Brevet FR2551190A1 — publié le 19850301

DISPOSITIF DE COMPRESSION D'UN FLUIDE FRICORIGENE DANS UN REFROIDISSEUR HERMETIQUE La présente invention est relative à un refroidisseur hermétique, et plus particulièrement à un dispositif utilisé dans ce refroidisseur pour compresser un fluide frigorigène. Un refroidisseur est dit hermétique lorsque le fluide circule selon un cycle fermé et n'est renouvelé par aucun apport extérieur. Le fluide, stocké dans une enceinte étanche, est un gaz. Dans un refroidisseur, le froid est obtenu par la détente du gaz frigorigène préalablement compressé. Selon le niveau de froid à obtenir, dans les mêmes conditions ambiantes, la détente doit être plus ou moins importante. Par exemple, dans un dispositif cryogénique, c'est-à-dire un dispositif destiné à produire une très basse température, le fluide frigorigène contenu dans l'ensemble du dispositif est sous pression même au repos. On prévoit, dans un tel dispositif, des moyens permettant des variations de pression du fluide afin que la détente soit plus importante. Dans un refroidisseur hermétique, les moyens de compression ou de variation de pression sont constitués généralement d'au moins un cylindre et un piston. Le piston est mu de façon alternative grace à un embiellage entraîné par un vilebrequin accouplé à l'arbre d'un moteur électrique rotatif. Pour des raisons de facilité, le moteur électrique d'entraînement du vilebrequin est placé a l'intérieur de l'enceinte hermétique: en effet, si l'on désire placer le moteur à l'extérieur de l'enceinte, il faut prévoir le passage de l'arbre et du vilebrequin à travers la paroi de cette enceinte. II faut également qu'au niveau de ce passage, le fluide frigorigène ne puisse s'échapper à l'extérieur.Une liaison étanche autour de l'arbre en rotation présente certaines difficultés, d'autant plus importantes lorsque le fluide contenu dans l'enceinte est sous pression. On préfère donc disposer le moteur à l'intérieur de l'enceinte hermétique, mais le fluide frigorigène occupe alors tout le volume de ladite enceinte et vient tout particulièrement au contact des bobinages du moteur électrique, et une telle disposition présente des inconvénients. Un moteur électrique est constitué d'une partie fixe ou stator, solidaire de la carcasse du moteur, et constitué de bobines électriques, et d'une partie mobile ou rotor qui peut être constitué de bobines ou d'aimants permanents. Le rotor est placé à l'intérieur du stator, et est en rotation sur un arbre solidaire du vilebrequin d'entraînement du piston. Entre le rotor et le stator subsiste un espace appelé entrefer. Afin d'isoler les différents conducteurs d'un bobinage entre eux, on dispose, avant de réaliser le bobinage, sur ces conducteurs un vernis isolant et, afin de maintenir les conducteurs en position lorsque le bobinage est réalisé, on dispose un produit d'imprégnation et de maintien de ces conducteurs.Mais il peut arriver qu'au contact du fluide frigorigène les produits d'imprégnation ou d'isolement des divers bobinages se dissolvent et viennent polluer le fluide frigorigène. Or, la pollution du fluide frigorigène fait diminuer le rendement du dispositif et est particulièrement néfaste dans le cas des ensembles cryogéniques. De plus, le dispositif étant hermétique il n'est pas possible de remplacer le fluide au cas où il serait pollué. Il faut donc que les produits d'isolement et d'imprégnation ne puissent pas se dissoudre dans le fluide frigorigène. Le dispositif selon l'invention permet d'obtenir ce résultat. Selon l'invention, un refroidisseur hermétique possède des moyens de compression à cylindre et à piston d'un fluide frigorigène, ces moyens de compression étant entrainés par un moteur électrique rotatif, et est caractérisé en ce qu'il possède des moyens pour que les produits d'imprégnation et d'isolement des bobinages du moteur ne soient pas en contact avec le fluide frigorigène contenu dans l'enceinte hermétique, afin de ne pas polluer le fluide frigorigène. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de modes de réalisation possibles faîte en regard de la figure unique qui représente une vue schématique en coupe du mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention. Un refroidisseur hermétique comporte; pour l'entraînement des moyens de compression ou de variation de pression du fluide frigorigène, un moteur électrique constitué d'un rotor 1 et d'un stator 2. Le rotor l est solidaire d'un arbre 3, d'axe A, porté par des paliers 4, 5. A une extrémité de l'arbre 3, un vilebrequin 6 entraîne, par l'intermédiaire d'une bielle 7, un piston 8 à l'intérieur d'un cylindre 9 de compression. Une tubulure 14 partant du cylindre conduit le fluide vers la zone de production de froid. Le vilebrequin et la bielle 7 se trouvent à l'intérieur d'une enceinte 10 étanche dans laquelle se trouve le fluide frigorigène sous pression, dans le cas d'un ensemble cryogénique. Une ouverture est pratiquée dans la paroi de l'enceinte 10 étanche afin de permettre le passage de l'extrémité de l'arbre 3 du moteur portant le vilebrequin 6 ainsi que le passage de ce vilebrequin à l'intérieur de l'enceinte. Ainsi, le fluide frigorigène vient, à travers les paliers et l'entrefer entre le rotor 1 et le stator 2. Selon l'invention, afin que fluide frigorigène ne se mélange pas avec les produits d'imprégnation et d'isolement des bobinages, on prévoit des moyens empêchant le contact de ces produits avec le fluide frigorigène. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, on utilise un moteur du type à courant continu sans balais dans lequel le rotor est constitué d'aimants permanents. Le stator 2 est du type bobiné. Ce type de moteur, dont le fonctionnement n'entre pas dans le cadre de la présente invention, présente l'avantage que le rotor ne comporte pas d'enroulements et peut donc être au contact du fluide sans provoquer de pollution de celui-ci. Un moteur à courant continu sans balais présente une possibilité intéressante qui est utilisée pour résoudre le problème à la base de la présente invention: l'entrefer, c'est-à-dire la distance au rayon entre le rotor et le stator peut être important sans que les performances d'un tel moteur soient affectées. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, on utilise donc un moteur à courant continu sans balais avec un entrefer important, et les moyens permettant d'isoler le bobinage du stator 2 du fluide frigorigène sont réalisés à l'aide d'une paroi 12 d'étarichéité disposée dans l'entrefer, entre le rotor et le stator, laissant le rotor 1 en communication avec l'enceinte 10 étanche.Cette paroi 12 d'étanchéité est reliée à l'enceinte 10 étanche autour de l'ouverture ménagée dans celle-ci grâce à une liaison Il elle-même étanche. Ainsi, seul le rotor constitué d'aimants permanents se trouve au contact du fluide frigorigène et le stator 2 se trouve isolé de celui-ci en étant à l'extérieur de l'enceinte hermétique. Afin de ne pas perturber le fonctionnement du moteur, on prévoit de réaliser la paroi 12 d'étanchéité dans un matériau amagnétique qui ne coupe pas le champ magnétique entre le stator et le rotor. De plus, ce matériau constitutif de la paroi d'étanchéité doit posséder une grande résistivité afin de limiter les courants de Foucault qui sont susceptibles de se créer et de freiner le moteur Différents matériaux présentent ces caractéristiques, en particulier les matières plastiques ou céramiques et les matériaux en acier inoxydable. Dans un mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention, c'est l'acier inoxydable qui est choisi car son utilisation est plus facile que celle des autres matériaux. De plus, cette. disposition permet de conserver un avantage qui existe dans les dispositifs où le moteur est totalement compris dans l'enceinte 10 hermétique: le flux de fluide frigorigène dans l'entrefer permet le refroidissement du moteur. Dans le dispositif selon l'invention, puisqu'on n'empêche pas le fluide de passer dans l'entre- fer entre le rotor et la paroi il s'ensuit qu'un refroidissement partiel du moteur électrique est assuré par ce flux de fluide frigorigène. En outre, avec cette configuration, le stator 2 et la carcasse 13 se trouvent hors de l'enceinte 10 hermétique et de la paroi 12 d'étanchéité: ils sont à l'air libre et sont refroidis par celui-ci. Une telle disposition est donc particulièrement avantageuse puisqu'en interdisant la pollution du fluide, tout en conservant les avantages de l'art antérieur, elle permet d'obtenir un rendement frigorifique optimum. REVENDICATIONS 1. Refroidisseur hermétique comprenant d'une part à l'intérieur d'une enceinte (10) étanche un fluide frigorigène gazeux, des moyens de compression à piston (8) et cylindre (9) de ce fluide, et d'autre part un moteur électrique rotatif pour l'entraînement de ce piston (8), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (12) pour empêcher le contact du fluide frigorigène avec les bobinages du moteur. 2. Refroidisseur hermétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (12) pour empêcher le contact du fluide frigorigène et des bobinages permettent la circulation du fluide dans l'entrefer. 3. Refroidisseur hermétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moteur électrique possède un rotor (1) à aimants permanents et un stator (2) bobiné et en ce que les moyens pour empêcher le contact du fluide frigorigène avec les bobinages sont constitués par une paroi (12), reliée par une liaison (11) étanche à l'enceinte (10) hermétique, et disposée dans l'entrefer, entre le rotor (1) et le stator (2), de façon que le volume dans lequel est enfermé le rotor communique avec le volume de l'enceinte (10) hermétique, et que le rotor se trouve dans le fluide frigorigène. 4. Refroidisseur hermétique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le stator (2) est à l'extérieur de la paroi (12) étanche et communique avec l'air extérieur, afin de le refroidir. 5. Refroidisseur hermétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi (12) d'étanchéité est en un matériau amagnétique et de grande résistivité électrique.