Brevet FR2795781A1 — publié le 20010105

La présente invention concerne un clapet de refoulement pour compresseur scroll. Un compresseur scroll est représenté à la figure 1 du dessin schématique annexé. Ce compresseur comprend une enveloppe hermétique 2, à l'intérieur de laquelle sont ménagées une chambre d'aspiration 3 munie d'une entrée 4 pour le gaz, et une chambre de refoulement ou chambre de pression 5 munie d'une sortie 6 pour le gaz. Les chambres d'aspiration 3 et de refoulement 5 sont séparées par une paroi de séparation 7. A l'intérieur de la chambre d'aspiration 3 est monté un moteur électrique dont le stator 8 et le rotor 9 sont schématisés au dessin. Le rotor 9 est associé à un arbre 10 guidé en rotation dans des paliers inférieur 12 et supérieur 13. la pompe destinée à assurer la montée en pression du gaz est constituée par deux volutes, une volute 14 appartenant à la paroi de séparation 7, et une volute mobile 15 entraînée par l'arbre moteur 10 et excentrée par rapport à cet arbre pour délimiter, au cours d'un mouvement orbital, des poches de volume variable et de plus en plus faible, dans lesquelles le gaz est comprimé avant de s'échapper par un orifice de sortie 16 en direction de la chambre de refoulement 5. Un système de clapet désigné par la référence générale 17 est monté sur la sortie 16, afin de permettre le passage du gaz vers la chambre de pression, et d'éviter le passage de gaz de cette même chambre vers la chambre d'aspiration. Les clapets connus présentent différentes structures. Dans un premier cas, il s'agit d'un clapet libre qui est monté coulissant, ou articulé. Un inconvénient de ce type de clapet est que l'huile à l'intérieur du compresseur étant diffusée sous forme d'un aérosol sur les différentes pièces, il se forme un film d'huile qui assure "le collage" du clapet en position d'ouverture, de telle sorte que, lorsque l'on arrête le compresseur, du gaz sous pression contenu dans la chambre haute pression peut passer dans la chambre d'aspiration où la pression est inférieure, et entraîner les parties tournantes de la machine en marche arrière. Outre une fermeture qui n'est pas sûre, il se produit, dans certains cas, des phénomènes de battement perturbant le fonctionnement du compresseur, nuisant à son rendement, et générant du bruit désagréable pour l'entourage. II est également connu d'utiliser des clapets à lamelle, une telle lamelle étant constituée par une lame ressort qui ouvre à chaque pic de compression et dont l'élasticité assure la fermeture entre deux pics. Cette technique peut être justifiée dans le domaine de la réfrigération, compte tenu d'une amélioration des performances, mais ne se justifie pas dans le domaine de la climatisation. Cette technique est génératrice de bruits importants résultant des battements de la lamelle lors de chacun de ses mouvements. Le document US-A-5 494 422 concerne un compresseur scroll équipé d'un clapet de refoulement comprenant un corps tubulaire, fixé sur la face de la paroi de séparation entre la chambre d'aspiration et la chambre de refoulement, une extrémité de ce corps étant ouverte et en communication avec le conduit de sortie de l'étage de compression, et son autre extrémité étant ouverte et communiquant avec la chambre de refoulement, une lame obturatrice de surface au moins égale à celle de l'ouverture du conduit de sortie de l'étage de compression et déplaçable parallèlement à elle-même entre une position de fermeture dans laquelle elle obture ce conduit et une position d'ouverture dans laquelle elle est en appui contre un siège ménagé dans le corps tubulaire, et au moins une ouverture radiale ménagée dans le corps entre la partie formant siège pour la lame, en position d'ouverture, et la paroi délimitant l'ouverture du conduit de sortie de l'étage de compression. Lorsque la pression du fluide refoulé baisse, la lame obturatrice devrait être décollée de son siège pour basculer vers sa position de fermeture, dans la mesure où la pression dans la chambre de refoulement est alors supérieure à la pression dans le corps tubulaire. Toutefois, ce fonctionnement est très théorique en raison de l'existence d'un équilibre des pressions pratiquement instantané entre le corps tubulaire et la chambre de refoulement. La lame n'est donc pas, en réalité, soumise à une différence de pression facilitant son déplacement vers la position de fermeture. Le but de l'invention est de fournir un clapet de refoulement pour compresseur scroll, qui assure une fermeture immédiate de la communication entre la chambre d'aspiration et la chambre de refoulement lors de l'arrêt du compresseur, qui possède une excellente stabilité lors d'écoulements oscillants, y compris si le taux de compression est supérieur au taux de compression géométrique, et qui diminue le bruit rayonné du compresseur. A cet effet, le clapet de refoulement qu'elle concerne, du type comprenant - un corps tubulaire, fixé sur la face de la paroi de séparation entre la chambre d'aspiration et la chambre de refoulement ou sur une plaque, rapportée sur cette paroi, une extrémité de ce corps étant ouverte et en communication avec le conduit de sortie de l'étage de compression, - une lame obturatrice de surface au moins égale à celle de l'ouverture du conduit de sortie de l'étage de compression et déplaçable parallèlement à elle-même entre une position de fermeture dans laquelle elle obture ce conduit et une position d'ouverture dans laquelle elle est en appui contre un siège ménagé dans le corps tubulaire, - au moins une ouverture radiale ménagée dans le corps entre la partie formant siège pour la lame, en position d'ouverture, et la paroi délimitant l'ouverture du conduit de sortie de l'étage de compression, est caractérisé en ce qu'il comporte une chambre qui, ménagée dans le corps du côté de celui-ci situé entre la partie formant siège pour la lame en position d'ouverture et le fond du corps, possède une section inférieure à celle de la lame obturatrice et communique avec la chambre de refoulement par au moins un orifice ménagé dans le fond du corps et dont la section est faible par rapport à celle de ce fond. En pratique, lorsque le compresseur fonctionne, la pression du gaz en provenance de l'étage de compression provoque le déplacement de la lame obturatrice, et sa mise en appui contre le siège ménagé dans le corps tubulaire. La lame reste maintenue contre ce siège grâce à la présence d'un film d'huile, ce qui évite les phénomènes de battement résultant de fermetures instantanées lors de chaque pic de compression. L'air s'échappe râdialernent par les ouvertures ménagées dans le corps, cette disposition améliorant de façon importante l'insonorisation par rapport au dispositif connu. En outre, dans la chambre située entre le fond du corps et la lame obturatrice, en position ouverte du clapet, règne une pression égale à la pression à l'intérieur de la chambre de refoulement. Toutefois, compte tenu du fait que cette pression ne s'exerce que sur une surface inférieure à celle de la surface totale de la lame, elle ne risque pas de provoquer le passage de celle-ci en position de fermeture du clapet. Toutefois, dès que le compresseur s'arrête, c'est-à-dire que la pression au niveau de l'étage de compression chute, la pression située dans la chambre du corps du clapet, en communication avec la chambre de refoulement, étant sensiblement supérieure à la pression régnant de l'autre côté de la lame obturatrice, celle-ci est immédiatement déplacée vers la position de fermeture du clapet. En effet, la pression dans la chambre située dans le corps du clapet chute beaucoup moins vite que la pression à l'intérieur de la chambre de refoulement, compte tenu de la faible section des orifices de mise en communication de ces deux chambres. Ainsi, le diamètre de chaque orifice ménagé dans le fond du corps tubulaire est inférieur ou égal à 2 mm, tandis que le diamètre de la chambre est de l'ordre de 25 à 30 mm, par exemple. En outre, la section de passage des ouvertures radiales de mise en communication de l'intérieur du corps tubulaire et de la chambre de refoulement diminue depuis la chambre du corps tubulaire vers la chambre de refoulement, une des dimensions caractéristiques délimitant cette section étant faible. La valeur de la dimension caractéristique qui est petite peut être comprise entre 0 et 1 mm. Suivant une première forme d'exécution de ce clapet, la lame obturatrice est constituée par un disque circulaire, tandis que le corps tubulaire comporte une cavité interne de section circulaire et présentant deux tronçons successifs de diamètres différents, c'est-à-dire du côté de son extrémité ouverte un tronçon de diamètre sensiblement égal au diamètre de la lame obturatrice, prolongé par un tronçon de diamètre inférieur, ces deux tronçons étant reliés par un épaulement, formant siège pour la lame, en position ouverte du clapet, des ouvertures radiales étant ménagées dans le corps, entre l'épaulement et l'extrémité ouverte du corps. Les ouvertures radiales ménagées dans le corps peuvent être constituées par des trous ou par des évidements débouchant dans le bord du corps prenant appui contre la paroi du compresseur séparant la chambre d'aspiration et la chambre de refoulement. Suivant une caractéristique avantageuse de l'invention, le corps comporte, à l'extérieur de la partie tubulaire dans laquelle est ménagée au moins une ouverture radiale, une jupe périphérique, délimitant avec la partie tubulaire une chambre annulaire, dont la section diminue depuis la partie tubulaire, en direction radiale vers l'extérieur, et communique vers l'extérieur par une fente, ménagée entre la jupe et la paroi de séparation entre la chambre d'aspiration et la chambre de refoulement, ou une plaque fixée sur cette paroi. Cette chambre annulaire, dont la section diminue de l'intérieur vers l'extérieur, procure un très fort amortissement des bruits rendant le fonctionnement du compresseur particulièrement silencieux. Suivant une autre caractéristique, dans la partie du corps formant siège pour la lame, en position ouverte du clapet, débouchent des trous de mise en communication avec la chambre de refoulement. Avantageusement, la section des trous débouchant dans le siège, augmente en direction de la chambre de refoulement. Cet agencement, lors de l'arrêt du compresseur, et en raison de la pression régnant dans la chambre située du côté du fond du corps, permet de décoller la lame obturatrice de son siège, et d'accélérer le déplacement de la lame obturatrice vers sa position de fermeture, en permettant un passage d'un volume important de gaz par ces trous. Suivant une autre forme d'exécution de ce clapet, l'orifice de sortie de l'étage de compression présente une forme annulaire ou est constitué par plusieurs trous, disposés selon une couronne, la lame obturatrice présente une forme annulaire correspondante, et le corps comporte une cavité annulaire, de section diminuant en direction radiale vers l'extérieur, le bord le plus extérieur du corps délimitant une fente ou des ouvertures avec la paroi de séparation entre la chambre d'aspiration et la chambre de refoulement, ou une plaque fixée sur cette paroi, la cavité annulaire présentant, du côté de son fond, une portée formant siège pour la lame obturatrice, en position ouverte du clapet, et dans laquelle débouche une cavité annulaire de plus faible section communiquant par au moins un orifice, avec la chambre de refoulement. Dans ce cas, la fixation du clapet sur la plaque de séparation peut être centrale. Dans ce cas encore, un parfait amortissement des sons est réalisé par réduction de la section de la cavité annulaire du corps, dans le sens d'écoulement du gaz. De toute façon, l'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 clapet de refoulement pour compresseur scroll Figure 1 est une vue de principe, en coupe longitudinale d'un compresseur scroll ; Figure 2 est une vue en perspective éclatée d'un premier clapet, et de la plaque de séparation entre la chambre d'aspiration et la chambre de refoulement ; Figure 3 est une vue en coupe, par un plan diamétral, du dispositif de figure 2 ; Figure 4 est une vue en coupe diamétrale à échelle agrandie du clapet de figure 2 ; Figures 5 et 6 sont deux vues respectivement en perspective éclatée et en coupe par un plan diamétral d'un second clapet ; Figure 7 est une vue en perspective de l'intérieur du corps de clapet de figures 5 et 6 ; Figure 8 est une vue de ce même clapet en coupe diamétrale et à échelle agrandie ; Figures 9 et 10 sont deux vues respectivement en perspective et en coupe, par un plan diamétral, d'un troisième clapet. La figure 2 représente un premier clapet comportant, monté sur une plaque 22 fixée sur la paroi 7 de séparation entre la chambre d'aspiration et la chambre de refoulement, un corps 23 fixé par vissage au niveau d'une collerette périphérique 24. Le corps 23 comporte une cavité intérieure présentant deux tronçons successifs 25 et 26, de section circulaire, et raccordés par un épaulement 27, le tronçon 26 étant de section inférieure à celle du tronçon 25. Le tronçon 25 est situé du côté de l'extrémité ouverte, équipée de la collerette 24, tandis que le tronçon 26 est situé du côté fermé de la cavité. Dans la paroi périphérique du corps, et entre l'épaulement 27 et l'extrémité ouverte, sont ménagées des ouvertures 28 régulièrement réparties, mettant en communication la cavité intérieure du corps avec la chambre de refoulement. Dans le fond 29 du corps 23 est ménagé un orifice 30 de mise en communication du fond de la cavité avec la chambre de refoulement. La cavité sert au logement d'une lame obturatrice 32 en forme de disque, de section au moins égale à l'orifice à obturer, et de diamètre correspondant à celui du tronçon 25 de plus grande section de la cavité. Le fonctionnement de ce clapet est le suivant : lorsque le compresseur fonctionne, la pression de gaz déplace le clapet 32 depuis sa position d'appui contre la plaque 22, où il obture le conduit 16, vers une position dans laquelle il est en appui contre l'épaulement 27 formant siège. Le maintien contre cet épaulement est assuré par "collage" par le film d'huile existant lors des variations de pression résultant des pics de compression. Le gaz peut passer de l'étage de compression vers la chambre de refoulement par les ouvertures 28. Le fond de la cavité du corps, correspondant au tronçon 26, est alors en communication avec la chambre de refoulement 30. Cependant, compte tenu de l'équilibre des pressions de part et d'autre de la lame obturatrice 32, celle-ci demeure plaquée demeure plaquée contre son siège. Lors de l'arrêt du compresseur, la pression en dessous de la lame obturatrice 32 chute brutalement, et la pression régnant dans le tronçon de cavité 26, égale à la pression de la chambre de refoulement, assure un déplacement immédiat de la lame obturatrice vers sa position d'appui contre la plaque 22 avec obturation du conduit 16, c'est-à-dire la position de fermeture du clapet. Les figures 5 à 8 représentent une variante d'exécution de ce clapet, dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment. Dans cette forme d'exécution, le corps comporte, à l'extérieur de la partie tubulaire dans laquelle sont ménagées les ouvertures radiales, une jupe périphérique 33 délimitant avec la partie tubulaire une chambre annulaire 34 dont la section diminue depuis la partie tubulaire en direction radiale vers l'extérieur et communique vers l'extérieur avec la chambre de refoulement par une fente 35 ménagée entre la jupe et la plaque 22. II doit être noté que les ouvertures radiales débouchant dans le premier tronçon 25 ne sont pas des trous, mais des évidements 36 débouchant dans le bord inférieur de la partie tubulaire. Dans ce cas, la fixation sur la plaque est réalisée par vissage à l'aide de vis 31 à travers des trous 37 ménagés dans la partie 33 en forme de jupe. Dans ce clapet, des trous 38 débouchant dans l'épaulement 27 formant siège assurent une communication avec la chambre de refoulement. Ces trous 38 s'évasent du côté de la chambre de refoulement. Le fonctionnement de ce clapet est similaire au fonctionnement du clapet décrit précédemment en référence aux figures 2 à 4. La différence essentielle résulte dans le fait que la chambre annulaire 34, dont la section diminue dans le sens de circulation du gaz, assure un amortissement des bruits de fonctionnement du compresseur. En outre, lors de l'arrêt du compresseur, après que la lame obturatrice 32 ait décollé du siège sous l'action de la pression régnant dans le tronçon 26 de la cavité du corps, le passage de gaz sous pression par les trous 38 accélère le mouvement de la lame obturatrice vers sa position de fermeture. Les figures 9 et 10 représentent une autre variante d'exécution de ce clapet, dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment. Dans ce cas, la sortie du gaz hors de l'étage de compression est réalisée par trois lumières allongées 39 disposées suivant une couronne. La lame obturatrice 40 possède une forme annulaire correspondante et le corps 42 du clapet comporte une cavité annulaire 43 de section diminuant en direction radiale vers l'extérieur, le bord 44 le plus extérieur du corps délimitant une fente 45 avec la plaque 22 fixée sur la paroi de séparation. La cavité annulaire 43 présente, du côté de son fond, une portée 46 formant siège pour la lame obturatrice 40, en position ouverte du clapet. Dans cette portée 46, débouche une cavité annulaire 47 de plus faible section communiquant par un orifice 48 avec la chambre de refoulement. La partie centrale 49 du corps du clapet sert à la fixation de celui-ci à l'aide d'un système vis-écrou 50 sur la plaque 22. Ce clapet fonctionne de la même façon que les clapets décrits précédemment. Lorsque le compresseur est à l'arrêt, la lame obturatrice 40 obture les ouvertures 39. Lorsque le compresseur fonctionne, la pression déplace la lame obturatrice 40 pour l'appliquer contre le siège 46 ménagé au fond de la cavité. Le gaz peut alors s'écouler par la cavité 43, et passer de celle-ci dans la chambre de refoulement par la fente 45. Lors de l'arrêt du compresseur, la pression régnant dans la chambre annulaire 47, permet de décoller la lame obturatrice et d'assurer le passage de celle-ci vers sa position de fermeture. Comme dans le cas de la précédente forme d'exécution décrite, la diminution de section de la chambre annulaire 43 assurant le passage du gaz réduit considérablement le bruit de fonctionnement du compresseur. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un clapet de refoulement pour compresseur scroll possédant une excellente stabilité en période de fonctionnement, assurant une fermeture immédiate lors de l'arrêt du compresseur, et procurant une importante réduction du bruit de fonctionnement du compresseur. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce clapet de refoulement, décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi notamment que la plaque 22 pourrait être supprimée, sa structure étant intégrée dans la plaque de séparation entre la chambre d'aspiration et la chambre de refoulement, ou encore que la taille du corps pourrait être différente et présenter plus la forme d'une plaque, ou enfin que le nombre et/ou la forme des fentes et ouvertures pourrait être différent sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Clapet de refoulement pour compresseur scroll, destiné à être monté à l'extrémité aval d'un conduit de sortie de l'étage de compression constitué par une volute fixe et une volute animée d'un mouvement orbital, et situé à l'entrée de la chambre haute pression ou chambre de refoulement du compresseur, du type comprenant - un corps tubulaire (23, 42), fixé sur la face de la paroi (7) de séparation entre la chambre d'aspiration et la chambre de refoulement ou sur une plaque (22), rapportée sur cette paroi, une extrémité de ce corps étant ouverte et en communication avec le conduit (16) de sortie de l'étage de compression, - une lame obturatrice (32, 40) de surface au moins égale à celle de l'ouverture du conduit (16) de sortie de l'étage de compression et déplaçable parallèlement à elle-même entre une position de fermeture dans laquelle elle obture ce conduit et une position d'ouverture dans laquelle elle est en appui contre un siège (27, 46) ménagé dans le corps tubulaire, - au moins une ouverture radiale (28, 35, 36, 45) ménagée dans le corps entre la partie formant siège (27, 46) pour la lame, en position d'ouverture, et la paroi délimitant l'ouverture du conduit de sortie de l'étage de compression, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre (26, 47) qui, ménagée dans le corps (23, 42) du côté de celui-ci situé entre la partie formant siège (27, 46) pour la lame (32, 40) en position d'ouverture et le fond du corps, possède une section inférieure à celle de la lame obturatrice et communique avec la chambre de refoulement par au moins un orifice (30, 48) ménagé dans le fond du corps et dont la section est faible par rapport à celle de ce fond. 2. Clapet selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre de chaque orifice (30, 48) ménagé dans le fond du corps tubulaire est inférieur ou égal à 2 mm. 3. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la section de passage des ouvertures radiales de mise en communication de l'intérieur du corps tubulaire (23, 42) et de la chambre de refoulement diminue depuis la chambre du corps tubulaire vers la chambre de refoulement, une des dimensions caractéristiques délimitant cette section étant faible. 4. Clapet selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la lame obturatrice est constituée par un disque circulaire (32), tandis que le corps tubulaire (23) comporte une cavité interne de section circulaire et présentant deux tronçons successifs de diamètres différents, c'est-à-dire du côté de son extrémité ouverte, un tronçon (25) de diamètre sensiblement égal au diamètre de la lame obturatrice (32), prolongé par un tronçon (26) de diamètre inférieur, ces deux tronçons (25, 26) étant reliés par un épaulement (27), formant siège pour la lame (32), en position ouverte du clapet, des ouvertures radiales (28, 36) étant ménagées dans le corps (23), entre l'épaulement (27) et l'extrémité ouverte du corps. 5. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le corps (23) comporte, à l'extérieur de la partie tubulaire (25) dans laquelle est ménagée au moins une ouverture radiale (36), une jupe périphérique (33), délimitant avec la partie tubulaire une chambre annulaire (34), dont la section diminue depuis la partie tubulaire (25), en direction radiale vers l'extérieur, et communique vers l'extérieur par une fente (35), ménagée entre la jupe (33) et la paroi de séparation entre la chambre d'aspiration et la chambre de refoulement, ou une plaque (22) fixée sur cette paroi. 6. Clapet selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'orifice de sortie de l'étage de compression présente une forme annulaire ou est constitué par plusieurs trous (39), disposés selon une couronne, la lame obturatrice (40) présente une forme annulaire correspondante, et le corps comporte une cavité annulaire (43), de section diminuant en direction radiale vers l'extérieur, le bord le plus extérieur (44) du corps délimitant une fente (45) ou des ouvertures avec la paroi de séparation entre la chambre d'aspiration et la chambre de refoulement, ou une plaque (22) fixée sur cette paroi (7), la cavité annulaire (43) présentant, du côté de son fond, une portée (46) formant siège pour la lame obturatrice (40), en position ouverte du clapet, et dans laquelle débouche une cavité annulaire (43) de plus faible section communiquant par au moins un orifice (48), avec la chambre de refoulement. 7. Clapet selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, dans la partie du corps formant siège (27), pour la lame, en position ouverte du clapet, débouchent des trous (38) de mise en communication avec la chambre de refoulement. 8. Clapet selon la revendication 7, caractérisé en ce que la section des trous (38) débouchant dans le siège (27), augmente en direction de la chambre de refoulement.