Brevet FR2635389A1 — publié le 19900216

Soupape de régulation de la pression d'un évaporateur commandée par une force auxiliaire et destinée à une installation frigorifique L'invention concerne une soupape de régulation de la pression d'un évaporateur commandée par une force auxiliaire et destinée à une installation frigorifique, comprenant une soupape principale-montée dans la conduite d'aspiration, dont l'élément de fermeture est chargé en direction de l'ouverture par un ressort et en direction de la fermeture par une pression auxiliaire qui peut être prélevée entre deux positions d'étranglement dans une conduite auxiliaire reliant un raccord pour la pression la plus élevie du système à un raccord situé à l'arrière de la soupape principale, positions dont l'une est prédéterminée de façon fixe et dont l'autre est formée par une soupape auxiliaire dont l'élément de fermeture peut être déplacé en fonction de la pression de l'évaporateur, notamment une soupape de fermeture montée dans la conduite auxiliaire en aval des positions d'étranglement. Dans une soupape de régulation de la pression d'un évaporateur commandée par une force auxiliaire connue de ce type (US-PS-4 442 680), la position d'étranglement fixe est montée en amont de la position d'étranglement qui est formée par la soupape auxiliaire et en aval d'une électrovanne destinée à la fermeture de la conduite auxiliaire. Lorsque la pression de l'évaporateur monte, la soupape auxiliaire se déplace en direction de la fermeture. Il est prévu sur un siège une gorge qui forme une dérivation à étranglement quand la soupape auxiliaire est fermée. Même quand la soupape auxiliaire est fermée, ceci permet d'établir une liaison entre son raccord destiné à une pression plus élevée du système et la chambre à pression auxiliaire de manière que la soupape principale puisse se fermer quand la soupape de fermeture constituée sous forme d'une électrovanne est fermée. L'agent de refroidissement qui s'écoule par la conduite auxiliaire fournit une certaine puissance de commande qui réduit la capacité frigorifique. De telles soupapes de régulation de la pression sont utilisées en particulier dans les installations frigorifiques de supermarchés o plusieurs évaporateurs individuels sont montés en parallèle et doivent 2- être séparés individuellement de la conduite d'aspiration pour effectuer la décongélation. Dans ce cas, la soupape principale se comporte comme une soupape de régulation et en outre comme une soupape de fermeture. L'invention a pour but de diminuer la puissance de commande d'une soupape de régulation de la pression d'un évaporateur du type décrit dans le préambule. Selon l'invention, ce but est atteint du fait que la soupape auxiliaire est montée en aval de la position d'étranglement fixe et du fait que son élément de fermeture s'ouvre quand augmente la pression de l'évaporateur. Pour parvenir à cette constitution, on est parti du concept selon lequel les installations frigorifiques fonctionnent pendant la plus grande partie de leur durée de fonctionnement avec une charge faible et que des charges plus élevées n'apparaissent que lorsque des nouveaux produits sont stockées ou lorsqu'une période de décongélation est terminée. Selon l'invention, à mesure qu'augmente la charge, la résistance d'étranglement diminue dans la conduite auxiliaire et la puissance de commande augmente. Ceci est contraire à la construction connue. Il en résulte que le fonctionnement a lieu pendant la plus grande partie de la durée de fonctionnement avec une puissance de commande réduite. Comme la puissance de commande réduite est associée à la charge la plus faible et de ce fait à la capacité frigorifique la plus faible, la puissance du compresseur atteint une valeur extrêmement petite quand la charge diminue. Dans l'ensemble, les pertes de fluide de refroidissement qui proviennent de l'écoulement par la conduite auxiliaire peuvent être réduites de plus de 90%. A ceci s'ajoute que l'on peut éliminer une dérivation d'étranglement dans la soupape auxiliaire car la chambre à force auxiliaire reste continuellement en liaison avec le raccord destiné à la pression la plus élevée du système par l'intermédiaire de l'étranglement fixe. Lors de la fermeture de la soupape de fermeture, la soupape principale peut donc se fermer très rapidement - à la manière d'une électrovanne. Il est particulièrement avantageux que la position d'étranglement fixe soit formée par au moins deux alésages d'étranglement montés en -3- série et comprenant une chambre intermédiaire de section plus importante. On obtient ainsi la résistance par étranglement désirée sans que l'alésage d'étranglement ait besoin d'être trop long ou de présenter un diamètre trop petit. Avantageusement, il est fait en sorte que l'élément de fermeture de la soupape principale soit formé par une partie d'un piston dont la surface qui recouvre le passage du siège est plus petite que la surface soumise à la pression auxiliaire, et est entouré par une surface non équilibrée qui représente de 10 à 35Z et de préférence 24% de la surface recouvrant le passage du siège. La surface non équilibrée est soumise en fonctionnement à une pression réduite quand il y a baisse de pression, ce qui fait qu'une force de fermeture plus élevée agit sur l'élément de fermeture. La modification de la pression de l'évaporateur qui est nécessaire pour réaliser un étranglement du passage principal est donc ainsi diminuée. Il en résulte que la pression de l'évaporateur est maintenue sensiblement à sa valeur de consigne quand la charge frigorifique de l'évaporateur se modifie. En outre, la surface non équilibrée a pour fonction de fournir une force de fermeture suffisante pour assurer la fermeture de la soupape principale quand on procède à une décongélation par un gaz chaud. La constitution selon l'invention permet d'utiliser en tant que soupape de fermeture une simple électrovanne à deux voies. L'invention permet également une construction dans laquelle l'élément de fermeture de la soupape auxiliaire est constituée par une tige de soupape qui est reliée de façon forcée à l'organe de sortie d'une capsule de pression à membrane, dont la membrane est chargée en direction de l'ouverture par la pression de l'évaporateur et en direction de la fermeture par un ressort à valeur de consigne. L'utilisation de la tige de soupape qui est commandée directement entralne une simplification considérable sur. le plan constructif. Sur ce plan constructif, il est avantageux que la partie supérieure d'un bottier de soupape comprenne un alésage longitudinal étagé et deux alésages transversaux non traversants et diagonaux, décalés axialement l'un par rapport à l'autre, l'alésage transversal d'entrée débouchant dans la section longitudinale de plus grand 2635389- -4- diamètre formant une chambre auxiliaire et recevant une tubulure de raccordement à position d'étranglement fixe incorporée, tandis que l'alésage transversal de sortie débouche entre la section de l'alésage longitudinal de diamètre moyen, qui reçoit un élément comprenant le siège de la soupape auxiliaire, et la section de l'alésage longitudinal de plus petit diamètre qui guide l'élément de fermeture de la soupape auxiliaire. Cette partie supérieure peut être facilement fabriquée et montée. Il suffit de mettre en liaison la chambre à force auxiliaire et la soupape principale. On peut obtenir ce résultat d'une façon particulièrement simple du fait qu'un couvercle de bottier de soupape relié au bottier de la soupape principale limite par une tubulure 'la chambre à force auxiliaire et comprend un alésage longitudinal étagé dans le couvercle, du fait que l'on prévoit en tant qu'élément de fermeture de la soupape principale un piston étagé qui est guidé dans l'alésage longitudinal étagé du couvercle, et du fait que des canalisations relient les enceintes étagées formées par les gradins de l'alésage et du piston à la chambre auxiliaire. La partie supérieure du bottier de la soupape recouvre la tubulure de laquelle part le piston étagé par sa section de plus petit diamètre. Pour compenser des différences de tolérances, le siège de la soupape auxiliaire peut être réglé axialement. L'invention va maintenant être expliquée plus en détail dans ce qui suit à l'aide d'un mode de réalisation préféré représenté sur les dessins dans lesquels: la figure 1 montre le circuit d'une installation frigorifique comprenant la soupape de régulation de la pression d'un évaporateur selon l'invention, et la figure 2 est une vue en coupe partielle d'une telle soupape. La figure I montre une installation frigorifique dans laquelle un moteur de compression 1 envoie l'agent de refroidissement par une conduite à pression 2 vers un condenseur 3 à la suite duquel est monté un collecteur 4 pour l'agent de refroidissement fluide. En passant par une soupape d'expansion 5, l'agent de refroidissement fluide parvient dans un évaporateur 6 qui est relié au moteur compresseur par une - 5- conduite d'aspiration 7. Une soupape de régulation 8 de la pression de l'évaporateur comprend une soupape principale 9 montée dans la conduite d'aspiration 7, qui est munie d'une chambre à force auxiliaire 10. Pour réaliser la force auxiliaire, on prévoit une conduite auxiliaire 11 qui va d'un raccord amenant la pression la plus élevée du système, tel qu'un raccord a monté sur l'enceinte à vapeur du collecteur 4 ou un raccord b monté sur la conduite à pression 2 vers un raccord c situé à l'arrière de la soupape principale. La conduite auxiliaire comprend en série et l'une après l'autre une position d'étranglement fixe 12 et une soupape auxiliaire 13. Au niveau d'une prise 14 située entre elles s'établit une pression intermédiaire due à la chute de la pression, qui détermine la force auxiliaire. A la suite est montée une électrovanne à deux voies 15 qui permet la fermeture de la conduite auxiliaire 11. La soupape auxiliaire 13 est commandée en fonction de la pression de l'évaporateur qui est amenée à une chambre de pression 17 par l'intermédiaire d'une conduite de commande 16. En sens contraire agit un ressort à valeur de consigne réglable 18. Lorsque la pression de l'évaporateur monte, la section d'ouverture de la soupape auxiliaire 13 augmente. De ce fait, la pression intermédiaire au niveau de la prise 14 diminue, et de ce fait également la force auxiliaire dans la chambre à force auxiliaire 10. La soupape principale 9 qui est sollicitée en direction de sa fermeture par la force auxiliaire et en direction de son ouverture par un ressort 19 parvient de ce fait à une section d'ouverture plus importante. Ceci entraîne une diminution de la pression de l'évaporateur jusqu'à la valeur de consigne désirée. Le processus de régulation est inverse quand la pression de l'évaporateur est trop faible. Quand la charge de l'évaporateur est faible, sa pression baisse, ce qui fait qu'aussi bien la soupape auxiliaire que la soupape p.incipale sont amenées au voisinage de la position de fermeture. La capacité de perte de l'agent de refroidissement qui s'écoule par la conduite auxiliaire 11 est donc faible en proportion. Lorsque la charge est plus élevée et qu'en conséquence la pression de l'évaporateur est haute, la soupape principale 9 peut par contre être totalement ouverte. -6- L'électrovanne 15 est volontairement fermée quand l'évaporateur 6 doit être décongelé. Du fait de la fermeture de la conduite auxiliaire, il se forme dans la chambre à force auxiliaire 10 la pression totale élevée du système qui ferme la soupape principale 9. Le processus de décongélation a lieu quand il y a un manque de circulation de l'agent de refroidissement ou en conséquence d'une amenée de gaz chaud. Dans le mode de réalisation montré à la figure 2, on a utilisé les mêmes références qu'à la figure 1 pour désigner les parties correspondantes. Un bottier de soupape 20 comprend un siège de soupape 21 destiné à l'élément de fermeture 22 de la soupape principale 9. Une vis 23 supporte un plateau 24 destiné au support du ressort d'ouverture 19. L'élément de fermeture 22 est constitué sur un piston étagé 25 qui est guidé dans un alésage longitudinal étagé 26 d'un couvercle 27 du bottier de la soupape, qui est fixé au bottier 20 de la soupape principale avec interposition d'une garniture d'étanchéité 28. Le piston étagé 25 comprend un alésage axial 29 et un alésage radial 30 par lequel une enceinte étagé 31 qui est constituée entre le gradin du piston étagé 25 et le gradin de l'alésage étagé 26 est reliée à la chambre à force auxiliaire 10. Cette enceinte étagé est rendue étanche vis-à-vis de l'enceinte 33 de la soupape par une garniture d'étanchéité 32. La section du piston est alors soumise à la charge de la pression auxiliaire sur la totalité de sa surface A. Cette surface A est plus importante que la surface B recouvrant le passage du siège. Il subsiste donc une surface annulaire C qui est non équilibrée car elle n'est pas soumise à la pression de l'évaporateur mais à une pression plus faible que cette dernière. Une partie supérieure 36 du bottier est vissée avec interposition d'une garniture d'étanchéité 34 sur une tubulure 35 du couvercle 37. Cette partie supérieure comprend un alésage longitudinal étagé 37 ainsi qu'un alésage transversal d'entrée 38 et un alésage transversal de sortie 39. L'alésage transversal d'entrée 37 débouche dans la section de plus grand diamètre de l'alésage longitudinal formant la chambre à force auxiliaire 10. Il reçoit une tubulure de raccordement 40 dans -7- laquelle sont montés deux éléments d'étranglement 41 et 42. Chaque élément d'étranglement comprend une chambre 43 et un alésage d'étranglement 44. L'alésage transversal de sortie 39 débouche entre une section de l'alésage longitudinal de diamètre moyen, qui contient un élément 45 destiné à former le siège 46 de la soupape auxiliaire, et une section de l'alésage longitudinal de plus petit diamètre, qui guide l'élément de fermeture en forme de tige 47 de la soupape auxiliaire 13. L'élément 45 peut être vissé de manière que la position axiale du siège 46 puisse être réglée. Dans l'alésage transversal de sortie 39 est vissée une tubulure de raccordement 48 qui supporte l'électrovanne 15. Au-dessus de la partie supérieure 36 est montée une capsule de pression 49 comprenant une membrane 50. Cette dernière est soumise à une charge, par le dessus par un ressort à valeur de consigne réglable 18 et par le dessous par la pression de l'évaporateur dans la chambre à pression 17. Elle agit par l'intermédiaire d'un organe de sortie 51 sur l'élément de fermeture en forme de tige 47 de la soupape auxiliaire. Grâce aux canalisations 29 et 30, on obtient ce résultat que l'ensemble de la section du piston étagé 25 est soumis à la pression régnant dans la chambre à force auxiliaire 10. La pression de l'évaporateur et le ressort d'ouverture 19 agissent en sens contraire. Il n'en découle donc aucune difficulté pour choisir la pression intermédiaire de manière à obtenir la position d'ouverture désirée. Quand la soupape principale 9 est fermée, la surface de l'élément de fermeture qui est soumise à la pression de l'évaporateur diminue. La position de fermeture est donc ainsi maintenue avec sécurité. Quand l'électrovanne 15 se ferme, la pression du condenseur peut se former dans la chambre à force auxiliaire 10, ce qui fait que même des pressions très élevées de l'évaporateur ne permettent pas d'ouvrir la soupape principale. Dans l'ensemble, on obtient donc un dispositif très simple du point de vue constructif et de sa fabrication. Naturellement, on peut s'écarter des caractéristiques de construction qui ont été montrées de diverses manières sans s'éloigner du concept de base de l'invention. Ainsi, les positions d'étranglement fixes 12 et la soupape auxiliaire 13 peuvent être montées séparément de la soupape principale. Il suffit - 8dans ce cas de disposer une conduite laissant passer la pression intermédiaire entre la prise 14 et la chambre à force auxiliaire 10. La soupape d'expansion 5 peut être également remplacée par une position d'étranglement. -9. REVENDICATIONS 1. Soupape de régulation de la pression d'un évaporateur commandée par une force auxiliaire et destinée à une installation frigorifique, comprenant une soupape principale montée dans la conduite d'aspiration, dont l'élément de fermeture est chargé en direction de l'ouverture par un ressort et en direction de la fermeture par une pression auxiliaire qui peut être prélevée entre deux positions d'étranglement dans une conduite auxiliaire reliant un raccord destiné à une pression plus élevée du système à un raccord situé à l'arrière de la soupape principale, positions dont l'une est prédéterminée de façon fixe et dont l'autre est formée par une soupape auxiliaire dont l'élément de fermeture peut être déplacé en fonction de la pression de l'évaporateur, notamment avec une soupape de fermeture montée dans la conduite auxiliaire en aval des positions d'étranglement, caractérisée en ce que la soupape auxiliaire (13) est montée en aval de la position d'étranglement fixe (12) et en ce que son élément de fermeture (47) s'ouvre quand augmente la pression de l'évaporateur. 2. Soupape de régulation de la pression d'un évaporateur selon la revendication 1, caractérisée en ce que la position d'étranglement fixe (12) est formée par au moins deux alésages d'étranglement (44) montés en série et comprenant une chambre intermédiaire (43) de section plus importante. 3. Soupape de régulation de la pression d'un évaporateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'élément de fermeture (22) de la soupape principale (9) est formé par une partie d'un piston dont la surface qui recouvre le passage du siege est plus petite que la surface soumise à la pression auxiliaire et est entouré par une surface non équilibrée, qui représente de 10 à 35% et de préférence 24Z de la surface recouvrant le passage du siège. 4. Soupape de régulation de la pression d'un évaporateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la soupape de fermeture est une électrovanne à deux voies. 5. Soupape de régulation de la pression d'un évaporateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'élément de fermeture (47) de la soupape auxiliaire (13) est constitué - 10 - par une tige de soupape qui est reliée de façon forcée à l'organe de sortie (51) d'une capsule de pression à membrane (49), dont la membrane (50) est chargée en direction de l'ouverture par la pression de l'évaporateur et en direction de la fermeture par un ressort à valeur de consigne (18). - 6. Soupape de régulation de la pression d'un évaporateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par une partie supérieure (36) d'un bottier de soupape qui comprend un alésage longitudinal étagé (37) et deux alésages transversaux (38, 39) non traversants et diagonaux, décalés axialement l'un par rapport à l'autre, l'alésage transversal d'entrée débouchant dans la section longitudinale de plus grand diamètre formant. une chambre à force auxiliaire (10) et recevant une tubulure de raccordement (40) à position d'étranglement fixe incorporée (12) tandis que l'alésage transversal de sortie débouche entre la section de l'alésage longitudinal de diamètre moyen, qui reçoit un élément (45) avec le siège (46) de la soupape auxiliaire (13), et la section de l'alésage longitudinal de plus petit diamètre qui guide l'élément de fermeture (47) de la soupape auxiliaire. 7. Soupape de régulation de la pression d'un évaporateur selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'un couvercle (27) de bottier de soupape relié au bottier (20) de la soupape principale limite par une tubulure (35) la chambre à force auxiliaire (10) et comprend un alésage longitudinal étagé (26) dans le couvercle, en ce que l'on prévoit en tant qu'élément de fermeture de la soupape principale (9) un piston étagé (25) qui est guidé dans l'alésage longitudinal étagé du couvercle, et en ce que des canalisations (29, 30) relient les enceintes étagées formées par les gradins de l'alésage et du piston à la chambre à force auxiliaire (10). 8. Soupape de régulation de la pression d'un évaporateur selon l'une quelconque des revendications i à 7, caractérisée en ce que le siège (46) de la soupape auxiliaire (13) peut être réglé axialement.