Brevet FR2811723A1 — publié le 20020118

DISPOSITIF DE SECURITE POUR COMPRESSEUR DE CLIMAT I SATION La présente invention concerne un dispositif de sécurité pour la limitation de la pression dans la zone de la pression de décharge, c'est à dire dans la zone sous haute pression d'un compresseur à course variable ou à refoulement variable, dans lequel l'inclinaison du disque oscillant ou du disque incliné peut être variée par la différence entre la haute pression dans la zone de la pression de décharge et la pression dans le compartiment d'entraînement, et éventuellement aussi par la différence entre la pression dans le compartiment d'entraînement et la pression dans la zone d'aspiration du compresseur de climatisation. Pour cette raison, de tels compresseurs de climatisation sont munis d'une liaison d'arrivée entre la chambre de sortie du compresseur dans la zone de la pression de décharge et la zone de la pression du compartiment d'entraînement. Cette liaison d'arrivée peut comprendre une vanne et éventuellement un élément d'étranglement de dispositif de dérivation qui peut influencer la différence de pression entre la zone de la pression de décharge et la zone de la pression du compartiment d'entraînement. De tels compresseurs de climatisation peuvent en outre comprendre une liaison entre la zone de la pression du compartiment d'entraînement et la zone de la pression d'aspiration, dans laquelle peut aussi être éventuellement disposée une vanne ou un élément d'étranglement constant, ce qui permet d'influencer la différence de pression entre la pression du compartiment d'entraînement et la pression dans le compartiment d'aspiration. Un compresseur typique à refoulement variable, qui est utilisé par exemple pour le conditionnement d'air dans les véhicules automobiles, possède un compartiment d'entraînement qui est prévu à l'intérieur d'un boîtier et qui comprend les éléments d'entraînement pour le transport du réfrigérant. Un arbre d'entraînement repose de manière mobile en rotation dans des éléments de boîtier. Une partie du boîtier contient un bloc de cylindres qui est traversé par une multitude d'alésages pour cylindres. Les pistons sont placés dans chaque alésage de cylindre de manière à pouvoir effectuer un mouvement de va-et- vient. Sur l'arbre d'entraînement est prévu un disque incliné ou un disque oscillant, qui tourne avec l'arbre d'entraînement et qui est positionné de manière à ce que son inclinaison par rapport à l'arbre d'entraînement puisse être modifiée lors des mouvements de rotation. Les pistons sont accouplés au disque oscillant ou au disque incliné au moyen d'éléments de réducteurs correspondants. La course des pistons lors d'un mouvement alternatif dans les alésages de cylindres correspondants est déterminée par l'inclinaison du disque oscillant ou du disque incliné. L'inclinaison du disque oscillant ou du disque incliné est pilotée par le réglage de la pression dans le compartiment d'entraînement en relation avec les pressions agissant sur le piston dans la zone de la pression de décharge, c'est à dire dans la zone de la haute pression, et dans la zone d'aspiration, c'est à dire dans la zone de la basse pression. En d'autres mots, ceci signifie que la différence entre les pressions qui agissent sur les deux extrémités de chaque piston peut être changée par une modification de la pression dans la zone du compartiment d'entraînement. Ceci modifie l'inclinaison du disque oscillant ou du disque incliné et change le volume de refoulement du compresseur. En outre, des dispositifs d'étranglement ou des dispositifs de vannes, qui permettent de réguler la pression dans le compartiment d'entraînement en relation avec la pression de décharge et avec la pression d'aspiration, sont prévus dans les canaux de liaison entre ces zones de pression. Ces dispositifs de vannes peuvent éventuellement être télécommandés par des dispositifs comprenant des électroaimants. Pour la protection de la pression maximale dans la zone de la pression de décharge, donc dans la zone sous haute pression, les compresseurs connus comprennent en outre des dispositifs de limitation de pression qui, en cas de dépassement de la pression maximale dans la zone de la pression de décharge, restituent le réfrigérant dans l'atmosphère, par exemple au moyen de disques de rupture ou de vannes de limitation de pression. Particulièrement dans le cas des disques de rupture qui sont détruits dans ce cas, une poursuite du fonctionnement du compresseur n'est plus possible dans le cas d'un tel dépassement de la pression. Avec les vannes de limitation de la pression, une partie du réfrigérant contenu dans l'installation de réfrigération est de toute façon éliminée dans l'atmosphère et est ainsi perdue. L'objectif de l'invention est par conséquent de proposer un dispositif de sécurité pour la limitation de la pression d'un compresseur qui ne présente pas de tels inconvénients. La solution selon l'invention pour atteindre cet objectif réside dans un dispositif de sécurité pour la limitation de la pression d'un compresseur à course variable ou à refoulement variable, dans lequel l'inclinaison du disque oscillant ou du disque incliné est variée au moins par la différence entre la haute pression dans la zone de la pression de décharge et la pression dans le compartiment d'entraînement, et éventuellement aussi par la différence entre la pression dans le compartiment d'entraînement et la pression d'aspiration, avec une liaison d'arrivée entre la zone de la pression de décharge et la zone de la pression du compartiment d'entraînement, avec un dispositif de vannes, qui est placé dans la liaison d'arrivée, et éventuellement avec un élément d'étranglement de dispositif de dérivation le dispositif de vannes ouvrant la liaison entre la zone de la pression de décharge et la zone de la pression du compartiment d'entraînement et agrandissant éventuellement, lorsqu'une pression de décharge maximale prédéfinie est dépassée, la section de l'ouverture en augmentant ainsi l'arrivée de fluide sous pression de la zone de la pression de décharge vers la zone de la pression du compartiment d'entraînement. Lors de l'augmentation du flux d'arrivée de la zone sous haute pression vers la zone de la pression du compartiment d'entraînement et de l'augmentation de la pression dans le compartiment d'entraînement qui en résulte, la course du disque oscillant ou du disque incliné diminue, la puissance consommée par le compresseur diminuant lorsque la limitation de pression devient active. Le dispositif de sécurité est conçu comme dispositif de vannes, en particulier comme vanne de limitation de pression. Selon l'invention, le corps de vanne mobile du dispositif de vannes peut être déplacé en direction d'ouverture de la liaison par la haute pression régnant dans la zone de la pression de décharge, entre autres contre la force d'un ressort. La surface active de la pression dans le compartiment du ressort du corps de vannes peut de préférence être soumise à la pression ambiante, telle que la pression atmosphérique. Un mode de réalisation selon l'invention du dispositif de vannes comprend entre autres un couvercle 1, un soufflet 2, un ressort 3, une partie de boîtier 4, un boîtier de vanne 5, un corps de vanne mobile, c'est à dire le piston 6, et éventuellement trois joints toriques 7, 8 et 9 ou des joints dont l'action est comparable. Dans un autre mode de réalisation, la pression maximale pouvant être prédéfinie pour la limitation de la pression peut être modifiée en outre par une intervention extérieure, comme par exemple par un dispositif comprenant des électroaimants, un dispositif électrique avec un servomoteur, un élément de réglage dépendant de la température ou des vérins de commande actionné par un fluide sous pression. Un autre mode de réalisation peut aussi être muni dans la liaison complémentaire entre la zone de la pression du compartiment d'entraînement et la zone de la pression du compartiment d'aspiration d'un élément d'étranglement supplémentaire ou d'une vanne additionnelle. Un avantage particulier de l'invention est constitué par le fait qu'après l'activation de la limitation de la pression, la poursuite du fonctionnement du compresseur est possible et que le réfrigérant n'est pas évacué dans l'atmosphère. Un autre mode de réalisation est caractérisé par le fait que la pression maximale pouvant être prédéfinie est obtenue pour l'essentiel par une comparaison entre la pression dans la zone sous haute pression, la force du ressort et la pression ambiante du compresseur de climatisation, et éventuellement de manière secondaire par la pression dans la zone du compartiment d'entraînement. Un mode de réalisation préféré du dispositif de sécurité est décrit ci-dessous sur la base du dessin. L'unique figure montre une version constructive du dispositif de sécurité. Sur la figure, un boîtier de vanne 5, qui contient un piston de vanne mobile 6, qui est maintenu en position de fermeture par un ressort 3, est placé dans une partie de boîtier 4, qui peut représenter une partie d'un boîtier de compresseur. Dans le cas présent, le compartiment du ressort 3 est rendu étanche par rapport au reste du compartiment de la vanne par un soufflet 2 représenté ici en version simplifiée et qui est placé entre le piston de la vanne 6 et un couvercle 1. Le compartiment du ressort 3 peut par ailleurs être soumis à la pression ambiante régnant à l'extérieur du compresseur de climatisation au moyen d'une ouverture pratiquée dans le couvercle 1. Le boîtier de vanne 5 est rendu étanche par rapport à la partie de boîtier 4 par des joints toriques 7 et 8. Il va de soi qu'il est aussi possible d'utiliser ici d'autres montages de joints. Le couvercle 1 est également rendu étanche par rapport à la partie de boîtier 4 par un joint 9. Une liaison, qui est représentée ici sous la forme d'une ouverture, conduit depuis la zone de la pression de décharge 11 du compresseur, c'est à dire depuis la zone sous haute pression, par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs ouvertures 12 pratiquées dans le boîtier de vanne 5 dans une zone sous pression 13, dans laquelle la haute pression peut agir contre la force du ressort sur le côté droit, arrondi sur le dessin, du piston de vanne 6 et de ce fait sur sa surface pouvant être projetée. Dans la forme représentée, le piston de vanne 6 réalise une étanchéité entre le compartiment sous haute pression 13 et un deuxième compartiment sous pression 14. Le compartiment sous pression 14 est relié par une ou plusieurs ouvertures 15 pratiquées dans le boîtier de vanne 5 à une conduite qui aboutit dans la zone sous pression 16 du compartiment d'entraînement. Le piston de vanne 6 peut en outre être muni d'une rainure d'étranglement 17 qui, lors d'un mouvement d'ouverture du piston de vanne 6 contre la force du ressort 3 et contre la pression atmosphérique agissant sur la surface 20 dans compartiment du ressort, libère une liaison étranglée du compartiment 13 vers le compartiment 14 et qui, en fonction de la conception de la rainure d'étranglement 17, laisse s'écouler entre ces deux compartiments une quantité constante ou croissante de fluide sous pression, lorsque la course du piston de vanne s'accroît. Parallèlement au piston de vanne 6, un élément d'étranglement constant 18, qui laisse s'écouler en permanence une certaine quantité de fluide sous pression du compartiment 13 vers le compartiment 14 et de ce fait de la zone sous haute pression 11 du compresseur vers la zone du compartiment d'entraînement 16 du compresseur, peut être disposé entre les deux compartiments sous pression 13 et 14. La fonction du dispositif de sécurité est assuré comme suit: La pression dans la zone de la pression de décharge 11 du compresseur, qui existe aussi dans le compartiment sous pression 13 et qui agit sur le côté droit du piston 6, est comparée aux forces du ressort 3 ainsi que du soufflet 2 et de la pression ambiante à l'intérieur du compartiment du ressort qui agit sur la surface 20, la pression du compartiment d'entraînement dans le compartiment 14 agissant sur la surface annulaire 19 du piston étant ici négligeable si cette surface annulaire est suffisamment petite ou réduite à néant, le piston de vanne 6 n'ayant alors qu'un seul diamètre. La force du ressort prédéterminée et la pression atmosphérique agissant sur la surface 20 représentent pour l'essentiel la valeur théorique de la force de pression qui définit la pression maximale à limiter qui agit sur le côté droit du piston 6. Etant donné que la haute pression régnant dans le compresseur est comparée directement avec la pression atmosphérique et la force du ressort, cette limitation de la pression est indépendante des autres pressions régnant dans le compresseur, comme par exemple la pression d'aspiration, c'est à dire des pressions qui, dans le cas des compresseurs connus, agissent sur les dispositifs de vannes connus sur ces compresseurs. Dès qu'un dépassement de la pression maximale déplace le piston 6 vers la gauche, un passage à partir de la zone sous haute pression 13 vers la zone de la pression du compartiment d'entraînement 14 devenant ainsi possible, la poursuite de l'augmentation de la pression dans la zone sous haute pression 11 du compresseur est tout d'abord limitée. En outre, le flux de fluide sous pression s'écoulant vers le compartiment d'entraînement 16 provoque alors une augmentation de la pression dans le compartiment d'entraînement, qui fait revenir le compresseur dans une position dans laquelle la course du piston et l'inclinaison du disque oscillant ou du disque incliné est réduite ou minimisée, le flux de fluide sous pression produit par le compresseur étant également réduit et ne pouvant ainsi pas contribuer à une poursuite de l'augmentation de la pression maximale dans la zone de décharge 11 du compresseur. Par ce fait, cette vanne de limitation de pression 50 ne sert pas seulement à la limitation de la pression par l'évacuation d'un flux de fluide sous pression hors de la zone sous haute pression 11, mais aussi à la régulation de la course par l'évacuation du flux de fluide sous pression en excédent vers le compartiment d'entraînement 16 et à l'augmentation de la pression dans le compartiment d'entraînement. Les compresseurs connus comprennent en outre une liaison supplémentaire entre le compartiment d'entraînement et le côté aspiration du compresseur, au moyen de laquelle il est possible, en cas de nécessité, d'abaisser la pression dans le compartiment d'entraînement. Soit le compartiment d'entraînement peut être délesté en direction du compartiment d'aspiration au moyen d'un élément d'étranglement à réglage fixe, soit la pression du compartiment d'entraînement peut être délestée de manière variable vers le compartiment d'aspiration au moyen d'une vanne réglable se trouvant dans cette liaison. C'est ainsi que cette vanne pourrait par exemple permettre un réglage supplémentaire de la course du compresseur pour les autres états de fonctionnement, la vanne de limitation de la pression 50 entrant alors en action de manière additionnelle lorsque la pression maximale admissible dans la zone sous haute pression est atteinte. Un autre agencement de la vanne de limitation de la pression selon l'invention peut consister en ce que le piston de la vanne 6 soit, en plus de la force du ressort, soumis en outre à l'action d'un dispositif d'application d'efforts télécommandable, comme par exemple un électroaimant, dont la force magnétique agit en direction de fermeture sur le piston de vanne 6, ou d'un dispositif électrique à servomoteur ou d'un vérin actionné par un fluide sous pression, qui peut modifier la force de fermeture agissant sur le piston de la vanne de limitation de la pression 6 par un effet hydraulique ou pneumatique, ou d'un élément de réglage dépendant de la température. La pression maximale du compresseur à limiter pourrait ainsi être régulée par i1 télécommande et pourrait être adaptée aux états de fonctionnement respectifs conformément à un programme de régulation de l'ensemble de l'installation de climatisation. Dans le cas de l'invention, l'avantage réside dans tous les cas dans le fait que la pression maximale à limiter n'est pas dépassée, que cette pression maximale à limiter peut être régulée de manière sûre au moyen d'une comparaison avec la pression ambiante, la force du ressort et la force auxiliaire télécommandable et qu'en cas de limitation de la pression, le flux de fluide sous pression provoquant la baisse de la pression ou la limitation de la pression est en outre utilisé pour ramener le compresseur en arrière et pour réduire la puissance du compresseur. Par ce fait, un compresseur avec un dispositif à vanne de limitation de la pression selon l'invention dispose de la possibilité, lorsque la pression maximale est atteinte, de limiter sa propre puissance en ramenant l'angle de pivotement et en exerçant ainsi une influence sur le gaspillage d'énergie lorsque la pression maximale admissible est atteinte. Dans un autre mode de réalisation, la vanne de sécurité peut aussi être conçue de manière à ce qu'une fuite continue depuis la zone sous haute pression 11 vers le compartiment d'entraînement 16 puisse être aménagée. Cette fuite peut par exemple avoir lieu par l'intermédiaire du jeu entre le piston 6 et le guidage du piston dans le boîtier de vanne 5 ou par l'intermédiaire d'une ouverture d'étranglement réalisée spécialement à cet effet, comme cela est par exemple représenté par l'ouverture 18. Ceci permet de supprimer un étranglement fixe séparé entre le côté haute pression et le compartiment d'entraînement dans le boîtier du compresseur et permet aussi de réaliser un retour permanent de l'huile depuis le côté haute pression vers le compartiment d'entraînement, l'huile de lubrification pour le compresseur se trouvant comme additif dans le gaz de fluide sous pression de l'installation de climatisation. La vanne de limitation de la pression 50 peut aussi être réalisée comme vanne à siège étanche. L'intervention extérieure par l'intermédiaire d'une force auxiliaire télécommandable supplémentaire, qui permet d'augmenter ou d'abaisser la pression de réponse sous laquelle la vanne 50 commence à s'ouvrir, permet que le compresseur soit par exemple utilisé de manière telle que sa pression de décharge se trouve dans la zone de la pression de réponse, la vanne décrite pouvant être utilisée pour la régulation de la course. Pour réaliser ce principe, une vanne de commutation ou de régulation ou un élément d'étranglement fixe se trouvant entre le compartiment d'entraînement et le côté aspiration est en outre nécessaire. REVENDICATIONS 1. Dispositif de sécurité pour la limitation de la pression d'un compresseur à course variable ou à refoulement variable, dans lequel l'inclinaison du disque oscillant ou du disque incliné est variée au moins par la différence entre la haute pression dans la zone de la pression de décharge (11) et la pression dans le compartiment d'entraînement (16), et éventuellement par la différence entre la pression dans le compartiment d'entraînement et la pression d'aspiration, avec une liaison d'arrivée entre la zone de la pression de décharge et la zone de la pression du compartiment d'entraînement, avec un dispositif de vanne qui est placé dans la liaison d'arrivée et éventuellement avec un élément d'étranglement de dispositif de dérivation (18), caractérisé en ce qu'en cas de dépassement d'une pression de décharge maximale prédéterminée, le dispositif de vanne ouvre la liaison depuis la zone de la pression de décharge vers la zone de la pression du compartiment d'entraînement, agrandit éventuellement la section de l'ouverture et augmente ainsi le flux d'arrivée de fluide sous pression de la zone de la pression de décharge vers la zone de la pression du compartiment d'entraînement. 2. Dispositif de sécurité selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de l'augmentation du flux d'arrivée depuis la zone sous haute pression (11) vers la zone de la pression du compartiment d'entraînement (16) la course du disque oscillant ou du disque incliné se réduit. 3. Dispositif de sécurité selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de vanne (50) est conçu comme vanne de limitation de la pression. 4. Dispositif de sécurité selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps de vanne mobile (6) du dispositif de vanne (50) est déplacé en direction d'ouverture de la liaison par la haute pression régnant dans la zone de la pression de décharge (11), entre autres contre la force d'un ressort (3). 5.Dispositif de sécurité selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface active de la pression (20) dans le compartiment du ressort du corps de vanne peut être soumise à la pression ambiante, telle que la pression atmosphérique. 6.Dispositif de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de vanne (50) comprend entre autres un couvercle (1), un soufflet (2), un ressort (3), une partie de boîtier (4), un boîtier de vanne (5), un corps de vanne mobile, c'est à dire le piston (6) et éventuellement trois joints toriques (7), (8) et (9) ou des joints dont l'action est comparable. 7.Dispositif de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression maximale, qui peut être prédéterminée pour la limitation de la pression, peut en outre être modifiée par une intervention extérieure, par exemple au moyen d'un dispositif comprenant des électroaimants, un dispositif électrique à servomoteur, un élément de 1 As>Q _ ru 1) fil réglage dépendant de la température ou un vérin de réglage actionné par un fluide sous pression. 8. Dispositif de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce dans la liaison supplémentaire depuis la zone de la pression du compartiment d'entraînement (16) vers la zone de la pression du compartiment d'aspiration il existe un élément d'étranglement supplémentaire ou une vanne supplémentaire. 9. Dispositif de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'après la réponse de la limitation de la pression le compresseur peut continuer à fonctionner. 10. Dispositif de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression maximale pouvant être prédéfinie est obtenue pour l'essentiel par une comparaison entre la pression dans la zone sous haute pression (11), la force du ressort (3) et la pression ambiante par l'intermédiaire de l'ouverture (10) du compresseur de climatisation, et éventuellement de manière secondaire par la pression dans la zone du compartiment d'entraînement (16).