Brevet FR2600150A1 — publié le 19871218

Circuit de réfrigération pour installations frigorifiques incluant une pluralité de chambres réfrigérées, et éLectrovalve de commutation bistable utilisable dans un tel circuit La présente invention est relative à un circuit de réfrigération pour une installation frigorifique ayant une pluralité de chambres réfrigérées, qui comprend: un compresseur; un condensateur; plusieurs évaporateurs, dont chacun est associé à l'une desdites chambres; et au moins une électrovalve de commutation pour relier, selon des modalités préétablies, le condensateur à un ou à pLu10 sieurs desdits évaporateurs. On connaît des circuits de réfrigération pour des réfrigérateurs ayant par exemple deux chambres réfrigérées, dans lesquels iL est possible, en utilisant une électrovalve de commutation, d'accoupler à un compresseur unique les deux 13 évaporateurs prévus dans les deux chambres du réfrigérateur. L'électrovalve de commutation permet en particulier par exemple de relier entre eux et en série [a sortie du condensateur aux deux évaporateurs, ou bien de relier cette sortie sélectivement à un seul d'entre eux. Les électrovalves de commutation utilisées jusqu'à présent sont de type traditionnel, et elles incluent une bobine ou solénoîde d'excitation. Ces électrovalves sont susceptibles d'être positionnées dans un premier état ou dans un second état, lesquels correspondent à l'état d'excitation ou à l'état de non 25 excitation du solénoide. Lorsque le solénoide est dans son état excité, ces électrovalves font apparaître une consommation d'énergie non négligeable, et risquent en outre de subir un échauffement considérable à cause de l'effet Joule, ce qui provoque une diminution de la durée de vie utile du solénoide. Afin de remédier à ces inconvénients, la présente invention concerne en premier lieu un circuit de - 2 réfrigération du type indiqué précédemment, dont la caractéristique principale réside dans le fait que l'une au moins desdites électrovalves de commutation est de type bistable. L'électrovalve de commutation de type bistable dont les caractéristiques sont définies dans Les revendications qui suivent constitue également l'un des objets de la présente invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui suit, réalisée en faisant référence aux dessins annexes, fournis à pur titre d'exemple non limitatif, dans lesquels: la Fig. 1 est un schéma qui montre un circuit de 1I réfrigération d'après l'invention; la Fig. 2 est une vue en coupe d'une électrovalve de commutation bistable d'après l'invention, et la Fig. 3 est un schéma qui montre un circuit électrique pouvant être utilisé pour le pilotage d'une 20 valve bistable d'après l'invention. A la Fig. 1, on voit une installation de réfrigération comprenant un compresseur 1, auquel est relié un condensateur 2, dont la sortie est couplée à une éLectrovalve de commutation indiquée dans son 25 ensemble par la référence 3. D'après l'invention, cette électrovalve est de type bistable, ce qui signifie que seules des impulsions d'excitation sont nécessaires pour commander la commutation, et dans l'un comme dans l'autre de ses états stables, le solénoide de commande 30 de cette électrovalve est non excité. L'électrovalve 3 est commandée par un circuit de pilotage portant dans son ensemble la référence 4, dont un mode de réalisation sera décrit plus en détail dans la suite du texte, avec référence à la Fig. 3. Les sorties 3a et 3b de l'électrovalve 3 sont -3 respectivement reliées à L'entrée d'un premier et d'un second évaporateur 5 et 6 par des capillaires 7 et 8. La sortie de l'évaporateur 5 est reliée à L'entrée de L'évaporateur 6. L'électrovalve de commutation 3 peut etre dans un premier état o elle relie le condensateur 2 à l'évaporateur 5 à travers le capillaire 7, et dans un second état o elle relie le condensateur 2 au seul évaporateur 6. Dans le premier état, les évaporateurs 5 10 et 6 se trouvent être reliés t'un à l'autre en série. Ces évaporateurs sont par exemple, respectivement, les évaporateurs de la chambre de réfrigération normaLe d'un réfrigérateur et d'une chambre de congélation. Comme cela apparaîtra plus clairement dans la suite 15 du texte, le passage du premier état au second état (et réciproquement) de l'électrovalve est commandé par le circuit de pilotage 4, lui-même commandé par un thermostat dont est équipée l'installation frigorifique. La Fig. 2 représente une vue en coupe d'une électrovalve de commutation de type bistable réalisée conformément à la présente invention. Cette électrovalve, portant la référence 3, comprend un circuit magnétique qui inclut un élément 10 en tCle, 25 et qui, dans L'exemple illustré, a substantiellement la forme d'un U. Ce circuit magnétique est complété par une plaque 50. A cette plaque et à la partie médiane de l'élément 10 sont respectivement fixés deux éléments 11 et 12 en matériau magnétique. Ces éléments sont dans le 30 même axe que l'élément en forme de U 10, et leurs extrémités qui se font face sont écartées l'une de l'autre. La référence 13 indique un élément tubulaire en matériau métallique non magnétique, tel que par exemple 35 de l'acier inox, du laiton ou du bronze, dont les - 4 extrémités sont maintenues sur les extrémités des éléments 11 et 12 en matériau magnétique. L'élément tubulaire 13 délimite avec les éléments 11 et 12 une chambre 14. Dans la partie extrême de l'élément en matériau magnétique 11 faisant face à la chambre 14 est ménagée une ouverture 15 dont le bord est susceptible d'être utilisé comme siège pour la valve. Cette ouverture débouche dans un trou radial 16 de l'élément 11, auquel 10 est relié un conduit de sortie 17, constitué par exemple par un petit tube en cuivre. Dans l'élément en matériau magnétique 12 est ménagé un trou axial 18 qui se termine,;du côté de la chambre 14, par une ouverture rétrécie 19, dont le bord est 15 susceptible d'être utilisé comme siège pour la valve. Une extrémité d'un conduit de sortie 20, constitué lui aussi par exemple par un tube en cuivre, est reliée à la paroi du trou 18. - La référence 21 indique un trou réalisé dans 20 l'élément en matériau magnétique 12 et débouchant dans la chambre 14. Un conduit 22, également constitué par exemple par un tube en cuivre, est relié par soudure à la paroi du trou 21. Le conduit 22 représente l'entrée de l'électrovalve, alors que les conduits 20 et 17 25 représentent les sorties. Un obturateur mobile 23 en matériau ferromagnétique est monté dans la chambre 14. Il est de forme substantiellement cylindrique, avec un trou de passage axial 24 o sont disposées deux sphères obturatrices 25 30 et 26. Entre ces sphères est interposé un ressort hélicoidal 27. Les bords de l'ouverture à l'extrémité du passage 24 ménagé dans l'obturateur 23 ont subi une déformation plastique à froid ou ont été tournés de manière à former 35 des rebords de retenue pour maintenir les petites sphères 25 et 26 dans ledit passage. Ces sphères 25 et 26 sont destinées à être utilisées comme obturateurs puur respectivement les ouvertures 15 et 19 des deux éléments 11 et 12 en matériau magnétique. A l'intérieur de l'élément 10 en forme de U, en des endroits opposés de l'élément tubulaire 13 sont disposés deux aimants permanents 30 et 31, et la même poLarité pour les deux aimants (par exemple le plLe "nord") est orientée vers l'intérieur dudit élément tubulaire. Les 10 aimants 30 et 31 créent un premier flux magnétique qui traverse la partie inférieure de l'élément tubulaire 13, l'élément magnétique 12, la partie inférieure de l'élément en forme de U 10 et la partie inférieure des ailes latérales de cet élément. Par l'effet de ce flux, 15 l'élément en matériau magnétique 12 se comporte comme une extension polaire tendant à attirer vers elle l'obturateur 23. De la même façon, les aimants 30 et 31 induisent le passage d'un fLux magnétique à travers la partie 20 supérieure de l'éLément tubulaire 13, l'élement en matériau magnétique 11, les parties extrêmes des ailes de l'élément 10 et la plaque 50. A la suite de ce flux, l'élément en matériau magnétique 11 se comporte comme une extension polaire tendant à attirer vers elle 25 l'obturateur 23. Enfin, la référence 35 indique l'enroulement de commande de la commutation de l'-électrovalve. Comme on le voit à la Fig. 2, cet enroulement est disposé autour de l'élément en matériau magnétique-11. Lorsqu'on fait 30 circuler un courant dans cet enroulement, un flux de champ magnétique intense est engendré à travers l'élément en matériau magnétique 11, l'obturateur 23, l'élément en matériau magnétique 12 et l'élément en forme de U 10. L'électrovalve décrite précédemment fonctionne de la 35 façon suivante. -6 Supposons qu'au départ, l'enroulement 35 ne soit pas excité et que L'obturateur 23 se trouve dans la position illustrée sur la figure, en contact avec l'élément en matériau magnétique 12, et avec La sphère 26 fermant 5 l'ouverture 19. Dans ces conditions, le conduit d'entrée 22 communique avec la chambre 14, et cette dernière est mise en communication avec le tube de sortie 17 à travers l'ouverture 15 qui est libre. Dans cette situation, l'obturateur 23 reste dans la- position 10 illustrée, contre l'élément 12, sous la force d'attraction exercée par l'effet du flux magnétique engendré par les aimants permanents 30 et 31. En réalité, le flux engendré par ces aimants est tel que même l'éLément en matériau magnétique 11 tend à attirer vers 15 lui l'obturateur 23. Cependant, La présence d'un entrefer entre cet élément et L'obturateur 23, et la reluctance supérieure qui en résulte, font en sorte que l'obturateur 23 reste stable dans l-a position illustrée. Si dans ces conditions, une impulsion d'excitation parvient à l'enroulement 35 de manière à engendrer un champ magnétique suffisamment intense pour ramener l'obturateur 23 contre l'élément en matériau magnétique 11, la sphère 25 va fermer l'ouverture 15, alors que la 25 sphère 26 abandonne l'ouverture 19. La chambre 14 est alors mise en communication avec le conduit de sortie 20, alors que le conduit 17 est désaccouplé de la chambre. Pour provoquer la commutation que l'on vient de décrire, une très brève impulsion de courant suffit. Une 30 fois que cette impulsion est achevée, l'obturateur 23 reste contre l'élément en matériau magnétique 11, du fait du flux magnétique engendré par les aimants permanents 30 et 31. Dans cette situation, le flux engendré par les -aimants 30 et 31 et associé à 35 L'élément en matériau magnétique 12 rencontre une - 7 réluctance très éLevée à cause de la présence d'un entrefer entre l'élément 12 et l'obturateur 23, ce qui fait que ce dernier reste de façon stable en contact avec l'étément en matériau magnétique 11. Pour provoquer une nouvelle commutation de l'électrovalve, il est nécessaire de donner une nouvelle impulsion d'excitation à l'enroulement 35, avec un courant de sens contraire à celui utilisé précédemment. A la Fig. 3 est illustré un simple circuit de 10 pilotage de L'enroulement 35 de L'électrovalve de commutation selon l'invention. Ce circuit présente deux bornes d'entrée 40 et 41 destinées à être reliées au réseau électrique en courant alternatif. La borne 41 est reliée directement à l'enroulement 35, alors que la 15 borne 40 est reliée - à un commutateur 42 dont la position est commandée par un thermostat 43 se trouvant dans l'installation frigorifique. Le commutateur 42 est susceptible d'être mis dans deux positions différentes, respectivement ilLust ées 20 par ur trait plein et par un trait pointillé à la Fig. 3. Dans la première position, le commutateur relie la borne 40 à un premier circuit, incluant une diode 44 à laquelle est relié en série un groupe RC formé par un condensateur 45 et une résistance 46 de résistance très 25 éLevée. Dans la position illustrée en pointillés, le commutateur 42 relie la borne 40 à un autre circuit incluant une diode 47 disposée en sens inverse par rapport à la diode 44, et à laquelle est relié en série un groupe RC formé par un condensateur 48 et par une 30 résistance 49 de résistance très élevée, la liaison entre condensateur et résistance étant en paraLlèle. Ces deux circuits sont reliés entre eux et reliés à la bobine 35 de la façon illustrée à la Fig. 3. Le circuit qui vient d'être décrit fonctionne de la 35 façon suivante. -- 8 -Lorsque les bornes 40 et 41 sont couplées au réseau électrique, si le commutateur 42 se trouve dans la position illustrée par un trait plein, la diode 44 laisse passer le-s semi-ondes positives du courant vers 5 le groupe RC 45-46. La première de ces semiondes passe à travers le condensateur, qui, dans ces conditions se comporte comme un court-circuit, et parvient à la bobine 35, déterminant ainsi la commutation de l'électrovalve. Lorsque la première semi-onde est passée, la bobine 35 10 n'est plus excitée. Les semi-ondes qui suivent chargent le condensateur 45 et le maintiennent chargé; celui-ci ne se comporte plus comme un court-circuit, et la bobine 35 reste désexcitée. Pour provoquer une nouvelle commutation de la bobine, il faut que le thermostat 43 15 détermine Le passage du commutateur 42 dans la position illustrée en pointillés. La diode 47 laisse alors passer uniquement vers la bobine 35 les semi-ondes négatives, dont la première détermine l'excitation de la bobine et la commutation de l'électrovalve. De ncuveau, les 20 semi-ondes qui suivent n'ont aucun effet sur la bobine 35. A la place des groupes RC 45-46 et 48-49 dans le circuit illustré à la Fig. 3, on pourrait utiliser des résistances à coefficient de température positif (PTC). 25 Pour remplacer le circuit de pilotage décrit précédemment, et afin de commander l'électrovalve bistable d'après l'invention, on pourrait également utiliser un commutateur-inverseur de type électromécanique ou électronique. Ce type de dispositif 30 se révèle pourtant plus coûteux. Le circuit de réfrigération d'après l'invention présente l'avantage de faire réaliser une économie d'énergie appréciable, et d'allonger la durée de vie utile de la bobine de l'électrovalve de commutation, 35 dans la mesure o celle-ci est plutôt moins sollicitée. - 9 En outre, la bobine peut être plus petite que les bobines des électrovalves de type non bistable, dans la mesure o, étant appelée ellemême à ne supporter que des impulsions de courant d'une durée très brève, 5 elle peut tolérer un éventuel suréchauffement dO à son sousdimensionnement. L'éLectrovalve bistable décrite précédemment présente en outre une grande simplicité de fabrication, qui la rend plutôt économique. Naturellement, le principe de l'invention restant le même, les modes d'exécution et Les détails de la réalisation pourront être largement modifiés par rapport à ce qui a été décrit et illustré à pur titre d'exemple non limitatif, sans pour autant 15 sortir du domaine de la présente invention. - 10 REVENDICATION ELectrovalve de commutation, avec un corps de valve (13) à L'intérieur duquel est délimitée une chambre (14) avec une entrée (21, 22) ainsi qu'une première et une seconde sorties (18, 20; 16, 17) destinées à être mises 5 sélectivement en communication avec ladite entrée (21, 22); ladite chambre (14) contenant un obturateur (23) au moins partiellement en matériau magnétique, et qui est mobile entre une première position de travail, o il permet la communication entre l'entrée et la 10 première sortie, et une seconde position de travail o il permet la communication entre l'entrée et la seconde sortie, et avec un solénoide de commande (35) pouvant provoquer le déplacement dudit obturateur (23) entre 15 ladite première et ladite seconde positions de travail, caractérisé par le fait qu'elle comprend un premier et un second circuits magnétiques incluant deux extensions polaires (11, 12) aux extrémités du parcours dudit obturateur (23) et des générateurs de champ 20 magnétique permanent (30, 31) reliés auxdits circuits magnétiques en position intermédiaire entre lesdites extensions polaires (11, 12) et autour du parcours dudit obturateur (23) pour engendrer dans chacun desdits circuits un flux magnétique tendant à produire une 25 attraction dudit obturateur (23) vers l'une ou l'autre desdites extensions (11, 12), et tendant à maintenir ledit obturateur (23) dans l'une ou l'autre des deux positions la moins distantes de respectivement l'une ou l'autre des expansions (11, 12), lesdites positions 30 correspondant auxdites première et seconde positions de travail mentionnées précédemment; et par le fait que ledit soLénoide de commande (35) est couplé auxdits circuits magnétiques de telle manière que dans son état excité, il est susceptible SR 3814 IT/JCI - 11 d'engendrer un flux magnétique de commande associé auxdites extensions polaires (11, 12) -et avec l'obturateur (23), ledit flux pouvant provoquer le passage de l'obturateur (23) depuis la position de 5 travail ou il se trouve dans son autre position de travail. SR 3814 IT/JCI