Brevet FR2573488A1 — publié le 19860523

Compresseur de fluide de type à spirale, muni d'un mécanisme de réglage de déplacement du volume de com- pression ". L' invention concerne un compresseur et plus précisément un compresseur de fluide de type à spira- le, pour appareil de conditionnement d'air, comportant un mécanisme de réglage de déplacement du compresseur. Les appareils de déplacement de fluide de type à spirale sont bien connus de l'art antérieur. Par exemple, le Brevet U.S.A NO 801 182 déposé par Creux décrit un dispositif comprenant deux spirales munies cha- cune d'une plaque d'extrémité circulaire et d' un élément spirollé ou enroulé en spirale. Ces spirales sont mainte- nues décalées angulairement et radialement de façon que les deux éléments de spirale s'emboîtent pour former un certain nombre de lignes de contact entre leurs surfaces courbées en spirale, afin de définir ainsi au moins une paire de chambres à fluide étanches. Le déplacement orbi- tal relatif des deux spirales déplace les lignes de con- / tact le long des surfaces courbes spiralées, ce qui modi- fie le volume des chambres à fluide. Comme le volume des chambres à fluide augmente ou diminue suivant le sens du mouvement orbital, l'appareil de déplacement de fluide de type à spirale peut servir à comprimer, à détendre ou à pomper les fluides. *- 2573488 Les appareils de déplacement de fluide de type à spirale peuvent s'utiliser en compresseurs de réfri- gérant dans les conditionneurs d'air. Dans ces condition- neurs d'air, la commande thermique de la pièce, ou la com- mande du conditionneur d'air, s'obtiennent généralement par un fonctionnement intermittent du compresseur. Lors- que la température de la pièce a été refroidie à la valeur voulue, la capacité de réfrigération du conditionneur d'air permettant d'obtenir un refroidissement supplémentaire, par suite de nouvelles variations de température de la pièce, ou pour maintenir la pièce à la température voulue, n'a généralement pas besoin d'être très importante. Cepen- dant, comme les conditionneurs d'air selon l'art antérieur ne comportent pas de mécanismes de commande de capacité, le niveau de sortie du compresseur se commande par un fonctionnement intermittent de celui-ci, :après que la pièce ait été refroidie à la température voulue. Ainsi, la charge relativement importante qu'il faut prévoir pour entraîner le compresseur, n'est appliquée que de manière intermittente à la source d'entralnement. Quand les compresseurs à spirale selon l'art antérieur sont utilisés dans des conditionneurs d'air pour automobiles, ces compresseurs sont entraînés par le moteur de l'automobile par l'intermédiaire d'un embrayage électromagnétique. Lorsque la cabine des passa- gers a atteint la température voulue, la commande de sor- tie du compresseur est obtenue par un fonctionnement in- termittent de ce compresseur, par l'intermédiaire de l'embrayage électromagnétique. Ainsi, la charge relative- ment importante qui est nécessaire pour entraîner le com- presseur, est appliquée de manière intermittente au moteur de l'automobile. Par suite, il est souhaitable d'utiliser un compresseur muni d'un mécanisme de réglage de déplace- ment ou de volume permettant d'ajuster à la demande le taux de compression. Dans un compresseur de type à spi- rale, le réglage du déplacement peut se faire facilement en commandant le volume des chambres à fluide étanches. Un mécanisme de réglage de déplacement du volume est décrit dans le Brevet U.S.A NO 4 468 178 déposé par Hiraga et Cie. Le Brevet Hiraga et Cie décrit un mécanisme com- prenant une paire de trous percés dans la plaque d'extré- mité circulaire de l'une des spirales. Les trous sont placés dans des positions symétriques de façon que l'en- roulement de spirale de l'autre spirale passe simultané- ment sur les trous et commande l'ouverture et la fermetu- re par des soupapes. Dans le mécanisme de réglage de déplace- ment mentionné ci-dessus, si la paire de trous sont ou- verts de manière à réduire la capacité du compresseur, le fluide se trouvant dans les chambres à fluide les plus extérieures, s'échappe vers une chambre d'aspiration en passant par la paire de trous. Par suite, pendant le pas- sage du fluide à travers la paire de trous, il se produit une perte de pression et la pression régnant dans les poches à fluide les plus extérieures monte légèrement. I1 en résulte qu'on obtient une perte de puissance du compresseur et une capacité excessive de celui-ci. Pour résoudre les problèmes ci-dessus, on a pensé, compte tenu du nombre de trous formés, à agrandir le diamètre de ces trous et à leur donner la forme de trous longs etc.., pour agrandir la section des trous de manière à permet- tre un passage facile du débit de fluide. Cependant, ces solutions ne sont pas des solutions fondamentales. L'invention a pour principal but d'amé- liorer un compresseur de type à spirale en introduisant un mécanisme permettant de faire varier le taux de com- pression du compresseur suivant la demande, sans dissipa- tion d'énergie trop importante. L'invention a également pour but de créer un compresseur de type-à spirale qui soit de construction simple et qui puisse se fabriquer de façon simple et fiable. A cet effet, l'invention concerne un com- presseur de fluide de type à spirale, comprenant une paire de spirales munies chacune d'une plaque d'extrémité cir- culaire et d'un enroulement de spirale partant d'une face d'extrémité de la plaque d'extrémité circulaire, ces en- roulements de spirale s'emboîtant avec un décalage angu- laire et radial pour former un certain nombre de lignes de contact permettant de définir au moins une paire de chambres à fluide étanches, un mécanisme d'entraînement relié en fonctionnement à l'une des spirales pour produire le mouvement orbital de cette spirale, et un dispositif anti-rotation/palier en butée destiné à empêcher la rota- tion de la spirale en question pendant le mouvement orbi- tal, de manière à modifier ainsi le volume des chambres à fluide, compresseur caractérisé en ce qu'il comprend un premier trou d'aspiration percé dans la plaque d'extrémité circulaire de l'une ou l'autre des spirales pour former un premier passage de communication de fluide entre une chambre d'aspiration du compresseur et l'orifice d'entrée de fluide, une paire de seconds trous percés dans la pla- que d'extrémité circulaire de la spirale pour former un second passage de communication de fluide entre la paire de chambres à fluide et l'orifice d'entrée de fluide, cette paire de trous étant placés dans des positions symé- triques le long de l'enroulement en spirale, de façon que l'enroulement en spirale venant en face passe simultané- ment sur les deux trous de cette paire, et des moyens de soupape commandant sélectivement l'ouverture et la ferme- ture du premier et second passage de communication de fluide. L'invention sera décrite en détail au moyen des dessins ci-joints, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe verti- cale d'un bloc de compresseur de type à spirale selon l'invention; et - les figures 2 et 3 sont des vues schéma- tiques illustrant le fonctionnement du mécanisme de régla- ge de volume ou de déplacement utilisant une paire de trous. La figure 1 représente un compresseur de réfrigérant selon une forme de réalisation de l'invention, et plus particulièrement un bloc de compresseur de réfri- gérant 1 de type à spirale. Le bloc de compresseur 1 com- prend un carter de compresseur 10 muni d'une plaque d'ex- trémité avant 11 en aluminium ou en alliage d'aluminium, et un boitier en forme de coupelle 12 fixé sur une surfa- ce d'extrémité de la plaque d'extrémité avant 11. Une ouverture 111 est ménagée au centre de la plaque d'extré- mité avant 11 pour permettre la pénétration ou le passage d'un arbre d'entraînement 13. Une projection annulaire 112 est formée dans la surface d'extrémité arrière de la plaque d'extrémité avant 11. Une projection annulaire 112 vient en face du boîtier en forme de coupelle 12, concen- triquement avec l'ouverture 111. Une surface périphérique extérieure de la projection annulaire 112 pénètre dans la paroi inté- rieure de l'ouverture du boitier en forme de coupelle 12. Ainsi, le bolTtier en forme de coupelle 12 est recouvert par la plaque d'extrémité avant 11. Un joint torique 14 est monté entre la surface périphérique extérieure de la projection annulaire 112 et la paroi intérieure de 1'ou- verture du bottier en forme de coupelle 12, de manière à assurer l'étanchéité des surfaces correspondantes de la plaque d'extrémité avant 11 et du bottier en forme de coupelle 12. Un manchon annulaire 17 fait saillie sur la surface d'extrémité avant de la plaque d'extrémité avant 11, et entoure l'arbre d'entraînement 13 en définis- sant ainsi une cavité d'étanchéité d'arbre. Dans la forme de réalisation de la figure 1, le manchon 17 est séparé de la plaque d'extrémité avant 11. Par suite, le manchon 17 est fixé à la surface d'extrémité avant de la plaque d'extrémité avant 11 par des vis 18. Un Joint torique est monté entre la surface d'extrémité de la plaque d'ex- trémité avant 11 et la surface d'extrémité du manchon 17, de manière à assurer l'étanchéité des surfaces correspon- dantes de la plaque d'extrémité avant 11 et du manchon 17. En variante, le manchon 17 peut faire corps avec la pla- que d'extrémité avant 11. L'arbre d'entralnement 13 est supporté en rotation par le manchon 17, par l'intermédiaire d'un palier de roulement 19 placé à l'intérieur de l'extrémité avant de ce manchon 17. L'arbre d'entraînement 13 compor- te à son extrémité intérieure un disque 15, supporté en rotation par la plaque d'extrémité avant 11, par l'inter- médiaire d'un palier de roulement 16 placé à l'intérieur de l'ouverture 111 de la plaque d'extrémité avant 11. L'ensemble d'étanchéité d'arbre 20 est couplé à l'arbre d'entralnement 13 à l'intérieur de la cavité d'étanchéité d'arbre du manchon 17. La poulie 22 est supportée en rotation par le palier de support 21 monté sur la surface exté- rieure du manchon 17. Une bobine électromagnétique 23 est fixée autour de la surface extérieure du manchon 17, par la plaque de support 24, et vient se loger dans une cavité annulaire de la poulie 22. La plaque d'armature 25 est montée élastiquement sur l'extrémité extérieure de l'arbre d'entralnement 13 sortant du manchon 17. La poulie 22, la bobine magnétique 23 et la plaque d'armature 25 forment un embrayage magnétique. Pendant le fonctionnement, l'ar- bre d'entraînement 13 est entraîné par une source de puissance extérieure, telle que par exemple le moteur d'une automobile, par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission de couple tel que l'embrayage magnétique décrit ci-dessus. Un certain nombre d'éléments sont logés dans la chambre intérieure du bottier en forme de coupelle 12, c'est-à-dire la spirale fixe 26, la spirale orbitale 27, un mécanisme d'entraînement 28 de la spirale orbitale 27, et un dispositif anti-rotation/palier en butée 29 de la spirale orbitale 27. La chambre intérieure du bottier en forme de coupelle 12 est formée entre la paroi inté- rieure du bottier en forme de coupelle 12 et la surface d'extrémité arrière de la plaque d'extrémité avant 11. La spirale fixe 26 comprend une plaque d'extrémité circulaire 261, un élément enroulé en spirale 262 se fixant ou faisant saillie sur une face latérale de la plaque d'extrémité 261. La spirale fixe 26 est montée dans le bottier 12 par un dispositif de fixation convena- ble (non représenté) permettant de la fixer dans la cham- bre intérieure du bottier en forme de coupelle 12. La pla- que d'extrémité circulaire 261 de la spirale fixe 26 sépare la chambre intérieure du bottier en forme de cou- pelle 12 en une première chambre 31 et une seconde cham- bre 32. Un anneau d'étanchéité 30 est monté dans une rai- nure circulaire de la plaque d'extrémité circulaire 261, de manière à former un joint étanche entre la paroi inté- rieure du bottier en forme de coupelle 12 et la paroi ex- térieure de la plaque d'extrémité circulaire 261. L'élé- ment de spirale 262 de la spirale fixe 26 est placé dans la première chambre 31. La spirale orbitale 27, placée dans la première chambre 31, comprend une plaque d'extrémité cir- culaire 271 et un élément enroulé en spirale 272 se fixant ou faisant saillie sur une face latérale de la plaque d'extrémité 271. Les éléments de spirale 262 et 272 s'em- boitent avec un décalage angulaire de 180 et un décalage radial prédéterminé. Ces éléments de spirale définissent au moins une paire de poches à fluide étanches entre leurs surfaces d'emboîtement. Le mécanisme d'entraînement 28, relié en fonctionnement à la spirale orbitale 27, comprend un bot- tier 281 permettant de supporter cette spirale orbitale 27 en rotation par un palier de roulement 282. Ce palier 282 est placé entre la surface périphérique extérieure du coussinet 281 et un bossage 273 faisant saillie axiale- ment sur l'autre surface d'extrémité de la plaque d'extré- mité circulaire 271 de la spirale tournante 27. Le cous- sinet 281 est relié à une extrémité intérieure du disque en un point décalé radialement ou excentré par rapport à l'axe de l'arbre d'entraînement 13. Le dispositif anti-rotation/palier en butée 29 est placé entre la surface d'extrémité intérieu- re de la plaque d'extrémité avant 11 et la surface d'ex- trémité de la plaque d'extrémité 271 venant en face de la surface d'extrémité intérieure de la plaque d'extrémité avant 11. Le dispositif anti-rotation/palier en butée 29 comprend un anneau fixe 191 fixé à la surface d'extrémité intérieure de l'élément de plaque d'extrémité avant 11, un anneau orbital 292 fixé à la surface d'extrémité de la plaque d'extrémité 271, et un certain nombre d'éléments de support constitués par exemple par des billes 293 pla- cées entre les poches 291a, 292a formées dans les anneaux 291 et 292. La rotation de la spirale orbitale 27 au cours de son mouvement orbital, est empêchée par interaction des billes 293 avec les anneaux 291, 292; et la charge de poussée axiale de la spirale orbitale 27 est supportée par la plaque d'extrémité avant 11, par l'intermédiaire des billes 293. Le bottier en forme de coupelle 12 est muni de deux parois de séparation 121 et 122 faisant saillie sur sa surface intérieure, de manière à diviser la chambre arrière 322 et la chambre de sortie 323. La surface d'extrémité axiale de chaque cloison de sépara- tion 121, 122 vient en contact avec une surface d'extré- mité arrière de la plaque d'extrémité circulaire 261. Les anneaux d'étanchéité 39, 40 sont situés sur la surface d'extrémité axiale de chaque cloison de séparation 121, 122 pour assurer l'étanchéité des surfaces correspondan- tes du bottier 12 et de la plaque d'extrémité 271 de la spirale orbitale 27. Le bottier en forme de coupelle 12 comporte un premier orifice d'entrée 33 destiné à relier la première chambre d'aspiration 321 au circuit de fluide extérieur, un second orifice d'entrée 35 destiné à relier la seconde chambre d'aspiration 322 au circuit de fluide extérieur, et un orifice de sortie de fluide 35 destiné à relier la chambre de sortie 323 au circuit de fluide extérieur. Le premier et second orifice d'entrée 33, 34 sont reliés à la conduite d'aspiration 36 du dispositif de circuit de fluide par un dispositif de soupape à trois voies 37. La plaque d'extrémité circulaire 261 de la spirale fixe 26 comporte un trou de sortie 264 au voi- sinage du centre du cercle générateur de l'élément de spirale 262, pour assurer la communication entre la cham- bre à fluide située au centre des éléments de spirale et la chambre de sortie 323, et un trou d'aspiration 265 situé sur son pourtour extérieur, pour assurer la communi- cation entre la chambre avant 31 et la première chambre d'aspiration 321. La plaque d'extrémité circulaire 261 de la spirale fixe 26 comporte également une paire de trous 266 et 267 disposés symétriquement de façon que la sur- face d'extrémité axiale de l'élément de spirale 272 de la spirale orbitale 27 passe simultanément sur les trous 266 et 267. Ces trous 266 et 267 font communiquer les poches à fluide S1, S2 avec la seconde chambre d'aspira- tion 322. Le trou 266 est placé dans une position définie par l'angle de développante 01 et débouche le long de la paroi latérale extérieure de l'élément de spirale 262. La meilleure zone pour placer les trous 266 et 267, définie par les angles de développante, est don- née par 0 extrémité > 01 > 0extrémité-21C' relation dans laquelle le terme "extrémité" désigne l'angle de dévelop- pante final de chacun des éléments de spirale 262, 272. Les trous 266 et 267 sont obtenus par persage de la plaque d'extrémité circulaire 261 à partir du côté opposé à celui o se trouve l'élément de spirale 262. Le trou 266 est percé dans une position recouvrant la paroi intérieure de l'élément de spirale 262, de ma- nière à retirer une partie de la paroi intérieure de l'élément de spirale 262. Le trou 267 est percé dans une position recouvrant la paroi extérieure de l'élément de spirale 262, de manière à retirer une partie de la paroi extérieure de l'élément de spirale 262. Dans cette dispo- sition, la surface d'extrémité axiale de chacun des élé- ments en spirale est munie d'un joint d'étanchéité formant un joint d'étanchéité axial entre l'élément en spirale et la plaque d'extrémité venant en face. Les trous 266, 267 sont placés de manière à ne pas être reliés aux chambres à fluide entre les élé- ments de spirale 262, 272 lorsque l'élément de spirale 272 recouvre complètement les trous. Ce résultat est obte- nu en prolongeant une partie de chaque trou, de taille suffisante, dans l'élément de spirale 262, de sorte que l'élément de Joint d'étanchéité de l'élément de spirale 272 reste complètement en contact avec la plaque d'extré- mité 261 lorsque l'élément de spirale 272 recouvre complè- tement les trous. On décrira sur les figures 2 et 3, le fonctionnement du mécanisme permettant de modifier le volume de déplacement des chambres à fluide, c'est-à-dire le volume des chambres à fluide étanches, au moment o la compression commence. Pendant le fonctionnement du bloc de com- presseur, si la première chambre d'aspiration 321 est reliée à la conduite d'aspiration 36 du circuit de fluide extérieur par le premier orifice d'entrée 33, lorsqu'on manoeuvre le dispositif de soupape à trois voies 37, et si la communication entre la seconde chambre d'aspiration 322 et la conduite d'aspiration 36 du circuit de fluide extérieur est coupée, le fluide qui passe dans la chambre avant 31 par l'intermédiaire de la première chambre d'as- piration 321, est admis dans les poches à fluide S1, S2 formées dans la partie la plus à l'extérieur des éléments de spirale 262, 272, comme indiqué sur la figure 2. Lors- que la spirale orbitale 27 effectue son mouvement orbital, le fluide contenu dans les poches à fluide S1, S2 se dépla- ce vers le centre des éléments de spirale, et passe dans la chambre de sortie 323 par l'orifice de sortie 264. Le volume des poches à fluide S1, S2 est défini par le con- tact des extrémités terminales extérieures de chacun des éléments de spirale. Lorsque la seconde chambre d'aspiration 322 est reliée à la conduite d'aspiration 36 du circuit de fluide extérieur par le second orifice d'entrée 34, lorsqu'on manoeuvre le dispositif de soupape à trois voies, le fluide contenu dans la chambre avant 31 est introduit par la paire de trous 266, 267 et pénètre dans les poches à fluide S1', S2' formées après recouvrement des trous 266, 267 par l'élément de spirale 272 venant en face, comme indiqué sur la figure 3. Il en résulte que la course de compression réelle des chambres-à fluide S1i' S2' démarre après le passage de l'élément de spirale 272 sur les trous 266, 267. Le volume des chambres à fluide Si" S21 au moment o les chambres sont isolées de manière étanche par rapport à la seconde chambre d'aspiration 322 (et o la compression débute en fait), se trouve réduit. Par suite, la capacité du compresseur est réduite. Dans la forme de réalisation de la figure 1, le dispositif de soupape à trois voies 37 est placé à 1' extérieur du bloc de compresseur. En variante, le dispositif de soupape à trois voies peut être construit dans le bloc de compresseur. Comme indiqué ci-dessus, la plaque d'ex- trémité circulaire de la spirale fixe comporte, dans sa partie périphérique extérieure, un trou d'aspiration des- tiné à relier la chambre d'aspiration à la seconde cham- bre d'entrée, et la communication entre la première cham- bre d'entrée et le circuit de fluide, en outre la seconde chambre d'entrée et le circuit de fluide, est commandée par le dispositif de soupape. Par suite, le fluide doit être admis dans les chambres à fluide étanches sans perte de rendement due à une perte de pression. RE V E ND I C A T I 0 N S 1 ) Compresseur de fluide de type à spi- rale, comprenant une paire de spirales munies chacune d'une plaque d'extrémité circulaire et d'un enroulement de spirale partant d'une face d'extrémité de la plaque d'extrémité circulaire, ces enroulements de spirale s'em- boitant avec un décalage angulaire et radial pour former un certain nombre de lignes de contact permettant de défi- nir au moins une paire de chambres à fluide étanches, un mécanisme d'entraînement relié en fonctionnement à l'une des spirales pour produire le mouvement orbital de cette spirale, et un dispositif antirotation/palier en butée destiné à empêcher la rotation de la spirale en question pendant le mouvement orbital, de manière à modifier ainsi le volume des chambres à fluide, compresseur caractérisé en ce qu'il comprend un premier trou (264) d'aspiration percé dans la plaque d'extrémité circulaire (261) de l'une ou l'autre des spirales (26, 27) pour former un pre- mier passage de communication de fluide entre une chambre d'aspiration (321) du compresseur et l'orifice d'entrée de fluide, une paire de seconds trous (266, 267) percés dans la plaque d'extrémité circulaire (261) de la spirale pour former un second passage de communication de fluide entre la paire de chambres à fluide et l'orifice d'entrée de fluide, cette paire de trous étant placés dans des positions symétriques le long de l'enroulement en spirale, de façon que l'enroulement en spirale venant en face passe simultanément sur les deux trous de cette paire, et des moyens de soupape (37) commandant sélectivement l'ou- verture et la fermeture du premier et second passage de communication de fluide. 2 ) Compresseur de fluide de type à spi- rale selon la revendication 1, comprenant un carter muni d'un premier orifice d'entrée de fluide, d'un second ori- fice d'entrée de fluide, et d'un orifice de sortie de fluide, une spirale fixe montée de façon fixe dans le carter et comprenant une plaque d'extrémité circulaire d'o part un premier enroulement de spirale pénétrant dans le carter, une spirale orbitale comprenant une pla- que d'extrémité circulaire d'o part un second enroule- ment de spirale, ce premier et ce second enroulement de spirale s'emboîtant avec un décalage angulaire et un décalage radial de manière à former un certain nombre de * lignes de contact permettant de définir au moins une pai- re de chambres à fluide étanches, un mécanisme d'entraine- ment relié en fonctionnement à la spirale orbitale pour produire le mouvement orbital de celle-ci par rotation de l'arbre d'entraînement, et un dispositif anti-rotation destiné à empêcher la rotation de la spirale orbitale pen- dant le mouvement orbital, de manière à modifier ainsi le volume des chambres à fluide, compresseur caractérisé en ce qu'il comprend la plaque d'extrémité circulaire de la spirale fixe partageant l'intérieur du carter en une pre- mière chambre dans laquelle pénètre le premier enroule- ment de spirale, et une seconde chambre; deux cloisons de séparation disposées à l'intérieur de la seconde cham- bre pour former une chambre de sortie, une première cham- bre d'aspiration, et une seconde chambre d'aspiration; un trou percé dans la plaque d'extrémité circulaire de la spirale fixe pour former un premier passage de communica- tion de fluide entre la première chambre et le premier orifice d'entrée percé dans la première chambre d'aspira- tion; une paire de trous percés dans la plaque d'extré- mité circulaire de la spirale fixe pour former un second passage de communication de fluide entre la paire de cham- bres à fluide et les secondes chambres à fluide, dans la seconde chambre d'aspiration, cette paire de trous étant placés dans des positions symétriques le long du premier enroulement de spirale, de façon que le second enroule- ment de spirale passe simultanément sur les deux trous de cette paire; et des moyens de soupape permettant de commander sélectivement la communication entre un cir- cuit de fluide extérieur et le premier ou second orifice d'entrée de fluide. 3 ) Compresseur de fluide de type à spira- le selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de soupape (37) sont constitués par un dispositif de soupape à trois voies. 4 ) Compresseur de fluide de type à spirale selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de soupape sont construits dans le compresseur.