Brevet FR2500600A1 — publié le 19820827

La présente invention a trait a un système de ré- frigération en boucle fermée utilisant un compresseur à vis hélicoïdales incorporant une soupape à tiroir, et plus par- ticulièrement à un dispositif de décharge pour assurer le déplacement du tiroir vers la position de charge nulle lors de l'arrêt du compresseur sans avoir besoin d'un organe po- sitif tel qu'un ressort pour assurer cette fonction. Les systèmes de réfrigération et de conditionnement d'air utilisent depuis longtemps des compresseurs rotatifs à vis hélicoïdales comme éléments sur un circuit de réfrigé- ration à boucle fermée, le compresseur, un condenseur et un évaporateur étant connectés dans cet ordre en série sur la boucle fermée, une soupape d'expansion thermique ou analogue étant disposée entre le condenseur et l'évaporateur, ce qui définit les pressiom hautes et basses du système sur les côtés opposés du moyen d'expansion. En outre, un tel compresseur à vis hélicoïdales est souvent caractérisé par une soupape de décharge qui peut se déplacer longitudinalement par rap- port au carter du compresseur à vis et forme une partie de l'enveloppe des rotors à vis hélicoïdales en engrènement, entre lesquels a lieu le processus de compression. Une telle soupape à tiroir est couplée de façon fixe à un piston qui est monté pour coulisser de façon étanche dans un cylindre d'entraînement linéaire du tiroir de décharge, aligné avec celuici et s'étendant à partir du carter du compresseur. Le tiroir lui-même est déplaçable entre une position extrême de pleine charge et une position extrême de charge nulle. Dans la position de charge nulle, une grande partie du gaz réfrigérant entrant dans le compresseur par la lumière d'as- piration peut retourner au côté aspiration du compresseur en fonction du déplacement linéaire du tiroir à partir d'une butée fixe définissant une position de pleine charge. Quand le tiroir se déplace vers cette butée, le passage de dériva- tion, ou le retour du gaz, est limité et le gaz réfrigérant pénétrant par la lumière d'aspiration doit être comprimé par le compresseur qui le refoule à haute pression par une lu- mière de refoulement. Le gaz comprimé à haute pression est dirigé vers le côté haute pression de la machine pour être condensé dans le condenseur et finalement:tre envoyé sous forme liqTuide à travers la soupape d'expansion thermique ou un organe d'expansion analogue, et de là vers l'évaporateur. Il s'y produit l'évaporation du réfrigérant avant de retourner sous forme de vapeur basse pression vers la lumière d'aspi- ration du compresseur. En outre, de façon classique l'huile est envoyée sur les paliers du compresseur et est de préférence injectée directement dans l'opération de compression par une ou plu- 1i sieurs lumières d'injection dans le carter du compresseur, o elle se mélange avec le réfrigérant. Sur la boucle fermée, est prévu de façon classique un séparateur d'huile en aval du compresseur et en amont du condenseur. L'huile est séparée du réfrigérant, qui circule alors dans la boucle fermée. L'huile est renvoyée au compresseur et une partie de l'huile est injectée directement dans la chambre de travail définie par les rotors à vis hélicoïdales. Le vérin d'entraînement linéiare est de préférence hydraulique et le piston qui est monté dans le cylindre pour y coulisser de façon étanche dé- finit des chambres fermées sur ses faces opposées. Une cham- bre interne est adjacente au compresseur lui-même et une chambre externe est écartée du compresseur. De façon clas- sique, un ressort hélicoïdal est monté sur l'ensemble du tiroir et agit directement soit sur le tiroir, soit sur le piston du cylindre d'entraînement, pour solliciter le tiroir en position de charge nulle, ce qui réalise une dérivation maximum ou un retour maximum du gaz d'aspiration pénétrant dans la chambre de travail du compresseur. Afin d'effectuer la charge du compresseur en fonc- tion des conditions de charge du système, l'huile séparée, qui est à la pression de refoulement (ou à une pression su- périeure fournie par une pompe à huile) est dirigée vers la chambre externe pour entraîner le tiroir dans une direction tendant à obturer l'ouverture de dérivation (ou l'intervalle entre le tiroir et la butée fixe), c'est-à-dire vers la po- sition de pleine charge. Bien que ce système fonctionne de façon tout à fait satisfaisante en pratique, il estcompliqué et est sujet à des problèmes possibles si le ressort se brise Q0600 ou s'accroche. En outre, afir de d6rlacer le tiroir contre la sollicitation du ressort, un effort doit être surmonté ce qui dans une certaine mesure provoque une perte de puis- sance. C'est donc un premier objet de la présente inven- tion de proposer un système de commande de décharge perfec- tionné pour un système de réfrigération ou d'air condition- né en boucle fermée fonctionnant avec un compresseur à vis hélicoïdales, qui fonctionne de façon simple, qui opère automatiquement lors d'un arrêt du compresseur et dans lequel la nécessité d'un ressort pour solliciter le tiroir vers la position de décharge est supprimé. L'invention a pour objet un système de réfrigéra- tion en boucle fermée comprenant un compresseur, un conden- seur et un évaporateur connectés en série en boucle fermée au moyen d'un système de conduite, dans cet ordre, et avec un organe d'expansion interposé entre le condenseur et l'éva- porateur, définissant un côté basse pression du système à l'évaporateur et un côté haute pression au condenseur. Le compresseur est du type à vis hélicoïdales et est muni d'un tiroir de décharge qui est déplacable entre une position de pleine charge et une position de charge nulle du compresseur. Un vérin d'entraînement est couplé de façon opérante au ti- roir et comprend un piston monté pour pouvoir coulisser de façon étanche dans un cylindre et connecté au tiroir pour le déplacer entre lesdites positions, le cylindre formant avec le piston une chambre interne sur le côté du piston ad- jacent au tiroir et une chambre externe sur le côté opposé. La chambreinterne est en communication avec la pression de refoulement du compresseur de façon que la pression de re- foulement tende à déplacer le tiroir vers la position de charge nulle. Le système de conduite comporte des moyens pour connecter sélectivement la chambre externe à la pression de refoulement du compresseur ce qui tend à déplacer le ti- roir vers la position de pleine charge. Le perfectionnement réside dans une soupape de contrôle montée entre l'évapora- teur et la lumière d'aspiration du compresseur sur ladite conduite, des moyens fermant normalement la chambre externe -3600 par rapport au cÈtg haute pression du systeiae et des moyens Ouvrant lror;aicment n chanre externe g la pressior Lascs du systè.e en amont de la soupape de contrôle, d'o il résul- te cue lorsque le comnpresseur s'arrête, la chambre externe est mise en cozm-;unication avec le côté basse pression du système tandis -ue la chambre interne est mise en comuuni- cation avec le côté haute pression, et dans lequel pendant le temps;-îcessaire cour écuilibrer les pressions de l'ensem- ble du système, une pression différentielle déplace le tiroir !0 vers la position de charge nulle du compresseur. Le système de conduite comprend de préférence une conduite de commande de décharge connectée par une extrémité la chambre externe et par l'extrémité opposée à la con- duite de boucle fermée, en un point situé entre l'évaporateur et le comrresseur et en amont de la soupape de contrôle. Une soupape normalement ouverte, commandée par solénoïde est prévue sur la conduite de décharge. Une conduite de charge est connectée par une extrémité à la boucle fermée en un point situé entre la lumière de refoulement du compresseur et le condenseur et est connectée par l'autre extrémité à la chambre externe. Une soupape normalment fermée, actionnée par solénolde, est prévue sur la conduite de charge et le système est pourvu de moyens de commande pour exciter les deux solenoidcs des soupapcs seulemert pendant le fonction- nement du compresseur, de façon que pendant que le comapres- seur s'arrête, le tiroir soit forcé de se déplacer vers la position de charge nulle par suite de la différence de pres- sion sur les faces du piston. Le système de réfrigération A boucle fermée -eut être du type noyé dans l'huile avec un séparateur d'huile sur la boucle fermée entre la lumière de refoulement du compresseur et le condenseur, et la con- duite de charge peut comprendre une conduite d'huile connectée une extrémité au séparateur d'huile et par l'autre extré- mité la chantre exterre et présentant un branchement menant I une lumière injection d'huile dans Le carter du compres- seur, débouchant en un point intcrmëdiire entre la lumière asriraticn et la lumière de refoulemaent du compresseur. La figure unique du dessin ci-joint représente un C0600 schéma d'un système de réfrigération à boucle fermée avec compresseur à vis hélicoïdales, incorporant le système de décharge perfectionné pour l'arrêt du compresseur incluant une commande automatique selon une forme de réalisation pré- férée de la présente invention. Le dessin représente un système de réfrigération à boucle fermée 10, qui peut être employé pour de la réfri- gération commerciale ou qui peut fonctionner dans une instal- lation de pompe à chaleur. Un évaporateur 12 et un condenseur 14 sont connectés avec un compresseur 18 pour former une boucle de réfrigération fermée par des moyens de conduite dans lesquels circule un réfrigérant R, (tel que le R-22). La boucle de réfrigération fermée comporte comme composants principaux l'évaporateur 12, le condenseur 14 et un compresseur rotatif 18 à vis hélicoïdales. Le com- presseur 18 est interposé entre l'évaporateur 12 et le con- denseur 14. De façon classique, une soupape 20 à expansion thermique est prévue pour l'expansion du réfrigérant comprimé avant l'entrée de celui-ci dans l'évaporateur 12. Le compres- seur 18 comporte une lumière d'aspiration 22 basse pression et une lumière de refoulement haute pression 24. La lumière de refoulement 24 est connectée par une conduite de refoule- ment 26 à un séparateur d'huile 28 interposé entre l'évapo- rateur 12 et le condenseur 14. Le système de conduites com- prend une conduite de refoulement 26 qui est connectée au condenseur 14 en aval du séparateur d'huile. La vapeur de réfrigérant R se condense sous forme liquide à partir de l'état gazeux ou vapeur. Une conduite de liquide 28 est con- nectée au condenseur 14 sur son côté refoulement et est con- nectée à l'évaporateur 12 à son côté entrée. Une soupape de fermeture appropriée 30 commandée par solénoïde est in- corporée sur la conduite de liquide, en amont de la soupape d'expansion thermique 20. Du fait de la chute de pression dans la soupape 20, le réfrigérant liquide sous hautepres- sion se vaporise, sa pression est réduite et pendant la vaporisation dans l'évaporateur 12, il absorbe de la chaleur suivant le fonctionnement classique d'un évaporateur. Le ré- frigérant sous forme vapeur retourne au compresseur par la C0600 conduite d'aspiration 32 aqui est connectée par une extrémité au côté refoulement de l'évaporateur 12 et par l'autre extré- mité a la lumière d'aspiration 22 du compresseur 18. Le comrprezseur 18 à vis hélicoidales est muni d'âne soupape a tiroir 34 comportant un tiroir 36 qui se déplace longitudinalement par rapport au rotor 35 à vis hélicoldales en engrènement logé dans le carter 60 du compresseur. Le ti- roir 36 constitue une partie de l'enveloppe du compresseur. Schématiquement, le tiroir 36 est représenté en position de pleine charge avec le tiroir appliqué contre une butée 38, empêchant le retour du réfrigérant sous forme de vapeur non comprimée vers la lumière d'aspiration 22 au côté basse pres- sion de la machine, et évitant ainsi l'opération de compres- sion entre la lumière d'aspiration 22 et la lumière de re- foulement 24 du compresseur 18. Le tiroir 36 est connecté par une tige 40 à un piston 42 d'un moteur linéaire de dé- charge 44. Le piston 42 est logé dans un cylindre 45 et peut y coulisser de façon étanche, séparant ainsi une chambre in- terne 46 d'une chambre externe 48 sur les deux faces du pis- tDn 42. La chambre interne 46 communique avec le côté refou- lement du compresseur et ainsi>quand celui-ci fonctionne, est & une pression relativement élevée. La chambre externe 48 est exposée à la pression du fluide pour créer une dif- férence de pression entre les faces du piston et déplacer le tiroir 36 vers la position de pleine charge représentée sur le dessin, c'est-à-dire avec le tiroir 36 appliqué contre la butée 38, ou l'en écarter. Dans la forme de réalisation représentée, ceci est réalisé en utilisant une huile O aui remplit une partie du séparateur d'huile 28, l'huile étant extraite du sépara- teur par une conduite de charge d'huile 50. La conduite de charge d'huile est connectée par un T 56, un T 52 et une conduite 54 à la chambre externe 48 du cylindre moteur 44. En outre, au moyen du T 56, -a conduite de charge est con- nectée à une lumière injection d'huile 58 débouchant dans le carter 60 du compresseur 18, directement sur lesvis en engrènement et la chambre de travail (non représentée) du compresseur a un point de pression intermédiaire dans le C3600 processus de compression. C'est-!-dire un niveau de pres- sion supérieur a celui de la pression à la lu:ière d'asri- ration 22 mais inféreiur I la pression à la lumière de refou- lement 24 du compresseur. En outre, le schéma de commande selon l'invention est caractérisé par l'utilisation d'une conduite de décharge 62 cui est connectée rar l'intermédiaire d'un T 64 à la con- duite d'aspiration 32 en un point intermédiaire entre l'éva- porateur 12 et la lumière d'aspiration 22. La conduite de décharge 62 est connectée à son extrémité opposée au T 52 et est ainsi connectée par la conduite 54 à la chambre externe 48 du moteur de la soupape de décharge. La conduite de dé- charge comporte une soupape 66 normalement ouverte, action- née par solénoïde tandis que la conduite de charge comporte une soupape 68 normalement fermée, actionnée par solénoïde. Les soupapes sont connectées respectivement par des lignes électriques 70 et 72 a une source électriaue par l'intermé- diaire du système de commande 74, de façon que pendant le fonctionnement du compresseur 18, une tension électrique soit appliquée par les lignes 70 et 72 pour exciter les so- léno7des des soupapes 66 et 68. Le système de commande 78 est programmé de façon telle que chaque fois que le moteur électrique (non représenté) fonctionne pour entrainer le compresseur 18, les soupapes 66 et 68 soient actionnées et quand le compresseur est arrêté, les soupapes 66 et 68 ne sont pas actionnées. Le schéma de commande est en outre caractérisé par l'incorporation d'une soupare de test 76 sur la conduite d'aspiration, en aval du point de connexion de la ligne de décharge 62. Comme on peut le voir, le système de conmaande de décharge incorporé dans le système de réfrigération I boucle fermée assure le fonctionnement du système avec le compres- seur déchargé au départ et sans avoir besoin d'un ressort hélicoïdal ou d'un autre organe d'entraînement positif pour déplacer le piston 42 ou le tiroir 36 vers sa position coi- plètement déchargée ruand le compresseur est arrêté. En uti- lisant la soupape 68 normalement fermée sur la conduite de C3600 -t: 3;, ::-, i-o r r:'3] ns7.:.....t omuvcrte sunr la conduite de dcarge et en conr.ectnt la ligne de decharge en amont dc la sour.r ue tesz 76, lors die l'arrêt du comrresseur, la chambre exterrne Il8 et ainsi le côté externe du piston 5.2 is er cor::sricaticn avec le côté:sse pression du systz.,e, tandis que la chambre interne 46, du côte interne du Pistur z2, est ex:osZe à la haute -ression (nuisru'il r a pas de soupane de test de refoulerenrt sur la conduite de refoulement 26). L'invention assure un délai l'arrêt d, comnres- seur, ce uui est normal pmour le système moyen pour égaliser la pression aval et la pression arn nt,délai qui est noriiale- mrent plus que suffisant pour déplacer le piston de décharge 42 par la pression d'aspiration applicuée à la chambre 48 rendant l'absence d'excitation du soléno!de de la soupape 66, en ouvrant cette chambre au côté aspiration ou basse - pression de la machine. Simultanément, par suppression de l'excitation du solénoïde de la soupape 68, la conduite de charge est fermée à ce point au côté refoulement du compres- seur et ainsi au côté haute pression du système. Avantageusement la conduite de charge est connectée au séparateur d'huile de façon à recevoir l'huile i la pres- sion de refoulement du système ou à une pression supérieure par utilisation d'une pompe a huile pour assurer crue pendant le fonctionnement normal du compresseur une pression suffi- sax.mtent haute dans la chambre externe 48 agit pour entraîner le tiroir 26 vers la position de pleine charge contre la butée 33, irndépendaiment de la pression de refoulement du compresseur agissant directement dans la chambre 46 sur le côté opposé du piston 42. La rompe ô huile n'est pas nécessaire, même si les deux côtés du niston sont à la même pression (en charge) parce cu'il y a une différence de pression nette à travers le tiroir rui a pour effet une force nette tendant a déplacer l'ensemble tiroir et pister vers la position de charge. C0600 REVENDICATIONS 1.- Système de réfrigération à boucle fermée com- prenant un compresseur (18), an condenseur (14) et un éva- porateur (12), des conduites connectant le compresseur, le condenseur et l'épavorateur en série dans cet ordre dans une boucle fermée, les conduites comprenant des moyens d'expan- sion (20) en amont de l'évaporateur, dans lequel le compres- seur est un compresseur rotatif à vis hélicoïdales ayant une lumière d'aspiration basse pression (22) et une lumière de refoulement haute pression (24), une soupape de décharge (34) à tiroir (36) déplaçable entre une position de pleine charge et une position de charge nulle du compresseur, un moteur d'entraînement linéaire (44), comportant un piston (42) pou- vant coulisser de façon étanche dans un cylindre (45) et déterminant une chambre interne (46) et une chambre externe (48) sur les faces opposées du piston, la chambre interne étant en communication avec la pression de refoulement du compresseur et tendant à déplacer le tiroir vers la position de charge nulle du compresseur, et dans lequel les conduites comprennent en outre des moyens (68) pour connecter sélecti- vement la chambre externe à la pression de refoulement du compresseur pour tendre à déplacer le tiroir vers la posi- tion de pleine charge du compresseur, caractérisé en ce qu'il comporte une soupape de test (76) dans le système de conduite entre l'évaporateur (12) et la lumière d'aspiration (22) du compresseur, des moyens (68) isolant normalement la chambre externe de la pression haute du système et des moyens (66) ouvrant normalement la chambre externe à la pression basse du système en amont de la soupape de test; d'o il résulte que lorsque le compresseur s'arrête, la chambre externe est mise en communication avec le côté basse pression du sys- tème tandis que la chambre interne est mise en communication avec le côté haute pression du système de façon que pendant le délai nécessaire pour obtenir l'égalisation des pressions haute et basse du système, le piston de décharge et la sou- pape à tiroir soient poussés automatiquement vers la posi- tion de charge nulle du compresseur. C0600 2.- Système selon la revendication 1, dans lequel les conduites comprennent une conduite de comlande de dé- charge (62) connectée c une extrémité à la chambre externe t48) et l'extrémité opposée C la boucle fermée en un point (64) situé entre l'évaporateur (12) et le compresseur (18) et en amont de la soupape de test (76), une conduite de charge (50) est connectée par une extrémité à la chambre externe (48) et par son extrémité opposée à la boucle fermée en un point intermédiaire entre le compresseur 18 et le condenseur (14) et une soupape normalement fermée (68) action- née par soléno-de est prévue sur la ligne et dans lequel le système comprend en outre des moyens de commande pour ex- citer les deux solénoïdes des soupapes seulement pendant le fonctionnement du compresseur de façon que pour l'arrêt du compresseur la chambre externe soit isolée de la pression haute du système par la conduite de charge et soit connectée à la pression basse du système par la conduite de décharge. 3.- Système selon la revendication 2, dans lequel le compresseur (18) est du type noyé dans l'huile et le sys- tème comporte un séparateur d'huile (28) sur la boucle fermée intermédiaire entre le compresseur (18) et le condenseur (14) et la ligne de charge comprend une conduite d'huile débou- chant à une extrémité dans le séparateur d'huile et à l'autre extrémité dans la chambre externe (48), et dans lequel la conduite d'huile comprend en outre une conduite d'injection débouchant dans une lumière (58) formée dans le carter du compresseur à vis hélicoïdales à un point intermédiaire entre la lumière d'aspiration et la lumière de refoulement.