Brevet FR2698149A1 — publié le 19940520

La présente invention concerne un silencieux sensible à une condition, pour compresseur, de réfrigérant. Un compresseur volumétrique admet du gaz, comprime et par conséquent chauffe le gaz et refoule de façon pulsée le gaz chauffé sous pression. Le bruit associé à un refoulement pulsé est normalement atténué par un silencieux. Du fait que la vitesse du son est fonction de la température, de la quantité d'huile entraînée, et de la densité du milieu dans lequel il se déplace, dans le cas d'un compresseur frigorifique, la température ambiante et la charge du dispositif influenceront la vitesse du son dans le gaz refoulé. En outre, un fonctionnement à vitesse variable changera la fréquence des pulsations et une baisse de charge peut diminuer la pression de refoulement et peut produire des modifications de la température de refoulement en fonction de la nature de la baisse de charge. Du fait de la fluctuation inhérente de la température, de la densité et de la pression du gaz refoulé et de la fréquence des pulsations de refoulement, un silencieux agira de manière normale sur le gaz dans des conditions hors conception. En conséquence, l'atténuation du son est de manière normale plus faible que celle obtenue pour des conditions prévues. Les silencieux réactifs sont appelés réactifs non seulement parce qu'ils "réagissent", mais du fait que leur impédance acoustique est principalement réactive par opposition à une impédance dissipative, c'est-à-dire qu'ils absorbent très peu d'énergie au lieu de cela ils travaillent en réfléchissant l'énergie acoustique vers la source. L'analogie électrique est un circuit filtre, qui laisse passer certaines fréquences et bloque les autres. De manière idéale, il est souhaitable d'avoir un silencieux qui laisse passer une fréquence de 0 (écoulement stable) et bloque 100% des autres fréquences. Le problème est que ceci nécessiterait un silencieux infiniment grand, ayant un nombre infini d'éléments ; donc, un tel silencieux serait peu pratique pour des raisons de dimensions ainsi que de coût. Il en résulte qu'on sélectionne de manière normale un certain nombre raisonnable d'éléments et qu'on choisit leurs dimensions comme étant le meilleur compromis, en considérant les fréquences qui doivent être réellement atténuées (bloquées). Cette solution a toujours une certaine "bande passante", c'est-à-dire des plages de fréquences dans lesquelles l'énergie passe en n'étant pratiquement pas atténuée. L'art de la conception consiste à sélectionner les dimensions de telle sorte que ces bandes passantes soient situées à des niveaux de fréquence pour lesquels la machine source n'engendre que peu ou pas d'énergie. De manière spécifique, dans les dispositifs de compression volumétrique de type HVAC, il existe de manière traditionnelle un avantage et un inconvénient par comparaison avec les silencieux de moteur à combustion interne qui sont le plus couramment décrits dans la littérature. L'avantage est que les compresseurs peuvent être pratiquement à vitesse constante, si bien que les fréquences à atténuer ne changent pas beaucoup l'inconvénient est que la plupart des réfrigérants sont très denses et quelque peu visqueux dans les conditions de refoulement, si bien que toute restriction tend à entraîner de grandes chutes de pression ou pertes de charge et des pertes conséquentes de rendement du dispositif. Le compromis qui a été développé est de manière typique un silencieux à deux ou trois chambres munies d'un tube ou de tubes d'interconnexion rentrants. Le problème, avec cette approche traditionnelle des compresseurs à vis tels qu'ils sont développés aujourd'hui (et sur une moindre étendue, d'autres technologies de compresseur), est de deux sortes : on appliquera aux machines une vitesse variable si bien que les fréquences varieront sur une plage large, et elles ont une concentration d'huile importante et quelque peu variable, qui modifie la vitesse du son dans le gaz refoulé (ce qui a le même effet qu'un changement de fréquence vis à vis d'une conception de silencieux). En essayant de satisfaire ce défi dans la conception d'un silencieux, on aboutit de manière traditionnelle à un silencieux élaboré de manière excessive, ayant une chute de pression ou perte de charge inacceptable (c'est-à-dire une perte de rendement). La présente invention répond à ce problème associé au fonctionnement à vitesse variable en utilisant un "silencieux traditionnel" rectiligne auquel on ajoute des éléments et une logique pour rendre les dimensions-clés"adaptatives". La théorie consiste à détecter les pulsations de pression entrant dans le silencieux et le quittant, et à l'aide d'un algorithme approprié, de régler les dimensions de manière dynamique pour minimiser les pulsations quittant le silencieux au niveau d'une ou deux fréquences voulues. C'est un but de la présente invention que de fournir un silencieux sensible à une condition. C'est un autre but de la présente invention que d'accorder un silencieux en réponse aux conditions de fonctionnement. Ces buts ainsi que d'autres qui deviendront apparents ci-après, sont obtenue par la présente invention. A cet effet, la présente invention propose un silencieux sensible à une condition, comportant des moyens formant carter ayant une entrée et une sortie et ayant un trajet d'écoulement entre ladite entrée et ladite sortie comportant en série une première et une seconde chambres, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour accorder lesdites première et seconde chambres en réponse à des pulsations d'écoulement entrant dans ladite entrée et quittant ladite sortie. Un mode de mise en oeuvre avantageux est caractérisé en ce que lesdits moyens pour accorder comportent des moyens pour détecter la phase et l'amplitude des impulsions entrant dans ladite entrée et quittant ladite sortie. En termes de structure du silencieux, on peut avantageusement prévoir que lesdits moyens pour accorder comportent : des premiers moyens. formant cloison mobile située dans lesdits moyens formant carter, des seconds moyens formant cloison mobile située dans lesdits moyens formant carter, lesdits premiers moyens formant cloison mobile coopérant avec lesdits moyens formant carter pour définir ladite première chambre, lesdits seconds moyens formant cloison mobile coopérant avec lesdits moyens formant carter pour définir ladite seconde chambre, lesdites première et seconde chambres ayant un rapport de longueur prédéterminé, des moyens de déplacement destinés à déplacer lesdites première et seconde cloisons mobiles de manière à maintenir ledit rapport prédéterminé tout en accordant ledit silencieux. Avantageusement, ledit rapport est nominativement 2:1. De préférence, le silencieux ainsi conçu comporte en outre des moyens pour détecter des pulsations d'écoulement entrant dans ladite entrée et quittant ladite sortie et des moyens pour actionner lesdits moyens de déplacement en réponse auxdites pulsations détectées ; par exemple, lesdits moyens pour détecter détectent la phase et l'amplitude desdites pulsations détectées. Selon un mode de réalisation particulièrement simple, lesdits premiers moyens formant cloison mobile forment une partie desdites première et seconde chambres. De préférence, le silencieux selon l'invention comporte en outre des moyens pour détecter les pulsations fournies à ladite entrée, des moyens pour détecter les pulsations passant à travers ladite sortie, des moyens pilotés par lesdits moyens de détection des pulsations fournies à ladite entrée et les pulsations passant à travers ladite sortie, pour déplacer lesdits premier et second moyens formant cloison mobile pour maintenir ledit rapport prédéterminé tout en accordant ledit silencieux. Par exemple, lesdits moyens pilotés par lesdits moyens de détection de pulsation comportent un micro-processeur et des moyens formant moteur. De manière spécifique, un silencieux selon l'invention comporte ainsi deux chambres, la chambre située du côté entrée étant deux fois plus longue que la chambre située sur le côté sortie. Une cloison perforée située entre les deux chambres est mobile, de même qu'une cloison située du côté sortie de la chambre située du côté sortie. Les deux cloisons mobiles sont de manière générale entraînées de manière commune r la cloison située entre les deux chambres étant déplacée avec une vitesse correspondant aux deux tiers de celle de la cloison située du côté sortie de manière à maintenir les rapports des longueurs des deux chambres nominalement au niveau de 2:1. Un premier détecteur est situé au niveau de l'entrée ou à proximité de l'entrée du silencieux et un second détecteur est situé au niveau du côté sortie du silencieux ou à proximité de ce dernier côté.Les détecteurs sont reliés par l'intermédiaire d'un micro-processeur à l'actionneur destiné à entraîner les deux cloisons. Les deux détecteurs gèrent de manière respective les pulsations de pression de refoulement entrant et quittant le silencieux et, en réponse aux pulsations détectées, les deux cloisons sont déplacées de manière à avoir des longueurs de chambre respectives d'une moitié et d'un quart de longueur d'onde des pulsations de refoulement. Bien que les longueurs des deux chambres soient modifiées avec un rapport fixe de longueur (dans ce cas nominalement 2/1, qui est une bonne stratégie générale), il est important de reconnaître que certains autres rapports peuvent être meilleurs pour une caractéristique de source donnée.De manière additionnelle, il sera noté que le tube d'interconnexion rentrant n'est pas accordé si bien qu'un rapport de, par exemple, 1,9/1 peut être meilleur en pratique réelle. Aussi, les longueurs peuvent être modifiées indépendamment, avec des résultats théoriquement meilleurs, au prise d'une complexité mécanique plus grande et d'une logique plus compliquée dans l'algorithme de commande. De manière fondamentale, le trajet d'écoulement à travers un silencieux selon l'invention comporte en série deux chambres, la chambre amont ayant une longueur deux fois celle de la chambre aval. Les longueurs des chambres sont réglées en réponse à des pulsations d'entrée et de sortie détectées de manière à accorder les deux chambres à une moitié de longueur d'onde et un quart de longueur d'onde respectivement. D'autres caractéristiques et avantages de la présente ivnention ressortiront de la description ci-dessous, relative à un exemple non limitatif de mise en oeuvre, ainsi que du dessin annexé qui fait partie intégrante de cette description. La figure unique montre une vue en coupe du silencieux selon la présente invention utilisé dans un dispositif de conditionnement d'air ou de réfrigération. Sur la figure, la référence numérique 10 indique de manière générale un compresseur qui peut être un compresseur volumétrique quelconque. Le compresseur 10 fait partie d'un dispositif de conditionnement d'air ou de réfrigération et est actionné sous la commande d'un micro-processeur 100 répondant à plusieurs données d'entrée telles que des réglages de thermostats, des températures par zones, des nécessités de ventilation, etc. La sortie pulsée du compresseur 10 alimente via une ligne de refoulement 12 un silencieux longitudinal 20 à partir duquel elle passe via une ligne de sortie 14 vers le condenseur (non représenté) d'un dispositif de réfrigération. En passant à travers le silencieux 20, l'écoulement passe en série à travers la ligne de refoulement 12, un orifice 20-1 d'entrée dans un carter de silencieux 20, une chambre 24, étanche et intérieure à ce carter, un tube rentrant 31, une chambre 26 également étanche et intérieure au carter de silencieux 20, un manchon 32 et la ligne de sortie 14. L'orifice 20-1 par lequel la ligne de refoulement 12 débouche longitudinalement dans la chambre 24 est située dans une paroi transversale extrême 20-3 du silencieux alors que la ligne de sortie 14 part longitudinalement d'une paroi transversale extrême, opposée, 20-2 de celui-ci. Une cloison transversale 30, de manière générale circulaire et montée au coulissement, longitudinale à l'intérieur du carter de silencieux, avec étanchéité, isole la chambre 24 de la chambre 26, le tube rentrant 31 étant situé longitudinalement dans un alésage 30-1 de cette cloison 30 et assurant le passage de fluide entre les chambres 24 et 26. Une cloison transversale 34, de manière générale circulaire et montée de la même façon que la cloison 30 à l'intérieur du carter de silencieux, supporte avec étanchéité le manchon 32 et isole la chambre 26 d'un espace mort 28, intérieur au carter de silencieux le manchon 32, longitudinal, traverse longitudinalement cet espace mort 28 et peu coulisser longitudinalement dans la ligne de sortie 14.Un arbre longitudinal 40, traversant centralement le carter du silencieux, est supporté par des paliers 41 et 42 de parois transversales extrêmes 20-3, 20-2 de ce carter et est rendu étanche par un joint 44 au niveau où il traverse la paroi 20-2 du carter de silencieux 20. L'arbre 40 est entraîné par un moteur pas à pas 50 extérieur au carter de silencieux et porté par la paroi 20-2 et comporte des filets 40-1 et 40-2 de vis à billes 51 et 52 respectivement, les filets 40-1 en prise avec la cloison 30 ayant un pas correspondant à deux tiers du pas des filets 40-2 en prise avec la cloison 34. Des détecteurs 13 et 15 sont situés de manière à détecter les pulsations de refoulement entrant dans le silencieux 20 et quittant le silencieux 20 et sont représentés comme étant situés sur la ligne de refoulement 12 du compresseur et la ligne de sortie 14, respectivement. En fonctionnement, le compresseur 10 est actionné sous la commande du micro-processeur 100 en réponse à plusieurs données d'entrée telles que des températures de zone et des valeurs de référence, comme cela est habituel. De plus, le micro-processeur 100 reçoit des données d'entrée provenant des détecteurs 13 et 15, représentatives des pulsations de pression de refoulement dans les lignes 12 et 14 respectivement. En réponse aux pulsations de pression de refoulement détectées par les détecteurs 13 et 15, le micro-processeur 100 commande le moteur pas à pas 50 pour obtenir la plus grande réduction du son dans le silencieux 20. De manière spécifique, le détecteur 13 capte le refoulement pulsé du compresseur 10 qui passe via la ligne de décharge 12 et l'orifice 20-1 jusque dans la chambre 24 qui agit comme une chambre réflectrice par laquelle les pulsations de refoulement sont réfléchies en va et vient entre la face correspondante 30-2 de la cloison 30 et la paroi 20-3 du silencieux 20 avant de passer via le tube rentrant 31 jusque dans la chambre 26.De manière analogue les pulsations provenant de la chambre 24 passant à travers le tube rentrant 31 jusque dans la chambre 26 seront réfléchis en va et vient entre la face correspondante 30-3 de la cloison 30 et la face correspondante 34-1 de la cloison 34 avant de passer via le manchon 32 jusque dans la ligne de sortie 14. En reconnaissant que la valeur des fréquences entrant dans le silencieux 20 et quittant le silencieux 20 sera en général la même (ceci peut être démontré de manière théorique par une analyse de séries de FOURIER), on doit par conséquent se focaliser sur certaines variables autres que le "nombre de pulsations" entrant et sortant. Les deux choix évidents sont l'amplitude et la phase. En principe, on pourrait détecter l'amplitude de la pulsation quittant le silencieux (au niveau du détecteur 15) et régler le silencieux pour minimiser l'amplitude. En général cependant, la tendance consistera à trouver un minimum local, puisque les courbes de réponse peuvent être relativement complexes, en particulier si un changement rapide apparaît. On améliorera de manière importante la fiabilité de l'optimisation en considérant aussi la phase.Ceci nécessite deux détecteurs (13 et 15) puisque la phase est une différence entre deux signaux. L'avantage est que la réponse en phase tend à avoir un meilleur comportement que la réponse en amplitude. Par conséquent, une zone d'angles de phase voulus peut être prédéfinie dans la mémoire du micro-processeur, et le silencieux réglé via le moteur pas à pas 50 jusqu'à ce que l'angle soit dans cette zone ; un algorithme de minimisation peut être appliqué à l'amplitude au niveau du détecteur 15 pour assurer que le réglage réellement optimal soit obtenu. Pour minimiser l'intensité des pulsations sortant du silencieux 20, il est donc nécessaire d'accorder le silencieux. Pour satisfaire aux besoins de dimensionnement des chambres, la distance entre la paroi 20-3 et la face 30-2 doit être maintenue à une demi longueur d'onde alors que la distance entre les faces 30-3 et 34-1 doit être maintenue à un quart de longueur d'onde. En réponse au franchissement d'un seuil par la différence entre les pulsations captées par les détecteurs 13 et 15, le micro-processeur 100 actionne le moteur pas à pas 50 pour faire tourner l'arbre 40 sur une amplitude déterminée. La rotation de l'arbre 40 entraîne une coopération avec la vis à billes 51 via les filets 40-1 et avec la vis à billes 52 via les filets 40-2, entraînant le déplacement des cloisons 30 et 34.Les cloisons 30 et 34 ont des fentes coopérant avec des clavettes 20-4 et 20-5 longitudinales, fixes par rapport au silencieux 20, et qui empêchent leur rotation avec l'arbre 40. Du fait que le pas des filets 40-1 représente les deux tiers de celui des filets 40-2, la distance entre la paroi 20-3 et la face 30-2 est toujours deux fois la distance existant entre les faces 30-3 et 34-1. En permettant les incréments pas à pas du moteur pas à pas 50, les modifications incrémentées de densité de refoulement, température, capacité pulsations du compresseur, la présente invention déterminera ces conditions pour maintenir l'accord du silencieux 20 avec une réduction résultante du son par comparaison avec un silencieux accordé uniquement à une condition de conception. Bien qu'un mode préféré de réalisation de la présente invention ait été représenté et décrit, d'autres modifications apparaîtront à l'homme du métier. Par exemple, les dimensions de la cavité peuvent être modifiées par multiples de la fréquence pour être adaptées à des pulsations de refoulement à fréquence plus élevée de compresseurs à vitesse élevée et le nombre de cavités peut être augmenté. De plus, plutôt qu'une cloison 30 ayant la forme d'une séparation commune entre les chambres 24 et 26, si bien que son déplacement agrandit toujours une chambre en réduisant l'autre chambre, on peut prévoir une coopération avec une cloison fixe. De manière spécifique, une cloison fixe sera positionnée entre les cloisons mobiles 30 et 34 et coopèrera avec la cloison 34 pour former la chambre 26. Un espace mort tel que 28 existera entre la cloison 30 et la cloison fixe et une communication de fluide existera entre les chambres via un manchon tel que le manchon 32. Egalement, les cavités peuvent être accordées de manière individuelle en utilisant des moteurs pas à pas séparés et des mécanismes d'entraînement pour chacune d'elles. Dans cette configuration, le pas des filets 40-1 sera deux fois celui des filets 40-2. Il est par conséquent prévu que la présente invention ne soit limitée que par la portée des revendications annexées. REVENDICATIONS 1.- Silencieux (20) sensible à une condition, comportant : des moyens (20) formant carter ayant une entrée (20-1) et une sortie (14) et ayant un trajet d'écoulement entre ladite entrée et ladite sortie comportant en série une première (24) et une seconde (26) chambres, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (13, 15, 30, 34, 40, 50, 100) pour accorder lesdites première et seconde chambres (24, 26) en réponse à des pulsations d'écoulement entrant dans ladite entrée et quittant ladite sortie. 2.- Silencieux selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour accorder (13, 15, 30, 34, 40, 50, 100) comportent des moyens (13, 15) pour détecter la phase et l'amplitude des impulsions entrant dans ladite entrée et quittant ladite sortie. 3.- Silencieux selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour accorder comportent des premiers moyens (30) formant cloison mobile située dans lesdits moyens formant carter, des seconds moyens (34) formant cloison mobile située dans lesdits moyens formant carter, lesdits premiers moyens (30) formant cloison mobile coopérant avec lesdits moyens formant carter pour définir ladite première chambre (24), lesdits seconds moyens (34) formant cloison mobile coopérant avec lesdits moyens formant carter pour définir ladite seconde chambre (26). lesdites première et seconde chambres (24, 26) ayant un rapport de longueur prédéterminé, des moyens de déplacement (40, 50, 100) destinés à déplacer lesdites première et seconde cloisons mobiles (30, 34) de manière à maintenir ledit rapport prédéterminé tout en accordant ledit silencieux. 4.- Silencieux selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit rapport est nominativement 2:1. 5.- Silencieux selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (13, 15) pour détecter des pulsations d'écoulement entrant dans ladite entrée et quittant ladite sortie et des moyens (100) pour actionner lesdits moyens (40, 50) de déplacement en réponse auxdites pulsations détectées. 6.- Silencieux selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens (13, 15) pour détecter détectent la phase et l'amplitude desdites pulsations détectées. 7.- Silencieux selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens (30) formant cloison mobile forment une partie desdites première et seconde chambres (24, 26). 8.- Silencieux selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (13) pour détecter les pulsations fournies à ladite entrée, des moyens (15) pour détecter les pulsations passant à travers ladite sortie, des moyens (50), pilotés par lesdits moyens de détection des pulsations fournies à ladite entrée et les pulsations passant à travers ladite sortie, pour déplacer lesdits premier et second moyens (30, 34) formant cloison mobile pour maintenir ledit rapport prédéterminé tout en accordant ledit silencieux. 9.- Silencieux selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens pilotés par lesdits moyens de détection de pulsation comportent un micro-processeur (100) et des moyens (50) formant moteur.