Brevet FR2367911A1 — publié le 19780512

La présente invention concerne une nouvelle forme de soupape ou de clapet améliorant de façon sensible les performances d'une pompe à gaz ou d'un compresseur tel que celui dlune installation ou d'un appareil frigorifique, ou bien d'un moteur à gaz ou thermique, dans la mesure où les clapets de ces machines sont sollicités par la différence entre les pressions s'exerçant sur les différentes surfaces desdits clapets et non par un moyen purement mécanique tel qu'un arbre à cames, ainsi que tout moteur, compresseur, pompe ou autre machine équipgde tels clapets. On connait le clapet classique qui le plus souvent possède une forme tronconique épousant un siège dont la surface est également tronconique de sorte que lorsque le clapet est en position fermée ilisole un volume d'un autre à des moments appropriés, fermant ainsi le passage au fluide circulant dans la machine, le clapet étant maintenu dans cette position fermée par une pression du fluide en aval du clapet supérieure à celle en amont.Par contre, lorsque la pression en amont dépasse par une certaine quantité celle en aval, le clapet s'ouvre pour laisser passer le fluide0 Toutefois, cette forme de réalisation classique de clapet a un inconvénient majeur : la forme tronconique du siège du clapet exige une surface sur laquelle s ',exerce la pression en aval plus grande que celle sur laquelle stexerce la pression en amont, ce qui implique que le clapet stouvre- uniquement lorsque la pression en amont dépasse celle en aval par une quantité qui est fonction de la différence entre lesdites surfaces.,' Dans le cas d'un compresseur à piston, par exempte, le piston absorbe un certain travail mécanique fourni de l'extérieur en comprimant le fluide à une pression déjà égale à celle à la sortie. Par la suite, pour créer la différence de-pression nécessaire à ltouverture du clapet un supplément de travail est exigé. A l'instant mEme de ltouverture du clapet, cette différence de pression stannule très rapidement par une détente brusque du fluide comprimé, mais le travail fourni par cette détente ne peut être récupéré utilement, représentant ainsi une perte énergétique.Par ailleurs, tonde de choc créée par la détente est une source de bruit nuisible à ltenvironnement et de vibration susceptibles de provoquer une usure ou une fatigue prématurée de la machine0 Les nouvelles formes de soupape ou de clapet selon l'invention éliminent ces inconvénients de la soupape ou du clapet classique, car 1 'ouverture est sollicitée par une différence de pression très faibles Une partie de l'invention consiste donc à prévoir soit une surface de contact entre le clapet et son siège aussi petite que possible tout en restant compatible avec les propriétés mécaniques des matériaux utilisables et les états de surfaces possibles afin de minimiser la différence entre les surfaces contre lesquelles stexercent les pressions en amont et en aval, réduisant ainsi la différence de pression nécessaire à la sollicitation du clapet, soit une forme de clapet dont les surfaces soumises à ces pressions sont égales quelle que soit la surface de contact. Les buts et les caractéristiques de la présente invention paraitront plus clairement à la lecture de la description ci-dessous de réalisations pratiques, les exemples étant donnés en rapport avec les figures suivantes ou: - la figure 1 représente le piston et le cylindre d'un compresseur en regard d'une courbe de pression p régnant dans le cylindre en fonction de la position d du piston pendant la phase de compression d'un cycle complet, les différentes aires de cette courbe étant proportionnelles au travail à fournir au piston dans différents cas, - les figures 2, 3, 4, 5 représentent plusieurs exemples pratiques de réalisation de clapet mettant en oeuvre le principe de l'invention. Dans la figure 1, le point A correspond au départ de la phase de compression à une pression P1, le piston c étant à la position dl dans le cylindre e-. Lorsque le piston atteint le point d2, la pression dans le cylindre indiquée par le point B atteint la valeur p2 égale à celle de refoulement. Si le clapet de refoulement est d'un type classique, la pression doit encore croître à une valeur p3 atteinte lorsque le piston arrive à la position d3 pour solliciter ltouverture du clapet aFO Ensuite la pression dans le cylindre chute brusquement à la valeur p2, qui est celle de refoulement pendant que le piston refoule le contenu du cylindre en continuant sa course jusqu'à la position d4 à laquelle le volume laissé libre au dessus du piston est supposé nul. I1 est également supposé que pendant cette phase de compression le clapet d'admission b reste fermée Le travail mécanique fourni de l'extérieur au piston est donc proportionnel à l'aire ABCYDEFA. Si le principe du clapet de refoulement est celui de l'invention,! ce clapet s ouvre dès que la pression dans le cylindre atteint la valeur p2, cest-,àdire dès que le piston atteint la position d2. Ensuite, le piston refoule le contenu du cylindre à pression constante jusqu'à la fin de sa course d4.1 Dans ce cas, le travail mécanique absorbé par le piston est proportionnel à l'aire AB'D'EFA. Par rapport au premier cas, ceci représente une économie de travail proportionnel à l'aire BCDB. Pendant la phase d'admission, l'application du principe objet de la présente invention apporte également une amélioration de performance. Lorsque le piston quitte la position d4, le vide initialement créé sollicite instantanément ltouverture du clapet d'admission b à condition que le volume au dessus du piston soit rigoureusement nul. Or dans la pratique le volume mort fait que la pression dans le cylindre chute d'abord de p2 à pl. Dans le cas d'un clapet de principe classique, la pression doit encore chuter en dessous de pl pour ouvrir ce clapet, ce qui fait que le temps disponible, pendant un cycle, pour le remplissage du cylindre est diminué. Etant donné que la gaz a une certaine inertie, cette diminution du temps d'admission diminue 'aussi, dans la pratique, le taux de remplissage du cylindre.Cet inconvénient est donc évité par l'utilisation d'un clapet selon l'invention. Les figures 2, 3, 4, 5 montrent plusieurs formes possibles de clapet dont le principe selon l'invention est de minimiser ou éliminer la différence entre les surfaces soumises respectivement à la pression en amont et à la pression en avale La figure 4 indique une forme dérivée du clapet tronconique classique où il est possible de minimiser la surface de contact en employant des aciers de haute résistance parfaitement adaptés à un circuitfrigorifique dans lequel les températures ne dépassent pas une centaine de degrés Celsius. D'autres formes de clapet peuvent titre imaginées par lthomme de l'art en accord avec le principe de l'invention sans sortir pour t autant des limites de cette dernière, et il est bien entendu que la description cidessus,iladite description étant accompagnée de figures explicatives, n'est donnée qu(à titre d exemple et ne constitue en aucune façon de limites d'application de principe de l'invention ou de réalisation de dispositifs mettant en oeuvre le principe de llinvention. REVENDICATIONS 1 - Soupape ou clapet de refoulement ou d'admission collaborent avec le piston et le cylindre d'un compresseur, d'une pompe ou d'autres machines thermodynamiques, caractérisés par le fait que l'ouverture ou la fermeture de ladite soupape ou dudit clapet est sollicitée par une différence entre les pressions s'exerçant en amont et en aval, cette différence étant minimisée par une structure ou forme géométrique de ladite soupape ou dudit clapet en rendant le rapport des surfaces, soumises à ces pressions, aussi voisin que possible de l'unité et, en aucune façon, supérieur à 1,3. 2 - Compresseur, pompe à piston ou autres machines thermodynamiques caractérisés par le fait que les soupapes ou les clapets employés par ledit compresseur, ladite pompe ou lesdites machines thermodynamiques possèdent une structure ou une forme géométrique minimisant ou éliminant la différence entre les surfaces desdites soupapes ou desdits clapets contre lesquelles s'exercent les pressions en amont et en aval.