Brevet FR2651566A1 — publié le 19910308

SYSTEME D'AMENEE D'AIR POUR UNE UNITE DE REFRIGERATION DE TRANSPORTS FRIGORIFIQUES La présente invention concerne, d'une façon générale, la réfrigération dans les transports frigorifiques et elle a trait, plus particulièrement, à des systèmes d'amenée d'air pour des unités de réfrigération de transports frigorifiques. Il est courant, dans l'industrie de la réfrigération des transports frigorifiques d'avoir recours à une source de force motrice à deux vitesses, telle qu'un moteur Diesel, relié de manière à entraîner un compresseur de réfrigérant à une vitesse sélectionnée parmi deux vitesses, à savoir une vitesse élevée et une vitesse faible, comme par exemple 2200 t/min. et 1400 t/min. Le réglage de la vitesse est fonction de la capacité de refroidissement ou de chauffage demandé par un thermostat qui compare la température d'un espace traité avec un point de consigne de température. Si les soufflantes du condenseur et de l'évaporateur sont entraînées directement par le moteur, le débit de l'air chute lorsque la vitesse du moteur diminue. Cette disposition est souhaitable pour la soufflante du condenseur car les exigences auxquelles est soumise la soufflante du condenseur sont moindres lorsque la capacité de réfrigération est plus faible. Il se peut que cela soit ou ne soit pas souhaitable pour la soufflante de l'évaporateur selon le point de consigne de température. Si le point de consigne est déterminé pour des charges, telles que des produits, non-congelées, il est souhaitable de maintenir en permanence un débit élevé de circulation d'air dans l'espace traité, quelle que soit la vitesse du compresseur, afin de maintenir une température uniforme dans la cargaison et d'empêcher une "congélation exagérée". Si le point de consigne est déterminé pour des charges congelées, la variation de température de l'espace traité n'est pas aussi critique tant que tous les points de la cargaison se trouvent bien en dessous du point de congélation. De ce fait, une réduction du débit de l'air dans l'espace traité à une vitesse plus faible est bénéfique car l'énergie réduite demandée par la soufflante et la diminution de la "chaleur d'aubage"' par suite de la réduction de la compression et de la vitesse de l'air se traduit par une capacité de refroidissement accrue s'ajoutant dans des proportions égales à 10 à 15% de la capacité et également par une réduction de la consommation de carburant. Ainsi, bien que certains systèmes comprennent des moyens pour maintenir automatiquement constant le débit de l'air dans l'évaporateur, quelle que soit la vitesse du compresseur, cette disposition n'est pas toujours avantageuse et peut constituer un inconvéient. Dans le brevet U.S. 4.878.360, on a décrit un agencement d'entraînement à vitesse réglable qui comprend un arbre intermédiaire entraîné par la source de force motrice. Sur cet arbre intermédiaire est fixée une poulie, qui entraîne la soufflante du condenseur à une vitesse directement proportionnelle à la vitesse de la source de force motrice, et une poulie variable. La poulie variable est reliée par une courroie, qui relie également une poulie entraînant la soufflante de l'évaporateur, et une poulie folle. La position de la poulie folle est commandée par un dispositif d'actionnement linéaire pour tendre la courroie et sélectionner le diamètre du cercle primitif de la poulie variable qui assure le débit d'air voulu dans l'évaporateur pour le point de consigne de température à la vitesse à laquelle tourne la source de force motrice. Bien que cet agencement fonctionne bien, il serait souhaitable, et c'est l'objet de la présente invention, d'améliorer l'agencement du brevet U.S. 4.878. 360 afin d'obtenir un agencement d'amenée d'air plus simple et d'entretien moins contraignant pour un système de réfrigération de transport frigorifique dans lequel la vitesse de la soufflante du condenseur est directement proportionnelle à la vitesse de la source de force motrice, tandis que la vitesse de la soufflante de l'évaporateur peut être sélectionnée. En bref, la présente invention réside dans un système d'amenée d'air pour une unité de réfrigération de transport frigorifique qui comprend une source de force motrice présentant au moins deux vitesses de fonctionnement, comme par exemple un moteur Diesel, un compresseur, un condenseur, un évaporateur, une soufflante pour le condenseur, une soufflante pour l'évaporateur, et un agencement d'entraînement à vitesse réglable pour la soufflante de l'évaporateur. Tel qu'il est utilisé ici, le terme "soufflante" désigne n'importe quelle unité d'amenée d'air appropriée, y compris des soufflantes centrifuges et des soufflantes à écoulement axial. La présente invention élimine la poulie variable et le dispositif d'actionnement lindaire du brevet U.S. 4.878.360 grace à l'utilisation d'un embrayage électrique et d'un embrayage unidirectionnel ou à roue libre pour remplir les fonctions désirées. Plus spécifiquement, l'agencement à vitesse variable de la présente invention comprend un arbre intermédiaire comportant une première poulie fixée à cet arbre, une seconde poulie supportée de façon tournante sur l'arbre intermédiaire, et une troisième poulie fixée à cet arbre intermédiaire. L'embrayage électrique mentionné ci-dessus est disposé de manière à caler la seconde poulie sur l'arbre intermédiaire lorsque l'embrayage électrique est excité. L'agencement d'entraînement à vitesse réglable comprend, en outre, un arbre de sortie et l'embrayage unidirectionnel mentionné ci-dessus. Une quatrième poulie est fixée à la bague extérieure de l'embrayage unidirectionnel et à la soufflante du condenseur, et une cinquième poulie est fixée à l'arbre de sortie. L'arbre de sortie, qui est directement relié à la soufflante de l'évaporateur, est fixé à la bague intérieure de l'embrayage unidirectionnel. L'arbre de sortie ne peut pas tourner plus lentement que la bague extérieure, mais il peut tourner plus rapidement. Une première courroie relie les première et quatrième poulies, et une seconde courroie relie les seconde et cinquième poulies. La troisième poulie est reliée à une source de force motrice. Lorsque la source de force motrice fonctionne à grande vitesse, l'embrayage électrique cesse d'être excité. L'embrayage unidirectionnel s'enclenche et fait tourner la roue de sortie en entraînant à grande vitesse à la fois la soufflante du condenseur et la soufflante de l'évaporateur. Lorsque la source de force motrice fonctionne h une petite vitesse, la soufflante du condenseur fonctionne à une faible vitesse. S'il est souhaitable de maintenir à une vitesse élevée la soufflante de l'évaporateur, l'embrayage électrique est excité lorsque la source de force motrice passe d'une grande vitesse à une petite vitesse, en calant la seconde poulie sur l'arbre intermédiaire. Le rapport entre les seconde et cinquième poulies maintient l'arbre de sortie à la vitesse plus élevée voulue et, de ce fait, l'arbre de sortie et la bague intérieure tourne plus vite que la bague extérieure de l'embrayage unidirectionnel. Si l'unité de réfrigération de transport frigorifique commande la réfrigération d'une charge congelée, il peut être souhaitable de diminuer la vitesse de la soufflante de l'évaporateur lorsque la source de force motrice passe à une vitesse faible. Dans ce cas, l'embrayage électrique n'est pas excité et la bague extérieure de l'embrayage unidirectionnel est bloquée de manière à entraîner l'arbre de sortie à la même vitesse que la soufflante du condenseur. Il est possible de déterminer automatiquement à l'aide de la température de point de consigne sélectionnée si oui ou non l'embrayage électrique est excité lorsque la source de force motrice passe d'une --: --.----4- - -_ '- ' --- électrique cesse d'être excité à la fois pendant le mode à grande vitesse et le mode à petite vitesse de la source de force motrice. La présente invention sera mieux comprise et apparaîtra de façon plus évidente à la lecture de la description détaillée donnée ci-après en référence aux dessins annexés, sur lesquels; la figure 1 est une vue en perspective d'un système de réfrigération pour transports frigorifiques, ce système comportant un agencement d'amenée d'air réalisé selon les enseignements de la présente invention; et la figure 2 est un schéma d'une commande de réfrigération illustrant un exemple d'un agencement de commande qui peut être utilisé pour commander l'agencement d'amenée d'air de la présente invention. Le brevet U.S. 4.551.986 qui appartient à la Demanderesse décrit une unité de réfrigération pour transports frigorifiques du type qui peut être modifié pour utiliser les enseignements de la présente invention. En se référant maintenant à la figure 1, on voit que l'on y a représenté une vue en perspective schématique d'un système de réfrigération 10 pour transports frigorifiques réalisé selon les enseignements de la présente invention. Le système de réfrigération 10 pour transports frigorifiques comprend une source de force motrice 12 qui est, de préférence, un moteur Diesel présentant au moins deux vitesses de fonctionnement pouvant être sélectionnées par un électro-aimant, par exemple une vitesse de 2200 t/min. et de 1400 t/min., appelées communément "grande vitesse" (GV) et "petite vitesse" (PV), respectivement. La source 12 de force motrice comprend un vilbrequin 13 qui entraîne un compresseur 14 de réfrigérant, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un agencement de poulies, et le compresseur 14 fait circuler le réfrigérant dans un circuit fermé qui comprend un condenseur 16 et un évaporateur 18. Le brevet U.S. 4.735.055, qui appartient à la Demanderesse, peut être cité à titre de référence pour un circuit réfrigérant classique destiné à des systèmes de réfrigération pour transports frigorifiques. Le système de réfrigération 10 pour transports frigorifiques comprend un agencement 20 d'amenée d'air pour le condenseur 16 et l'évaporateur 18, cet agencement comprenant un arbre intermédiaire 22 supporté de façon tournante et entrainé par la source 12 de force motrice à l'aide d'un agencement d'entraînement 23, un arbre de sortie 24 supporté de façon tournante, une soufflante 26 de condenseur, un agencement 28 d'entraînement à une vitesse non réglable pour entraîner la soufflante 26 de condenseur à une vitesse directement proportionnelle à la vitesse de la source 12 de force motrice, une soufflante d'évaporateur, et un agencement 32 d'entraînement à une vitesse réglable pour entraîner la soufflante 30 d'évaporateur à des vitesses pouvant être sélectionnées. L'agencement 32 comprend une poulie folle 31 supportée en vue de sa rotation par un arbre 33. Les axes longitudinaux 34, 36, 38 et 39 du vilbrequin 13, de l'arbre intermédiaire 22, de l'arbre de sortie 24 et de l'arbre 33 de la poulie folle, respectivement, sont tous disposés parallèlement les uns aux autres et à une distance prédéterminée les uns des autres. L'agencement d'entraînement 23 pour entraîner l'arbre intermédiaire 22 comprend une poulie 40 d'arbre intermédiaire, une poulie menée 42 fixée à l'arbre intermédiaire 22, et une courroie trapézoïdale 44 qui relie, c'est-à-dire accouple, les poulies 40 et 42. L'agencement d'entraînement 28 pour entraîner la soufflante 26 du condenseur à une vitesse directement proportionnelle à la vitesse de la source 12 de force motrice comprend une poulie menante 46 fixée de manière à tourner avec l'arbre intermédiaire 22, un agencement 45 d'embrayage unidirectionnel comportant une bague extérieure 47, une bague intérieure 49 et un embrayage 50 à roue libre, l'arbre de sortie 24 étant fixé à la bague intérieure 49. Une poulie 48 est fixée à la bague extérieure 47 de l'agencement 45 d'embrayage unidirectionnel comme l'est la soufflante 26 de condenseur. Une courroie trapézoïdale 52 relié les poulies 46 et 48. L'agencement d'entraînement 32 pour entraîner la soufflante 30 d'évaporateur à des vitesses pouvant être sélectionnées comprend un embrayage électrique 54 comportant un rotor 55 d'embrayage supporté en vue de sa rotation par l'arbre intermédiaire 22 à l'aide de roulements 57. Une plaque 58 formant armature est fixée de manière à tourner avec l'arbre intermédiaire 22. Une bobine électrique fixe 60 s'étend dans une cavité délimitée par le rotor 55 d'embrayage en complétant ainsi l'embrayage électrique 54. Un embrayage électrique convenant pour cette application est décrit en détail dans le brevet U.S. 4.770.002 appartenant à la Demanderesse. L'agencement d'entraînement 32 comprend, en outre, une poulie menée 64 fixée à l'arbre de sortie 24 et une courroie trapézoidale 66 qui relie les poulies 56, 64, et une poulie folle 31. L'arbre intermédiaire 22 est utilisé pour régler la tension des courroies 44 et 52 et, après le réglage de l'arbre intermédiaire, on règle la poulie folle 31 pour tendre la poulie 66. Un dispositif 70 de commande de réfrigérant fournit une tension destinée à exciter l'embrayage électrique 54 au moment approprié, par exemple lorsque la source 12 de force motrice, passe d'une grande vitesse à une petite vitesse, la température de point de consigne se trouvant au-dessus d'une valeur de réglage prédéterminée. La figure 2 est un schéma qui montre une exemple d'agencement de commande qui peut être utilisé pour une commande 70 de réfrigération. Seuls, les éléments de commande nécessaires pour comprendre l'agencement ont été représentés afin de simplifier le dessin. Plus spécifiquement, la figure 2 montre un thermostat 72 monté entre des conducteurs 74 et 76 d'une alimentation en courant électrique. Le thermostat 72 est asservi à la sélection effectuée par un sélecteur 78 de point de consigne. Le thermostat 72 détecte, par l'intermédiaire d'un capteur 82, la température d'un espace 80 sous commande de conditionnement, compare la température détectée avec la valeur de réglage du sélecteur 78 de point de consigne et, en réponse à la comparaison, déclenche des cycles de chauffage et de refroidissement à grande vitesse et à petite vitesse, selon les besoins, par l'intermédiaire d'un relais 1K de chauffage et d'un relais 2K de vitesse. Le relais 1K de chauffage, lorsqu'il n'est pas excité, indique qu'un fonctionnement en mode refroidissement est nécessaire et, lorsqu'il est excité, indique qu'un fonctionnement en mode chauffage est nécessaire. Du fait que la présente invention n'est pas concernée par le chauffage et le refroidissement en soi, les contacts et les éléments de commande asservis au relais 1K de chauffage n'ont pas été représentés. Le relais 2K de vitesse, lorsqu'il est excité, sélectionne le mode grande vitesse de la source 12 de force motrice, par exemple 2200 t/min. et, lorsqu'il n'est pas excité, sélectionne le mode petite vitesse, par exemple 1400 t/min.. Le relais 2K de vitesse comporte un ensemble de contacts 2K-1 normalement ouverts qui, lorsqu'il est fermé, excite un solénoide TS de commande de papillon, ce solénoïde TS de commande de papillon étant associé fonctionnellement au papillon des gaz de la source 12 de force motrice. Le dispositif de commande 70 comprend un relais HLO de neutralisation de chauffage asservi à la température sélectionnée par le sélecteur 78 de point de consigne. Lorsque la température sélectionnée est supérieure à un point prédéterminé, le relais HLO cesse d'être excité et, lorsque la température sélectionnée est inférieure au point prédéterminé, le relais HLO est excité. Le "point prédéterminé" est habituellement choisi de telle sorte que, lorsqu'une température sélectionnée par le sélecteur 78 de point de consigne est inférieure à ce point prédéterminé, cela veut dire que la charge soumise à un conditionnement est une charge congelée, le rôle habituel du relais HLO étant de neutraliser le thermostat 72, c'est-à-dire de l'empêcher de déclencher le mode chauffage pendant que le relais HLO est excité. La bobine 60 de l'embrayage électrique 54 est reliée, pour être excitée, par un contact normalement fermé 2K-2 du relais 2K de vitesse et par un contact normalement fermé HLO-1 du relais HLO de neutralisation de chauffage. Ainsi, lorsque le relais 2K de vitesse est excité, en faisant appel à une grande vitesse, le contact 2K-2 s'ouvre et la bobine électrique 60 ne peut pas être excitée. Quand le relais 2K de vitesse cesse d'être excité, le contact 2K-2 se ferme en excitant la bobine électrique 60. La bobine électrique 60 est excitée si le contact HLO-1 du relais HLO est fermé, ceci indiquant que le relais HLO n'est pas excité. Comme on l'a mentionné précédemment, le relais HLO n'est pas excité lorsque le sélecteur 78 de point de consigne est réglé sur une température supérieure à la température prédéterminée de neutralisation de chauffage. Lorsque le relais HLO est excité, ce qui indique qu'une charge congelée se trouve dans l'espace contrôlé 80, la bobine électrique 60 ne peut pas être excitée quel que soit le réglage de la vitesse de la source de force motrice 12. Pendant le fonctionnement de l'agencement 20 d'amenée d'air, lorsque la source 12 de force motrice fonctionne à grande vitesse, il est souhaitable que les soufflantes respectives 26 et 30 du condenseur et de l'évaporateur fonctionnent toutes deux à grande vitesse. L'embrayage électrique 54 n'est pas excité et la poulie 56 tourne en roue libre sur l'arbre intermédiaire 22. La poulie 46 entraine à grande vitesse la poulie 48 et la soufflante 26 du condenseur. L'agencement 45 d'embrayage unidirectionnel s'enclenche de manière à venir en prise avec l'arbre de sortie 24 et à entraîner ce dernier car la bague intérieure 49 ne peut pas tourner plus lentement que la bague extérieure 47. La soufflante 30 de l'évaporateur est donc entraînée à la même vitesse que la soufflante 26 du condenseur. Les diamètres des poulies 46 et 48 déterminent la vitesse de rotation de l'arbre 24 pendant le mode de fonctionnement à grande vitesse. La poulie 64 entraîne la poulie 56 pendant ce temps mais, comme on l'a mentionné précédemment, la poulie 56 tourne simplement en roue libre sur ses roulements. Lorsque la vitesse de la source 12 de force motrice tombe à la valeur de son réglage de petite vitesse, on admet tout d'abord qu'il est souhaitable de faire fonctionner la soufflante 30 de l'évaporateur à une vitesse plus élevée que celle de la soufflante 26 du condenseur et, de ce fait, la bobine électrique 60 de l'embrayage électrique 54 est excitée par le dispositif de commande 70. Quand l'embrayage électrique 54 est excité, le rotor 55 de l'embrayage est attiré magnétiquement contre la plaque-armature 58 et la poulie 56 se trouve ainsi assosiée à l'arbre intermédiaire 22. La poulie 56 entraîne alors la poulie 64, l'arbre 24 et la soufflante 30 de l'évaporateur. Les diamètres des poulies 56 et 64 sont choisis de manière à assurer le débit élevé d'amenée d'air désiré pour la soufflante de l'évaporateur, ce débit pouvant par exemple être égal à celui qui existe lorsque la source 12 de force motrice fonctionne à grande vitesse. Pendant le mode de fonctionnement à petite vitesse de la source 12 de force motrice, la poulie 46 entraîne la poulie 48, la bague extérieure 47 et la soufflante 26 du condenseur à une vitesse proportionnelle à la vitesse plus faible de la source de force motrice, laquelle vitesse est inférieure à la vitesse de l'arbre 24. La bague intérieure 49 de l'agencement 45 d'embrayage unidirectionnel tourne alors plus vite que la bague extérieure 47. Si, lorsque la vitesse de la source de force motrice tombe à une valeur faible, il n'est pas souhaitable de maintenir la valeur élevée du débit de l'air amené à l'évaporateur, par exemple si une charge congelée se trouve dans l'espace conditionné 80, la bobine électrique 60 n'est pas excitée et la soufflante de l'évaporateur est entraînée par l'agencement 45 d'embrayage unidirectionnel, comme on l'a exposé dans la description relative à la grande vitesse et, de ce fait, les soufflantes respectives 26 et 30 du condenseur et de l'évaporateur fonctionnent à petite vitesse. En résumé, on a décrit un système d'amenée d'air nouveau pour une unité de réfrigération qui est destinée à un transport frigorifique et qui assure une commande individuelle pouvant être sélectionnée et agissant sur la vitesse de la soufflante de l'évaporateur en permettant une sélection de vitesses désirées à la fois pour des charges fraîches et des charges congelées à des vitesses différentes de la source de force motrice. REVENDICATIONS 1. Système d'amenée d'air (20) pour une unité de réfrigération (10) de transport frigorifique comportant une source (12) de force motrice, un condenseur (16), un évaporateur (18), et des moyens (26, 30) pour une amenée d'air au condenseur et à l'évaporateur, caractérisé par le fait qu'il comprend: un premier arbre (22) entraîné par la source de force motrice, une première poulie (46) fixée audit premier arbre, un embrayage électrique (54), une seconde poulie (56) pouvant être connectée audit premier arbre par l'intermédiaire de l'embrayage électrique, un second arbre (24) espacé du premier arbre, ce second arbre étant relié de manière à entraîner le moyen (30) d'amenée d'air à l'évaporateur, un agencement (45) d'embrayage unidirectionnel comportant une bague intérieure (49) fixée au second arbre et une bague extérieure (47), une troisième poulie (48) fixée à la bague extérieure de l'agencement d'embrayage unidirectionnel, cette troisième poulie étant reliée de manière à entraîner le moyen (26) d'amenée d'air au condenseur, une quatrième poulie (64) fixée au second arbre, une première courroie (52) reliant les première et troisième poulies de manière à entraîner le moyen d'amenée d'air au condenseur à une vitesse directement proportionnelle à la vitesse de la source de force motrice, et une seconde courroie (66) reliant les seconde et quatrième poulies, grace à quoi l'embrayage électrique (54) entraîne le second arbre (24) et le moyen (30) d'amenée d'air à l'évaporateur à une vitesse plus grande que celle du moyen (26) d'amenée d'air au condenseur et le déclenchement de l'embrayage électrique se traduit par l'entraînement du moyen d'amenée d'air à l'évaporateur à la même vitesse que celle du moyen d'amenée d'air du condenseur, par l'intermédiaire de l'agencement (45) d'embrayage unidirectionnel. 2. Système d'amenée d'air selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend une cinquième poulie (42) fixée au premier arbre (22), une sixième poulie (40) fixée à la source (12) de force motrice, et une troisième courroie (44) reliant les cinquième et sixième poulies. 3. Système d'amenée d'air selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la source de force motrice est une source de force motrice à deux vitesses, présentant des première et seconde vitesses de fonctionnement prédéterminées, la première vitesse étant supérieure à la seconde vitesse, l'embrayage électrique (54) comprend une bobine électrique (60) et un moyen de commande (70) est présent pour permettre l'excitation de la bobine électrique uniquement lorsque la source de force motrice fonctionne à ladite seconde vitesse. 4. Système d'amenée d'air selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen (78) pour sélectionner la température devant être maintenue par le système de réfrigération du transport frigorifique et le moyen de commande (70) comprend un moyen (HLO) asservi à la température sélectionnée pour permettre l'excitation de la bobine électrique uniquement lorsque la température sélectionnée est supérieure à une valeur prédéterminée.