Brevet FR2756877A1 — publié le 19980612

La présente invention a pour objet un compresseur hermétique destiné à la circulation de gaz, tel qu'un compresseur scroll. Un compresseur hermétique, notamment pour la production de froid, comprend une pompe assurant la montée en pression de gaz entre une chambre d'aspiration basse pression et une chambre de pression ou chambre de refoulement haute pression. La pompe est actionnée par un moteur électrique ayant un dispositif de protection thermique provoquant l'ouverture du circuit électrique d'alimentation du moteur lors d'une élévation de température. Le document EP-B-O 480 560 concerne un compresseur scroll équipé d'un dispositif de protection thermique consistant en une soupape thermosensible s'ouvrant lorsqu'une valeur prédéterminée est atteinte afin de former un conduit de mise en communication de la chambre de pression et de la chambre d'aspiration du compresseur, lorsque le fluide de refroidissement circule à l'intérieur du compresseur, le dispositif de protection thermique du moteur, coupant l'alimentation électrique de celuici. Toutefois, I'arrêt de l'alimentation du moteur ne se produit pas avant que la température à l'intérieur de la totalité du compresseur n'ait augmenté considérablement. De ce fait, la coupure de l'alimentation du moteur est retardée et des surchauffes préjudiciables peuvent intervenir localement dans le compresseur. Un redémarrage du compresseur est seulement possible après refroidissement, qui ne peut être obtenu que par conduction thermique à travers l'enceinte hermétique. II doit en outre être noté que la mise en communication entre la chambre d'aspiration et la chambre de pression est pénalisante pour le compresseur, dans la mesure où il n'est pas possible d'être certain de la bonne fermeture de ce passage en condition normale de fonctionnement, la pièce assurant l'obturation temporaire pouvant, à la longue, réagir de façon peu fiable et ainsi affecter le rendement du compresseur. Enfin, dans un tel cas, I'ouverture de la soupape dépend non seulement de la température mais également de la différence de pression entre la chambre de pression et la chambre d'aspiration, alors que la coupure de l'alimentation du moteur électrique ne doit intervenir qu'en raison d'une température trop élevée. Le document US 5 186 613 décrit un dispositif similaire de protection thermique, dans lequel une soupape située dans un conduit de dérivation ouvre lorsque la température dépasse une valeur prédéterminée. La connexion du conduit de dérivation débouche à proximité de l'interrupteur de commande du moteur réagissant à la température, qui est placé directement dans le flux de gaz lorsque la soupape ouvre. Cela assure une coupure rapide du moteur évitant une montée en température inutile de certaines zones du compresseur, de telle sorte que le compresseur peut être redémarré relativement rapidement. Toutefois, dans aucun des deux dispositifs définis précédemment, la température du gaz sous pression n'est appréciée directement, dans la mesure où des soupapes sensibles à la température sont montées en contact thermique avec un composant de masse importante. De ce fait, les soupapes réagissent à une valeur résultant, d'une part, de la température du gaz et, d'autre part, de la température du ou des composants. Ainsi, les soupapes sensibles à la température ne peuvent pas réagir à des augmentations rapides de température du gaz dans la chambre de pression. II est tout à fait douteux que les soupapes puissent ouvrir dans une situation d'urgence, par exemple avec une soupape de détente bloquée dans le circuit de réfrigération externe, dans la mesure où la pression du côté aspiration du compresseur sera réduite considérablement, tandis que la pression et la température du gaz de sortie auront augmenté. De ce fait, la pression différentielle au niveau des soupapes sera si importante que des forces importantes seront nécessaires pour l'ouvrir. C'est ainsi notamment que des soupapes bimétalliques ne pourront pas ouvrir pour des pressions différentielles élevées. Le but de l'invention est de fournir un compresseur hermétique, et notamment un compresseur scroll, équipé d'un système de protection thermique dans lequel l'alimentation électrique du moteur soit coupée rapidement dès qu'une température prédéterminée est atteinte, sans que la pression dans la chambre de pression ou dans la chambre d'aspiration influence cette mesure. En outre, I'invention a pour but de permettre une coupure de cette alimentation électrique en s'affranchissant totalement de l'échauffement de l'environnement et notamment de la température de l'enveloppe hermétique, en ne prenant en considération que la température du gaz. Ainsi, en cas de coupure de l'alimentation électrique du moteur, il sera possible de redémarrer très rapidement l'installation, dans la mesure où l'ensemble de la machine n'aura pas atteint une température élevée et qu'il ne sera donc pas nécessaire d'attendre que l'ensemble de la machine baisse en température avant de la remettre en route. A cet effet, le compresseur selon l'invention, du type comprenant une entrée débouchant dans une chambre d'aspiration basse pression, une sortie débouchant dans une chambre de refoulement haute pression ou chambre de pression, des moyens de compression comprenant un moteur équipé d'un dispositif de protection thermique permettant de couper l'alimentation électrique du moteur lors du dépassement d'une température prédéterminée comporte des moyens de transport de la chaleur de la chambre de pression vers le dispositif de protection thermique, sans ménagement d'un passage de mise en communication du gaz entre la chambre de pression et la chambre d'aspiration. Dans une variante de réalisation, la zone basse pression et la chambre de refoulement sont disposées de part et d'autre d'une paroi de séparation. La zone de refoulement peut également déboucher dans une chambre haute pression servant au filtrage des ondes de pression ou de silencieux. Le dispositif de protection thermique permet de couper l'alimentation électrique du moteur en fonction d'une température, un fonctionnement équivalent prend également en compte l'intensité d'alimentation du moteur électrique. Le dispositif de protection de température du moteur du compresseur est utilisé sans nécessiter de transfert de gaz chaud à l'intérieur du compresseur de la zone haute pression vers la zone basse pression. Le dispositif de protection réagit donc très rapidement pour couper l'alimentation du moteur dès que la température augmente, sans le retard préjudiciable des dispositifs connus actuellement. Suivant une première forme d'exécution, le compresseur comprend un conduit dont une extrémité débouche dans la chambre de pression, qui passe à proximité du dispositif de protection thermique du moteur et dont l'autre extrémité débouche dans la chambre de pression. Cet agencement permet de bénéficier de la vitesse de la veine fluide à la sortie pour améliorer la circulation du gaz dans le conduit. Afin de favoriser le temps de réponse du dispositif de protection thermique, le conduit dont les extrémités débouchent dans la chambre de pression est en contact avec le dispositif de protection thermique du moteur. Cela permet une transmission de chaleur par conduction. Avantageusement, l'extrémité aval du conduit dont les extrémités débouchent dans la chambre de pression est équipée d'une soupape thermique n'autorisant le passage de gaz dans le conduit, après ouverture de la soupape, qu'au-dessus d'une température de gaz supérieure à la température de consigne d'ouverture de la soupape. Suivant une forme d'exécution de ce compresseur, I'extrémité amont du conduit dont les extrémités débouchent dans la chambre de pression est disposée à proximité de l'orifice de refoulement de gaz par le compresseur. Cela permet de bénéficier de la vitesse du gaz ou d'augmenter la différence de pression relative entre les deux extrémités du conduit et faciliter ainsi l'écoulement du gaz dans le conduit. Avantageusement dans ce cas, I'extrémité aval du conduit dont les extrémités débouchent dans la chambre de pression est disposé à proximité de la sortie de celle-ci Suivant une possibilité, au moins l'une des extrémités du conduit dont les extrémités débouchent dans la chambre de pression est obturée par le clapet anti-retour de refoulement lorsque le compresseur est à l'arrêt. En outre, le conduit dont les extrémités débouchent dans la chambre de pression est isolé thermiquement, sauf dans sa zone située à proximité du dispositif de protection thermique. Cela évite le chauffage inutile du gaz entourant le moteur, ce qui est avantageux si la chambre d'aspiration du compresseur est reliée avec l'enceinte contenant le moteur. Suivant une autre forme d'exécution, ce compresseur comprend un caloduc dont une extrémité est disposée dans la chambre de pression et dont l'autre extrémité est en contact thermique avec le dispositif de protection thermique du moteur. Ce type de caloduc est décrit notamment dans le document US 2 350 348. Avantageusement, le compresseur selon l'invention comprend un caloduc à fonctionnement non linéaire. II s'agit d'un mode de transport de chaleur qui est performant et rapide, et permet une mise en oeuvre originale de l'invention. Pour les raisons évoquées précédemment, le caloduc est isolé thermiquement vis-à-vis des éléments du compresseur autres que la chambre de pression et le dispositif de protection thermique du moteur. Suivant une possibilité, le caloduc est constitué par une enveloppe extérieure hermétique conductrice de la chaleur, remplie pour partie avec un fluide, qui peut être à la fois liquide et gazeux dans la plage de fonctionnement du caloduc, celui-ci contenant également un matériau ayant des propriétés capillaires, et par exemple mou ou poreux, dans lequel le fluide peut être déplacé par effet capillaire dans la direction opposée à celle résultant de la gravité, dans le cas d'un compresseur vertical. Le caloduc peut être cintré dans la chambre de pression pour bénéficier d'un meilleur contact avec le gaz sous pression, ou peut être enroulé pour réaliser un meilleur contact avec le dispositif de protection du moteur. Avantageusement, le compresseur hermétique est un compresseur scroll dont la pompe comporte deux volutes ayant un mouvement relatif entre elles, dont au moins une est entraînée en mouvement par un moteur électrique équipé d'un dispositif de protection thermique influencé notamment par les moyens de transport de chaleur depuis la chambre de pression. De toute façon, I'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de ce compresseur Figure 1 est une vue en coupe illustrant le principe de l'invention Figure 2 est une vue en coupe d'un premier compresseur hermétique Figures 3 à 5 sont des vues représentant trois variantes du même compresseur; Figure 6 est une vue d'un compresseur de même type équipé d'un autre système de protection thermique. La figure 1 représente une illustration très schématique du principe de fonctionnement d'un compresseur selon l'invention. Ce compresseur comprend une enveloppe hermétique 2 à l'intérieur de laquelle sont ménagées une chambre d'aspiration 9 munie d'une entrée pour le gaz, et une chambre de refoulement ou chambre de pression 15 munie d'une sortie 17 pour le gaz. Les chambres d'aspiration 9 et de pression 15 sont séparées par une paroi de séparation 19. A l'intérieur de la chambre d'aspiration 9 est disposé un moteur électrique 1 entraînant des moyens de compression 11 assurant le passage du gaz de la chambre d'aspiration 9 vers la chambre de pression 15 tout en assurant la compression de celui-ci. Le moteur 1 est équipé d'un dispositif de protection thermique 8 assurant la coupure de l'alimentation électrique du moteur lorsque la température dépasse une température prédéterminée. Suivant la caractéristique essentielle de l'invention, le compresseur est équipé de moyens M assurant le transport de la chaleur appréciée dans la chambre de pression 15, vers le dispositif de protection thermique 8, sans ménagement d'un passage de circulation du gaz entre la chambre de pression 15 et la chambre d'aspiration 9. Le compresseur représenté à la figure 2 comprend une enveloppe hermétique 2 contenant un moteur électrique dont le stator 3 et le rotor 4 sont représentés au dessin. Le rotor 4 est associé à un arbre 5 guidé en rotation dans des paliers inférieur 6 et supérieur 7. Sur la paroi supérieure du moteur est monté un dispositif 8 de protection thermique coupant l'alimentation électrique du moteur dès qu'une température supérieure à une température de consigne est atteinte. A l'intérieur de l'enveloppe hermétique 2 se trouve une première chambre 9 ou chambre d'aspiration alimentée en gaz par une entrée 10. La pompe destinée à assurer la montée en pression est constituée par deux volutes, une volute fixe 12 et une volute mobile 13, entraînée par l'arbre moteur 5, et excentrée par rapport à l'axe de cet arbre, dans la forme d'exécution décrite. Le gaz est admis dans la pompe à partir de la chambre d'aspiration 9 dans une chambre 14, est comprimé et arrive sous la pression de refoulement dans une chambre 15, par l'intermédiaire de la sortie 16 de la pompe, le gaz sous pression s'échappant de la chambre 15 par une sortie 1 7. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 2, un conduit 18, dont les extrémités amont 18a et aval 1 8b sont situées dans la chambre 15, traverse avec étanchéité une paroi de séparation 19 entre la chambre d'aspiration 9 et la chambre de pression 15. L'extrémité amont 18a du conduit 18 est située avantageusement près de la sortie 16 de la pompe, tandis que l'extrémité aval du conduit 18 est située près de la sortie 17 de la chambre de pression 15. Le conduit 18 pénètre dans la chambre contenant le moteur, et vient au contact du dispositif de protection thermique 8 de celui-ci. Une partie du flux du gaz est dérivé par le conduit 18, de telle sorte qu'en cas d'élévation de la température du gaz dans la chambre de pression 15, le dispositif de protection 8 du moteur est immédiatement influencé, pouvant couper l'alimentation électrique de celui-ci si les conditions l'exigent. La figure 3 représente une variante d'exécution du compresseur représenté à la figure 2, dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment. Dans ce cas, I'extrémité aval 1 8b du conduit 18 est équipée d'une soupape thermique 20 n'autorisant le passage de gaz dans le conduit 18, après ouverture de la soupape 20, qu'au-dessus d'une température de gaz supérieure à la température de consigne d'ouverture de cette soupape. La figure 4 représente une variante d'exécution du compresseur de la figure 2, dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment. Dans ce cas, I'extrémité amont 18a du conduit 18 est disposée à proximité de l'orifice 16 de sortie de la pompe, qui est équipé d'un clapet anti-retour de refoulement 22. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 5, qui est une variante de la figure 3, I'extrémité amont 18a du conduit 18 est obturée par le clapet anti-retour 22 lorsque le compresseur est à l'arrêt. II va de soi que les différentes caractéristiques décrites aux figures 2 à 5 pourraient être combinées différemment, I'extrémité amont 18b du conduit de figure 4 pouvant, par exemple, être équipée d'une soupape thermique. Quoique cela ne soit pas représenté au dessin pour des raisons de clarté et de simplicité de celui-ci, le conduit 1 8 pourrait être isolé thermiquement pour éviter un échauffement inutile de l'environnement, sauf dans la zone située à proximité immédiate du dispositif de protection thermique 8. La figure 6 est une variante d'exécution de l'invention, dans laquelle les moyens de transport de la chaleur de la chambre de pression 15 vers le dispositif de protection thermique 8 du moteur sont constitués par un caloduc 23 traversant avec étanchéité la paroi de séparation 19 entre la chambre de pression 15 et la chambre d'aspiration 9. Comme il ressort de ce qui précède, I'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un compresseur équipé d'un système de protection thermique, et notamment un compresseur scroll, de structure simple, permettant une coupure de l'alimentation du moteur en tenant compte uniquement de la température du gaz dans la chambre sous pression, sans nécessiter une mise en communication de la chambre de pression et de la chambre d'aspiration, et sans nécessiter avant coupure de l'alimentation électrique une augmentation de la température de l'ensemble des composants de la machine. Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécutions de ce compresseur, décrites ci-dessus à titre exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi notamment que les moyens de transport de la chaleur de la chambre de pression vers le dispositif de protection thermique pourraient ne pas traverser la paroi de séparation, mais passer à l'extérieur de celle-ci, ou encore que l'invention pourrait viser des compresseurs d'autres types: notamment à piston alternatif, à piston roulant, à vis ou à spirales, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Compresseur hermétique destiné à la circulation de gaz, du type comprenant une entrée (10) débouchant dans une chambre d'aspiration (9) basse pression, une sortie (17) débouchant dans une chambre de refoulement (15) haute pression ou chambre de pression, des moyens de compression comprenant un moteur électrique équipé d'un dispositif de protection thermique (8) permettant de couper l'alimentation électrique du moteur lors du dépassement d'une température prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (M, 18, 23) de transport de la chaleur de la chambre de pression (15) ou de refoulement vers le dispositif de protection thermique (8), sans ménagement d'un passage de mise en communication du gaz entre la chambre de pression (15) ou de refoulement et la chambre d'aspiration (9). 2. Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit (18) dont une extrémité (18a) débouche dans la chambre de pression (15), qui passe à proximité du dispositif de protection thermique (8) du moteur et dont l'autre extrémité (18b) débouche dans la chambre de pression (15). 3. Compresseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le conduit (18) dont les extrémités débouchent dans la chambre de pression (15) est en contact avec le dispositif de protection thermique (8) du moteur. 4. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'extrémité aval (18b) du conduit (18) dont les extrémités débouchent dans la chambre de pression (15) est équipée d'une soupape thermique (20) n'autorisant le passage de gaz dans le conduit, après ouverture de la soupape, qu'au-dessus d'une température de gaz supérieure à la température de consigne d'ouverture de la soupape. 5. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'extrémité amont (18a) du conduit (18) dont les extrémités débouchent dans la chambre de pression (15) est disposée à proximité de l'orifice de refoulement (16) de gaz par le compresseur. 6. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'extrémité aval (18b) du conduit (18), dont les extrémités débouchent dans la chambre de pression (15), est disposée à proximité de la sortie (17) de celle-ci. 7. Compresseur selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'au moins l'une des extrémités (18a, 18b) du conduit (18) dont les extrémités débouchent dans la chambre de pression (15) est obturée par un clapet anti-retour (22) de refoulement lorsque le compresseur est à l'arrêt. 8. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le conduit (18) dont les extrémités débouchent dans la chambre de pression est isolé thermiquement, sauf dans sa zone située à proximité du dispositif de protection thermique (8). 9. Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un caloduc (23) dont une extrémité est disposée dans la chambre de pression (15) et dont l'autre extrémité est en contact thermique avec le dispositif de protection thermique (8) du moteur. 10. Compresseur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le caloduc (23) est isolé thermiquement vis-à-vis des éléments du compresseur autres que la chambre de pression (15) et le dispositif de protection thermique (8) du moteur. 11. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le caloduc (23) est constitué par une enveloppe extérieure hermétique conductrice de la chaleur, remplie pour partie avec un fluide qui peut être à la fois liquide et gazeux dans la plage de fonctionnement du caloduc, celui-ci contenant également un matériau ayant des propriétés capillaires, dans lequel le fluide peut être déplacé par effet capillaire dans la direction opposée à celle résultant de la gravité, dans le cas d'un compresseur vertical. 12. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le compresseur hermétique est un compresseur scroll dont la pompe comporte deux volutes ayant un mouvement relatif entre elles dont au moins une est entraînée en mouvement par un moteur électrique équipé d'un dispositif de protection thermique (8) influencé notamment par les moyens de transport de chaleur (M, 18, 23) depuis la chambre de pression.