Brevet FR2544522A1 — publié le 19841019

1- L'on sait que l'un des paramètres importants de fonctionnement des sys- tèmes de réfrigération ou de conditionnement d'air utilisant un compresseur, est le taux de compression, c'est-à-dire le rapport des pressions entre l'amont et l'aval du compresseur, entre l'aspiration et l'échappement Ce rapport que l'on désignera dans le corps du texte ciaprès par la lettre r, définit en effet l'une des principales caractéristiques thermodynamiques du cycle dont dépend notamment le ren- dement thermodynamique. En particulier dans les compreseurs volumétriques rotatifs, tels que com- presseur à palette ou à vis, dotés normalement d'un taux de compression fixe, le rendement se dégrade rapidement lorsque le taux de compression utilisé s'écarte sensiblement du taux de compression de construction. Aussi a-t-on imaginé différents dispositifs tels que décrits par exemple dans le brevet US 3 088 659 permettant de faire varier à volonté le taux de compression de construction de façon à le rapprocher du taux rencontré en cours d'utilisation. Un cas simple de réalisation consiste à prévoir une machine ayant la possibilité d'avoir non pas une infinité de taux de compression ce qui nécessite des appareils complexes et coûteux tels que figurant par exemple dans la demande de brevet allemand 3 143 193 ou dans le brevet U S 4 362 472 mais deux taux seulement. La réalisation est en effet très simple puisque par exemple un simple piston susceptible d'occuper deux positions extrêmes manoeuvre la glissière de réglage du taux de compression visible sur la figure 1 du brevet US 3 088 650; l'une et l'autre position correspondent à chacun des taux de compression choisi Bien que cette solution ne soit pas aussi parfaite qu'un dispositif assurant une infinité de taux de compression, elle permet d'obtenir des rendements qui s'approchent à moins de 2 % de la solution idéale si lion opère dans une zone de taux de compression allant de 2,5 à 6, alors que les pertes peuvent atteindre 8 à 10 % lorsque le compreseur ne dispose que d'un seul taux de compression de construction. Le problème est alors de disposer d'un dispositif de mesure qui permette de "lire" le rapport de pression utilisé et en fonction de cette lecture, de donner les instructions nécesaires, c'est-à-dire par exemple d'envoyer ou de supprimer la pression sur le piston de commande de la glissière. Différents dispositifs ont été imaginés ou sont imaginables pour effectuer cette mesure, par exemple lutilisation de deux capteurs de pression dont les valeurs, transformées en valeurs électriques, sont comparées et transformées en un signal électrique actionnant une électro-valve. Mais ces dispositifs sont complexes du fait de la nécessité de transformer -2 25144522 -2 - les pressions en grandeurs électriques et d'avoir à reconvertir l'instruction élec- trique à nouveau en un signal de pression Par ailleurs, les dispositifs classiques par piston ou membranes, permettent aisément de mesurer une différence entre pressions, non de mesurer un rapport. La présente invention a pour objet un capteur de rapport de pression pour circuit frigorifique, circuit utilisant un gaz liquéfiable et comprenant au moins un compresseur comprimant ledit gaz d'une basse pression d'aspiration à une haute pression de refoulement, capteur comprenant une surface mobile, elle-même actionnant un organe de commande, et caractérisé en ce que un des côtés de la surface est exposé à la haute pression du gaz liquéfiable, l'autre côté est exposé à la pression de vapeur d'un liquide d'un deuxième gaz liquéfiable, une fraction au moins de ce liquide étant dans une enceinte en contact thermique avec une fraction liquide du premier gaz sensiblement à la pression d'aspiration, le deuxième gaz liquéfiable ayant à une température donnée une pression de vapeur supérieure à la pression de vapeur du premier gaz à cette même température. L'une des propriétés des liquides en équilibre de pression avec leurs phases vapeur est que deux liquides de nature différente ont à la même température, un rapport entre leurs pressions qui varie dans une large gamme de températures. En choisissent donc d'un côté de la surface mobile un liquide dont la pression est dans un rapport déterminé r avec la pression du gaz frigorigène utilisé, à la même température, et en appliquant de l'autre côté de la surface la pression de refoulement, les pressions de part et d'autre de ladite surface s'équilibrent lorsque r = r O et cette surface se déplace dans un sens ou dans l'autre suivant que r est plus petit ou plus grand que r. Il est alors très facile de faire actionner par cette surface déplaçable un organe de commande, par exemple un clapet qui ouvre ou ferme la communication entre la haute pression et par exemple le piston actionnant la glissière régulant le taux de compression du compresseur. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci- après et du dessin ci-annexé, donné à titre d'exemple non limitatif et o la figure 1 représente une vue schématique d'une installation frigorifi- que utilisant le capteur objet de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe d'un capteur conforme à l'invention; la figure 3 est un diagramme montrant les pressions régnant de part et d'autre de la membrane du capteur, objet de l'invention, en fonction de in tem- pérature. L'on voit sur la figure 1 un compresseur volumétrique 1, en l'espèce un compresseur à deux vis refoulant sa haute pression dans une canalisation 2 suivie -3- d'un condenseur 3, d'un réservoir d'accumulation 4, d'une valve d'expansion 5, d'un évaporateur 6 lui-même raccordé à l'aspiration du compresseur par une cana- lisation 7. Une glissière 8 peut de façon connue occuper deux positions représentées l'une en traits pleins, l'autre en traits pointillés; le changement de position modifie le point d'ouverture de l'échappement dans le compresseur et par là le taux de compression de construction. La position de cette glissière est commandée par un pistondfaintenu dans la position en trait plein par un ressort 10, mais qui se déplace dans la position figurant en pointillés si l'on amène la haute pression par la canalisation 11 Si l'on supprime la haute pression, le piston, qui n'est pas étanche, est ramené dans sa position en traits pleins par le ressort 10 et la pression en bout de la glissière. L'envoi de la haute pression dans le piston est commandé par le capteur 12 relié lui-même à la canalisation 11, à une canalisation 13 reliée à la canalisation haute pression 2, à une canalisation 14 se terminant par un bulbe 15 en contact avec lévaporateur 6; ce capteur et son fonctionnement vont maintenant être décrits à l'occasion de l'examen de la figure 2. L'on voit que ce capteur 12 comprend un corps 16 partagé en deux par une membrane déformable 17 actionnant un organe de commande constitué du bras 18, du clapet 19 qui peut venir obturer l'orifice 20. On voit que le bulbe 15 contient un liquide 21 en équilibre de pression avec se vapeur 22. Le liquide 21 est choisi pour avoir, à une température donnée, une pression de vapeur plus élevée que la pression de vapeur du gaz frigorigène qui bout dans l'évaporateur 6 et dans un rapport r avec ladite pression de vapeur. On a représenté figure 3 en abscisse, la température t de l'évaporateur, en ordonnée, le logarithme des pressions de vapeur La courbe 23 correspondant au liquide dans l'évaporateur 6 et à une température figurée en 24 indique une pression pl figurée en 25; la courbe 26 correspond au liquide 21 dans le bulbe 15 et montre une pression p 2 figurée en 27 pour la même température 24. On remarquera que lorsque le point 24 varie, la distance 25-27 reste sensiblement constante, c'est-à-dire que la différence des logarithmes des pres- sions est sensiblement constante, ce qui signifie que le rapport des pressions est constant. Si par exemple circule dans le circuit frigorifique du R 114 et si figure dans le bulbe du R 22, le rapport des pressions p 2 est 5,00 = 6,18 à 00 C et p 2 = 246 = 6,66 à -200 C pl 0, 808 pl 0,369 4 2544521 Il en résulte que dans l'intervalle de température considéré, si la pression de refoulement excède 6,2 à 6,7 fois la pression d'aspiration, la pression dans la canalisation 13 de la figure 2 excède la pression fournie par le bulbe 15, la membrane 17 se déplace en soulevant le clapet 19 ce qui envoie la haute pression sur le piston 9 et fait avancer la glissière 8; si au contraire elle devient inférieure, le clapet 19 se referme et la glissière 8 recule, réduisant le taux de compression de construction et Padaptant ainsi à un rapport de pression plus faible. Il est bien entendu possible de remplir le bulbe 15 non avec un liquide mais avec un mélange de liquides de façon à obtenir tout rapport de pression souhaité. On sait en effet que la pression d'un mélange de liquides est égale à la somme des pressions partielles de vapeur, qui sont elles-mêmes proportionnelles aux tensions de vapeur de chaque liquide et à sa concentration molaire. Si dans Pexemple numérique précédent l'on remplace le R 22 dans le bulbe par un mélange 50 % 50 % en poids de R 22 et de R 114 de poids moléculaire respectif 86,5 et 170,9, les concentration molaires respectives sont = 0,578 et 50 0,292 86,5 170,9 conduisant à des rapports molaires du R 22 dans le mélange de 0,578 = 0,665 0,578 + 0,292 et pour le R 114 de 0,292 = 0,335 0,578 + 0,292 A on la pression de vapeur du mélange est alors 0,665 x 5 + 0,335 x 0,808 = 3,60 et à -20 0,665 x 2,46 + 0,335 x 0,369 = 1,76 ce qui avec le R 22 conduit à des rapports de pression de 3,60 ' = 4,45 0,808 et 1,76 = 4,77 0,369 L'on notera que dans la description ci-dessus le bulbe 15 a été présenté comme étant au contact de l'évaporateur; mais il peut être disposé en tout endroit o bout le liquide du circuit frigorifique, par exemple à l'aspiration du compresseur 1 si celui-ci est muni non pas d'une injection d'huile mais d'une injection de réfrigérant liquide; du réfrigérant -liquide se retrouve alors en effet à l'aspiration. De même au lieu d'une membrane 17, on aurait pu utiliser un piston étanche, ou un soufflet pour autant que la technique utilisée évite toute perte du liquide 21 et de sa vapeur. REVENDICATIONS 1 Capteur de rapport de pression pour circuit frigorifique, circuit utilisant un gaz liquéfiable et comprenant au moins un compresseur ( 1) comprimant ledit gaz d'une basse pression d'aspiration à une haute pression de refoulement, capteur comprenant une surface mobile ( 17), elle-même actionnant un organe de commande ( 18, 19) et caractérisé en ce qu'un côté de la surface ( 17) est exposé à la haute pression du gaz liquéfiable, l'autre côté est exposé à la pression de vapeur d'un liquide composé d'au moins un deuxième gaz liquéfiable, une fraction au moins de ce liquide étant au moins pour partie dans une enceinte ( 15) en contact thermique avec une fraction liquide du premier gaz sensiblement à la pression d'aspiration, le deuxième gaz liquéfiable ( 21, 22) ayant à une température donnée une pression de vapeur supérieure à la pression de vapeur du premier gaz à cette même tempé- rature. 2 Capteur suivant la revendications 1 caractérisé en ce que le liquide du deuxième gaz liquéfiable ( 21, 22) est constitué de deux composants de pressions de vapeur différentes.