et M celle du corps ; cette oscillation est en opposition de phase avec le mouvement de l'équipa- ge mobile, en sorte que tout élément lié au corps est soumis à des forces dsinertie que l'on met à profit sur les clapets dtas~ piration, pour en assurer la tendance à-la fermeture au voisinage du point mort en fin de course d'aspiration.Ainsi, le ressort de rappel sur le siège'de chaque clapet d'aspiration peut entre supprimé d'où simplification technologique et réduction des espaces morts nuisibles, particulièrement avantageuse, pour ce cas d'application où la détente de l'air résiduel est mise à profit. Pour une bonne exploitation des forces d'inertie agissant sur chaque clapet, une lamitation de la levée à une valeur très inférieure à l'amplitude d'oscillation a a du corps est nécessaire ; si, de plus, l'on recherche une perméabilité convenable du cla- pet, l'expérimentation montre que la levée maximale du clapet doit entre comprise entre O,1aet 0,3 a.Pour la premier étage, le clapet d'aspiration 9 du type annulaire, est guidé sur son diamètre extérieur et vient en butée sur un anneau déformable 10 du genre circlip logé dans une gorge pratiquée dans le cylindre du premier étage 11. La construction adoptée pour l'aspiration du deuxième étage représente une autre variante ; le clapet 12, tou Jours de type annulaire, est prisonnier dans un rivet 13 ayant une double fonction, celle de guidage de clapet par le diamètre intérieur de celui-ci et celle de butée.La disposition des orifices de refoulement 14, 15 des deux étages sur les parois latérales des cylindres est conforme au brevet n 2 158 583, la position de ces orifices par rapport à la culasse se faisant, bien entendu, d'après le rapport de pression de chaque étage. L,expe- rience montre que pour certaines applications avec fluide frigorigène notamment, seul Xe premier étage comporte un matelas de préférence avec un refoulement latéral, le second étage ayant un aménagement classique dans la disposition des clapets. La figure 2 représente une disposition avec un seul moteur 1 et équipage mobile unique, mais dont les deux pistons 8, 8a se situent de part et autre du noyau magnétique du moteur3 une telle disposition permet de faire colncider la phase de refoulement du premier étage avec la phase d'aspiration du deuxième étage, ce qui évite l'interposition d'un volume tampon entre les deux étages. La figure 3 représente une variante de réalisation avec un équipage mobile commun entraîné par deux moteurs taf 7b, fonctionnant en opposition de phase ; les deux pistons 8, 8a se situent du mdme côté de l'équipage mobile avec une disposition du compresseur analogue à celle de la figure t. La figure 4 représente une réalisation analogue à celle de la figure 3, mais avec les deux étages disposés de part et d'autre des noyaux magnétiques 3a, 3b. REVENDICATIONS 1. Compresseur à taux de compression élevé comprenant au moins un piston mobile oscillant à course libre dans un cylindre muni d'orifices d'admission et d'dchappement à clapets et des moyens d'actionnement des pistons, caractérisé en ce qu'il comprend deux pistons solidaires l'un de l'autre et coopérant avec des cylindres distincts, I1 échappement d'un premier cylindre étant relié à l'admission de l'autre l'un au moins des cylindres comporte un matelas de fluide dans la chambre de compression entre le piston et le fond dudit cylindre. 2. Compresseur conforme à la revendication 1, carac térisé en ce que le matelas est situé dans le compresseur basse pression. 3. Compresseur conforme à la revendication 1 caractérisé en ce que l'orifice d'échappement du cylindre comportant un matelas, est situé sur la paroi latérale du cylindre de manière à constituer ce matelas. 4. Compresseur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement comprennent un seul mo sieur linéaire. 5. Compresseur conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que le moteur linéaire est agencé pour comprimer au moins un ressort, ce ressort étant disposé de manière à faire déplacer les pistons dans le sens de la compression du fluide. 6. Compresseur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement comprennent deux moteurs linéaires montés en opposition de phase et agencés pour conférer aux pistons un mouvement alternatif. 7. Compresseur conforme à l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'au moins lBun des clapets des orifices d'admission est du type à inertie annulaire, disposé au fond des cylindres respectifs et monté librement dans des moyens de guidage et de butée.