Brevet FR2635367A1 — publié le 19900216

VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION OU DE CLIMATISATION La présente invention concerne les systèmes de réfri- gération ou de climatisation qui utilisent des tubes capil- laires comme élément de commande et, plus particulièrement, une vanne de séparation pour ces systèmes. Les systèmes de réfrigération et de climatisation con- sistent essentiellement en un compresseur, un condenseur,un tube capillaire et un évaporateur. Lorsque dans ces systèmes, la température de l'évapo- rateur atteint une valeur prédéterminée et le compresseur est arrêté, il se produit la migration du fluide chauffé du côté du condenseur (le côté de la haute pression) à l'éva- porateur (le côté de la basse pression). Cette migration du réfrigérant à l'évaporateur à chaque arrêt du compres- seur entraîne une perte de la capacité de refroidissement dans le système (d'environ 6 % dans les systèmes qui utili- sent des compresseurs alternatifs et 12 % dans les systèmes qui utilisent des compresseurs rotatifs), puisque le réfri- gérant, outre le chauffage de l'évaporateur, doit être recomprimé à chaque nouveau déclenchement du compresseur, lorsque le cycle de fonctionnement normal du système est rétabli, c'est-à-dire, lorsque les niveaux de pression et de température sont rétablis dans chaque unité du système. Une première solution connue pour résoudre ce problème implique l'utilisation d'une électrovanne, installée entre le condenseur et le tube capillaire. Dans ce cycle de re- froidissement, la vanne est activée simultanément à l'arrêt du compresseur (le compresseur rotatif), empêchant le réfrigérant de circuler du condenseur à l'évaporateur. Un problème de cette solution est que la vanne reste activée pendant l'arrêt du système de réfrigération, et qu'en conséquence, pendant l'arrêt du compresseur, consomme au cours de cette période une quantité considérable d'éner- gie. Une autre solution connue est décrite dans la descrip- tion de brevet GB 2121942 A. Ce système comprend une vanne à une seule voie (26) installée entre le côté d'aspiration (21a) d'un compresseur (21) et l'évaporateur (25) pour em- pêcher la circulation du réfrigérant du c6té de l'aspira- tion à l'évaporateur. Une vanne de type sensible à la pres- sion (37) est installée entre le condenseur et l'évapora- teur (25) pour empêcher la circulation du fluide du conden- seur (22) à l'évaporateur (25) pendant l'arrêt du compres- seur (21). Un tube de connexion (34) est raccordé entre la vanne (37) et le côté d'aspiration (21a) du compresseur (21) pour transmettre la pression du c8té d'aspiration à la vanne. La fermeture de la vanne-(37) est commandée par la pression d'aspiration du compresseur (21). Lorsque la pres- sion d'aspiration du compresseur (21) devient plus élevée qu'une valeur pré-déterminée donnée, elle agit sur la vanne (37) empêchant le passage du fluide réfrigérant du conden- seur à l'évaporateur. Cette solution présente l'inconvénient de ne pouvoir être appliquée qu'à des systèmes de réfrigération qui uti- lisent des compresseurs rotatifs, puisque cette vanne (37) est commandée par la pression du gaz réfrigérant qui re- tourne par la ligne d'aspiration pendant que le compresseur (21) s'arrête. Ce retour du gaz réfrigérant par la ligne d'aspiration après l'arrêt du compresseur, se produit grâce aux caracté- ristiques de construction des compresseurs rotatifs. Dans ce type de compresseur, le gaz réfrigérant, déchargé à une haute pression dans le bottier, s'écoule par l'assemblage mécanique jusqu'au c8té d'aspiration, lequel effet est uti- lisé pour activer la vanne (37). Dans les compresseurs alternatifs, cet effet d'écoule- ment du gaz réfrigérant par l'assemblage mécanique jusqu'à la ligne d'aspiration ne se produit pas, rendant alors impossible l'utilisation de ce type de vanne dans des sys- tèmes utilisant des compresseurs alternatifs. Un autre in- convénient de cette solution est le nombre de soudures à effectuer dans le tubage étant donné la nécessité d'au moins un tube supplémentaire (34) dans le circuit de réfri- gération. Ce tube (34) est nécessaire pour mesurer la pres- sion de la ligne d'aspiration (21a). La présente invention a pour objectif de proposer une vanne de séparation pour les systèmes de réfrigération et de climatisation qui peut être appliquée à la fois dans les systèmes qui utilisent des compresseurs rotatifs et dans les systèmes utilisant des compresseurs alternatifs. La présente invention a également pour objectif de proposer une vanne de séparation pour les systèmes de ré- frigération et de climatisation qui ont une faible consom- mation de puissance. La présente invention a encore pour objectif de pré- senter une vanne de séparation pour les systèmes de réfri- gération et de climatisation, qui n'exigent pas l'instal- lation de tubes supplémentaires dans les systèmes mention- nés, réduisant ainsi le nombre d'opérations d'opérations à un minimum. Les objectifs ci-dessus sont atteints avec une vanne de séparation à installer dans les systèmes de réfrigéra- tion ou de climatisation, d'un type consistant essentiel- lement en: un compresseur hermétique entratné par un mo- teur électrique; un condenseur et un évaporateur, reliés respectivement, aux côtés d'évacuation et d'aspiration du compresseur; un élément de commande du type tube capillaire installé entre le condenseur et l'évaporateur; et une van- ne de séparation entre le condenseur et le tube capillaire. Selon la présente invention la vanne de séparation comprend un bottier définissant une chambre interne avec une ouverture d'entrée en communication de fluide avec le condenseur et une ouverture de sortie en communication de fluide avec l'évaporateur; une coulisse magnétique d'obtu- ration assemblée dans la chambre, de manière à ce qu'elle puisse être déplacée entre une position inopérante, mainte- nant ouvertes les ouvertures d'entrée et de sortie, et une position opérante, obturant l'ouverture de sortie; des élé- ments électromagnétiques assemblés dans le bottier et exci- tés sélectivement et automatiquement, de préférence par le circuit du moteur électrique, pendant une durée suffisante pour provoquer le déplacement de la coulisse magnétique d'une position opérante à une autre selon l'activation du moteur électrique du compresseur; le maintien de la cou- lisse magnétique dans ses positions inopérante et opérante étant effectué par l'action de forces non-électromagnéti- ques agissant sur la coulisse magnétique au moins pendant le maintien de celle-ci dans la position respective inopé- rante ou opérante. Dans un mode de réalisation préférée de la présente invention, le bottier dans lequel la coulisse magnétique est logée consiste en deux parties tubulaires assemblées concentriquement. La partie tubulaire interne consiste en un matériau non-magnétique et est pourvue exté- rieurement de bobines d'ouverture et de fermeture. La par- tie tubulaire externe consiste en un matériau ferromagné- tique et est assemblée extérieurement aux bobines d'ouver- ture et de fermeture, étant fixées à la partie tubulaire interne susmentionnée du bottier. Dans cette forme préférée de la présente invention, la bobine d'ouverture est reliée en série avec l'enroule- ment de démarrage du moteur électrique. En conséquence, l'ouverture de la vanne se produit simultanément au démarrage du moteur, auquel moment la bobine d'ouverture est activée et la coulisse magnétique déplacée jusqu'à la position d'ouverture. Le maintien de la coulisse dans cette position se produit par l'action de son propre poids. La vanne doit, donc, être installée dans une position verticale. La bobine de fermeture est reliée en parallèle avec les connexions terminales du moteur (l'enroulement principal) en même temps que le moteur est arrêté. La fer- meture de la vanne se produit en conséquence simultanément à la déconnexion du moteur, lorsqu'il agit comme générateur au cours de sa décélération, faisant circuler un courant électrique par la bobine de fermeture, qui déplace la coulisse magnétique jusqu'à la position de fermeture. Le maintien de la coulisse dans cette position est fourni par la différence de pression entre les côtés de haute et de basse pression du système. La vanne de séparation ainsi construite présente une consommation de puissance très réduite puisque, contraire- ment à la solution traditionnelle (l'électrovanne), elle ne reste pas activée pendant la période d'arrêt du système, mais est activée seulement aux moments o le compresseur s'arrête et démarre, ce qui représente une fraction de se- conde. En outre, dans la configuration décrite ci-dessus, la consommation de courant du système fournisseur de puissance n'a lieu qu'au moment de l'ouverture de la vanne, tandis que sa fermeture se fait aux dépens de la puissance générée par le moteur au moment o il est arrêté et, donc, sans aucune consommation de courant du fournisseur de puissance. Un autre avantage de la vanne de séparation est qu'el- le ne nécessite pas l'installation de tubages supplémen- taires dans le système, supprimant ainsi des opérations de soudage supplémentaires, qui entraînent davantage de coûts pour les essais et vérifications. Un autre avantage qu'il convient de mentionner est que cette vanne est commandée électriquement, agissant donc indépendamment des pressions du système. C'est la raison pour laquelle elle peut être appliquée dans les systèmes qui utilisent à la fois des compresseurs rotatifs et alter- natifs. La présente invention va être décrite ci-dessous avec référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une représentation schématique d'un système de réfrigération qui utilise une vanne de sépara- tion selon la présente invention; La figure 2 représente une vue en coupe longitudinale de la vanne de séparation de la présente invention; La figure 3 illustre une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; Les figures 4 et 5 représentent deux circuits électri- ques de la vanne, avec les dispositifs de démarrage du com- presseur; et La figure 6 illustre une variation de structure du circuit représenté sur la figure 5. Comme représenté sur la figure 1, le système de réfri- gération consiste essentiellement en un compresseur hermé- tique 30, un condenseur 31, un tube capillaire 32 et un évaporateur 33. Dans les systèmes utilisant des compres- seurs rotatifs une vanne à une seule voie 34 (une vanne d'arrêt) est généralement installée entre le compresseur 30 et l'évaporateur 33. Le r8le de cette vanne est d'empêcher le passage du gaz réfrigérant chauffé du bottier du com- presseur 30 à l'évaporateur 33 aux moments de l'arrêt du système. Afin d'éviter le passage du gaz réfrigérant du conden- seur 31 à l'évaporateur 33 par le tube capillaire 32, au cours des périodes d'arrêt du compresseur, le système pré- sente une vanne de séparation 40 installée, sur l'exemple représenté sur l'illustration, entre le condenseur 31 et le tube capillaire 32. Comme représenté sur les figures 2 et 3, la vanne de séparation 40 consiste essentiellement en une coulisse ma- gnétique 41 qui se déplace à l'intérieur du bottier 42. Le bottier 42 est formé par une partie tubulaire interne 42a et une partie tubulaire externe 42b, assemblées concentri- quement. Comme représenté sur l'illustration, la partie tu- bulaire interne 42a est dotée extérieurement de bobines d'ouverture 46 et de fermeture 47. La partie tubulaire ex- terne 42b est assemblée extérieurement aux bobines d'ouver- ture 46 et de fermeture 47, fixées radialement à la partie tubulaire interne 42a au moyen d'un anneau intermédiaire 48 et d'une paire de disques d'extrémité 49a et 49b, ces der- niers définissant, avec la partie tubulaire interne 42a, une chambre à l'intérieur de laquelle la coulisse 41 se déplace. Un aspect à mentionner au regard de la construc- tion du bottier 42 est que la partie tubulaire interne 42a doit être d'un matériau non-magnétique, tandis que la par- tie tubulaire externe 42b, l'anneau 48 et les disques 49a et 49b doivent être d'un matériau magnétique afin que le flux magnétique agisse sur la coulisse 41 de la vanne 40 (voir les lignes de flux représentées sur la figure 2). Le bottier 42 est relié au condenseur 31 (au c8té de haute pression du système) au moyen de trous 43 pratiqués sur le disque 49b et à l'évaporateur 33 (au c8té de basse pression du système) au moyen de l'extrémité 44 du tube capillaire 32. La coulisse magnétique 41 est dotée d'une surface d'obturation 45, qui dans sa position de fermeture est calée sur l'extrémité 44 du tube capillaire 32, fermant le passage du réfrigérant à l'évaporateur 33. Comme représenté sur la figure 3, la coulisse magnétique 41 présente de pré- férence une section transversale carrée avec des bords chanfreinés, de sorte que le noyau 41 puisse se déplacer librement entre les deux positions sans comprimer le fluide réfrigérant à l'intérieur de la chambre. D'autres formes polygonales de la section peuvent être adoptées dans la construction de la coulisse 41. La coulisse est actionnée au moyen de circuits repré- sentés sur les figures 4, 5 et 6. Selon ce qui est représenté sur la figure 4, le cir- cuit électrique pour l'actionnement de la vanne de sépara- tion 40, est constitué, dans sa forme préférée, essentiel- lement par une bobine de fermeture 47, une bobine d'ouver- ture 46 et un interrupteur à deux directions 50, relié au circuit électrique du moteur, qui consiste en un enroule- ment de démarrage 51,un dispositif de démarrage 52, un en- roulement principal 53 et une source d'énergie 54. Le cir- cuit électrique du moteur comprend normalement un conden- sateur de démarrage 55 relié en série avec l'enroulement de démarrage 51. L'interrupteur à deux directions 50 est nor- malement actionné par le thermostat du système. L'ouverture de la vanne de séparation se produit au moment o le moteur démarre lorsque l'interrupteur à deux directions 52 permet la circulation temporaire du courant par la bobine d'ouverture 46, qui est reliée en série avec l'enroulement de démarrage 51 du moteur. Par l'activation temporaire de la bobine d'ouverture 46, la coulisse 41 est déplacée jusqu'à la position représentée sur la figure 2, c'est-à-dire, avec son extrémité d'obturation 45 séparée de l'ouverture de sortie du fluide réfrigérant ou extrémité 44 du tube capillaire 32 qui mène à l'évaporateur 33. Lorsque est désactivé l'enroulement de démarrage du moteur et, en conséquence, la bobine d'ouverture 46, la coulisse 41 reste dans sa position inopérante ou position d'ouverture de la vanne étant donné l'action de son propre poids, puis- que la vanne est assemblée de sorte à avoir sa chambre in- térieure disposée au moins approximativement de manière verticale. Il faut comprendre cependant que la coulisse 41 peut être maintenue dans sa position inopérante par le fort équilibre de pression aux ouvertures d'entrée et de sortie de la chambre, secondé par la fourniture de tout disposi- tif mécanique capable d'exercer'une légère force élastique sur la coulisse, afin de contraindre celle-ci légèrement et constamment dans la position inopérante. La fermeture de la vanne de séparation 40 se produit au moment o le moteur est arrêté, lorsque l'interrupteur à deux directions 50 se déplace de la position A à la position B, reliant en paral- lèle la bobine de fermeture 47 de la vanne 40 avec l'enrou- lement principal 53 du moteur, lorsque ce dernier est enco- re en mouvement de décélération. Pendant cette période de décélération, le moteur agit comme un générateur de puis- sance, imposant la circulation temporaire d'un courant par la bobine de fermeture 47 produit par l'enroulement princi- pal 53 qui provoque le déplacement de la coulisse 41 par attraction magnétique jusqu'à la position de fermeture. Une des variantes du circuit électrique requis pour actionner la vanne de séparation 40, est représentée sur la figure 5. Dans ce circuit la bobine de fermeture 47 est reliée en série avec un dispositif temporisateur 56 de type C.T.P. L'ouverture de la vanne de séparation 40 se produit de la même manière que celle décrite précédemment relativement au circuit de la figure 4. La fermeture de la vanne de séparation 40 dans cette variante de forme de circuit se produit après la décon- nexion du moteur, lorsque l'interrupteur à deux directions 57 se déplace de la position A à la position B, reliant la source de puissance 54 au circuit de fermeture. Lorsque qu'elle est reliée à la source de puissance 54, la bobine de fermeture 47 est activée déplaçant la cou- lisse 41 jusqu'à la position de fermeture. Le dispositif temporisateur 56, qui dans ce cas consiste en un élément C.T.P., rend la circulation du courant par la bobine de fermeture 47 temporaire, limitant après un certain temps l'intensité du courant à une valeur relativement plus basse que la valeur initiale. Une variante de ce dispositif temporisateur 56 est représentée sur la figure 6. Ce cir- cuit consiste en une diode 60 reliée en série avec un con- densateur 61 et avec une résistance de décharge 62, le con- densateur 61 et la résistance de décharge étant reliés en parallèle. Avec la désactivation de la bobine de fermeture 47, après l'arrêt complet du moteur selon la configuration de la figure 4 ou après la période établie par le tempori- sateur 56 selon la configuration des figures 5 et 6, la coulisse 41 reste dans sa position opérante de fermeture de la coulisse par l'action du différentiel de pression même existant entre les c8tés de haute et de basse pression-du système. L'ouverture de la sortie de fluide 44 de la cham- bre de la vanne est dimensionnée de sorte à garantir l'ap- plication d'une force de fermeture sur la coulisse 41 qui surpasse la somme de toutes les forces agissant sur la cou- lisse dans le sens pour la séparer de la position de ferme- ture dans la condition de la bobine d'ouverture 46 qui n'est plus activée. Il faut comprendre également que les forces électro- magnétiques d'ouverture et de fermeture qui agissent sur la coulisse sont dimensionnées pour garantir le déplacement sûr de la coulisse jusqu'à ses positions de fonctionnement respectives et en outre que la période d'activation de ces forces sont dimensionnées pour permettre que les conditions de pression dans le système soient atteintes, qui sont par- ticulières à chacune des deux conditions de fonctionnement de celui-ci, représentées par "le compresseur fonctionnant" et "le compresseur à l'arrêt". REVENDICATIONS 1. "VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION ET DE CLIMATISATION", du type qui comprend: un compresseur hermétique entratné par un moteur électrique; un condenseur et un évaporateur, respectivement reliés aux c8tés d'éva- cuation et d'aspiration du compresseur; un élément de com- mande du type tube capillaire placé entre le condenseur et l'évaporateur; et une vanne de séparation entre le conden- seur et l'élément de commande, caractérisée en ce que la vanne de séparation comprend un bottier (42) définissant une chambre interne avec une ouverture d'entrée (43) en communication de fluide avec le condenseur (31) et avec l'ouverture de sortie (44) en communication de fluide avec l'évaporateur (33) au moyen de l'élément de commande (32); une coulisse magnétique d'obturation (41) installée à l'in- térieur de la chambre de sorte qu'elle puisse être déplacée entre une position inopérante ou position d'ouverture de vanne et une position opérante ou position de fermeture de vanne, au moyen de l'obturation de l'ouverture de sortie (44); des éléments électromagnétiques (46, 47) assemblés dans le bottier (42) et sélectivement et automatiquement activés pendant un temps suffisant pour provoquer le dépla- cement de la coulisse magnétique (41) d'une condition de fonctionnement à une autre, selon la condition de fonction- nement du système, le maintien de la coulisse magnétique (41) dans ses positions inopérante et opérante étant fourni par l'action de forces nonélectromagnétiques agissant sur la coulisse magnétique (41),-au moins durant les périodes auxquelles celle-ci reste dans la position de fonction- nement respective. 2. "VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION ET DE CLIMATISATION", selon la revendication 1, dans la- quelle le maintien de la coulisse magnétique (41) dans la position inopérante ou position d'ouverture de vanne est effectué par l'action de son propre poids. l1 3. "VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION ET DE CLIMATISATION",selon la revendication 1, dans la- quelle le maintien de la coulisse magnétique (41) dans la position opérante ou position de fermeture de vanne est ef- fectué au moyen du différentiel de pression entre les côtés de haute et de basse pression du système. 4. "VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION ET DE CLIMATISATION", selon la revendication 1, dans la- quelle le bottier (42) comprend: une partie tubulaire in- terne (42a) définissant la chambre mentionnée intérieure- ment; une partie tubulaire externe (42b) concentrique et à une distance en rapport avec la partie tubulaire interne (42a); une paire de parois d'extrémité (49a, 49b) obturant les deux parties tubulaires (42a, 42b) et un anneau inter- médiaire (48), lesdites parois d'extrémité et ledit anneau intermédiaire interconnectant radialement les deux parties tubulaires (42a, 42b) et les éléments électromagnétiques (46, 47) étant assemblés entre les deux parties tubulaires, dans chacun des deux côtés de l'anneau intermédiaire. 5. "VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION ET DE CLIMATISATION",selon la revendication 4, dans la- quelle la partie tubulaire interne (42a) est faite d'un matériau nonmagnétique, tandis que la partie tubulaire externe (42b), les parois d'extrémité (49a, 49b) et l'an- neau intermédiaire (48) sont faits d'un matériau ferroma- gnétique. 6. "VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION ET DE CLIMATISATION", selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, dans laquelle les ouvertures d'entrée (43) et de sortie (44) du fluide sont placées dans une des parois d'extrémité de la chambre. 7. "VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION ET DE CLIMATISATION", selon la revendication 6, dans la- quelle l'ouverture de sortie (44) est définie par la pro- jection du tube capillaire (32) vers l'intérieur de la chambre de la vanne. 8. "VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION ET DE CLIMATISATION", selon la revendication 4, dans la- quelle la coulisse magnétique supporte un élément d'obtura- tion (45) sur sa surface de contact extrême avec l'ouver- ture de sortie (44). 9. "VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION ET DE CLIMATISATION", selon la revendication 1, dans la- quelle l'activation des éléments électromagnétiques (46, 47) est effectuée à partir du circuit électrique du moteur du compresseur (30). 10. "VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION ET DE CLIMATISATION", selon la revendication 9, le moteur électrique mentionné comprenant un enroulement principal, un enroulement de démarrage et un dispositif de démarrage, tandis que les éléments électromagnétiques sont définis par une bobine d'ouverture de vanne (46), reliée en série avec l'enroulement auxiliaire (51) et avec le dispositif de dé- marrage (52) du moteur électrique, de sorte qu'elle soit activée simultanément au démarrage du moteur électrique; et une bobine de fermeture de vanne (47) à activer automati- quement simultanément à la désactivation du moteur électri- que. 11. "VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION ET DE CLIMATISATION", selon la revendication 10, dans la- quelle la bobine de fermeture (47) est reliée automatique- ment en parallèle avec l'enroulement principal (53) du moteur électrique, au moment de la désactivation de ce der- nier, afin d'être activée par le courant généré par le mo- teur électrique au cours de la décélération du rotor.. 12. "VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION ET DE CLIMATISATION", selon la revendication 10, dans la- quelle la bobine de fermeture (47) est reliée en série avec un dispositif temporisateur (56), qui désactive la bobine de fermeture (47) une fois qu'une période de temps s'est passée à partir de la désactivation du moteur électrique. 13. "VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION ET DE CLIMATISATION", selon la revendication 12, dans la- quelle le dispositif temporisateur (56) consiste en un élé- ment de type C.T.P. 14. "VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION ET DE CLIMATISATION", selon la revendication 12, dans la- quelle le dispositif temporisateur (56) est défini par un circuit électronique formé par une diode (60) reliée en sé- rie avec un condensateur (61) et avec une résistance de dé- charge (62), le condensateur (61) et la résistance de dé- charge étant reliés en parallèle. 15. "VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION ET DE CLIMATISATION", selon l'une quelconque des revendi- cations 10 à 14, dans laquelle l'activation de la bobine de fermeture (47) est commandée par un interrupteur (50) prévu dans le circuit électrique d'alimentation du moteur du com- presseur et automatiquement activé selon une condition de fonctionnement du système. 16. "VANNE DE SEPARATION POUR SYSTEMES DE REFRIGERATION ET DE CLIMATISATION", selon la revendication 15, dans la- quelle la condition de fonctionnement du système est une condition de température du système.