Brevet FR2830291A1 — publié le 20030404

bout d'un nombre prédéfini de cycles de lavage. La présente invention a pour objet un compresseur à spirales, de capacité variable. Les compresseurs frigorifiques permettent d'alimenter en gaz réfrigérant comprimé le côté haute pression d'une installation. Dans une i nsta l iation de cl i matisation, réfrigé ratio n ou pompe à chale ur, le compresseur peut avoir un fonctionnement cyclique par tranche de quelques minutes plusieurs fois par heures. La définition de la durée du cycle dépend de la demande en froid, côté évaporateur, et de la température du milieu extérieur, côté condenseur. Le débit massique de réfrigérant gazeux nécessaire n'est pas le même en fonction de ces conditions. En particulier, la cylindrée du compresseur doit être adaptée aux conditions de définition classique de l'installation. A cet effet, on peut utiliser des montages avec plusieurs compresseurs, ce qui permet de s'adapter à la demande en sélectionnant le nombre de compresseurs qui doivent fonctionner. Une autre solution est d'utiliser un seul compresseur avec un dispositif de modulation de puissance. Cette modulation de puissance peut être obtenue par différents moyens: - changement de vitesse de l'arbre du compresseur (vitesse variableJ, - restriction à l'aspiration du compresseur (pression d'entrée variable), - recyclage d'une partie du réfrigérant (cylindrée ou capacité variable). Un compresseur à spirales, encore appelé compresseur SCROLL, est délimité par une enveloppe étanche, cette enveloppe comprenant un compartiment d'admission du gaz qui est à la basse pression, et qui alimente l'étage de compression qui est constitué par deux éléments à spirale, un élément fixe et un élément mobile, I'élément mobile étant entra^'né par un moteur, suivant un mouvement orbital. Le gaz est admis dans des poches délimitées par les deux éléments à spirale, disposés en périphérie, le volume des poches périphériques étant supérieur à celui des poches centrales. Ainsi, lors du mouvement orbital de itélément mobile, les poches délimitées par les deux éléments fixe et mobile diminuent de volume de l'extérieur vers l'intérieur, provoquant une compression du gaz jusqu'au centre de l'étage de compression qui comporte un orifice de refoulement et/ou un canal, équipé d'un clapet anti-retour, connecté à la zone haute pression du compresseur. L'invention vise un compresseur dans lequel la cylindrée, ou capacité, est variable. Le document US 4 846 633 décrit un compresseur à spirales de capacité variable, dans lequel l'élément fixe à spirale est équipé d'un dispositif de by-passage susceptible de mettre chaque poche périphérique, dans laquelle du gaz est admis, en communication avec un volume basse pression. A cet effet, chaque dispositif de by-passage, comprend une chambre ménagée dans l'élément fixe à spirale, comportant un orifice en communication avec une poche de l'étage de compression du compresseur, et en communication avec une chambre basse pression du compresseur. Les deux orifices correspondants peuvent être obturés et/ou ouverts simultanément par l'intermédiaire d'un même clapet. Ce clapet est soumis, sur sa face opposée, à la pression d'un fluide de commande destiné à maintenir le clapet plaqué sur son siège, c'est-à-dire isolant la poche considérée de l'étage de compression et la chambre pression, lorsque l'on souhaite utiliser la capacité maximale du compresseur. Lorsque l'on souhaite réduire la capacité utile du compresseur, la pression agissant sur le clapet est réduite afin que le clapet se soulève et mette en communication la poche considérée de l'étage haute pression avec la chambre basse pression. Pour rendre possible ce mouvement, un ressort est associé au clapet, qui agit dans un sens d'ouverture de celui-ci. En effet, il convient de déclencher le mouvement d'ouverture et d'éviter les phénomènes de battement. Un tel agencement est techniquement plus difficile à envisager dans le cas d'un compresseur à spirales dans lequel l'élément fixe à spirale délimite pour partie la zone haute pression du compresseur, dans la mesure o les tubes amenant le fluide de commande traversent l'enveloppe de l'enceinte haute pression. La présente invention vise précisément un compresseur à spirales de ce dernier type. Le but de l'invention est de fournir un tel compresseur à spirales, de capacité variable, et dans lequel la variation de capacité est obtenue à l'aide de moyens simples et fiables, sans nécessiter d'usinage des chambres du dispositif de by-passage dans l'élément fixe à spirale, et dans lequel les pièces utilisées sont faciles à usiner et peuvent s'adapter à différentes conceptions du circuit de by-passage. A cet effet, le compresseur à spirales qu'elle concerne, du type comprenant un élément fixe à spirale et un élément mobile à spirale disposés à l'intérieur d'une enveloppe hermétique, I'élément mobile étant entra'^né par un moteur suivant un mouvement orbital pour délimiter avec l'élément fixe des paires de poches de compression dont le volume diminue en direction du centre des éléments au cours du mouvement orbital, le compresseur ayant au moins une chambre d'aspiration disposoe dans la zone basse pression à l'intérieur de l'enveloppe, destinée à alimenter en fluide les poches de compression, et un conduit central de sortie du fluide comprimé par les poches, équipé d'un clapet anti-retour et alimentant une chambre haute pression délimitée pour partie par l'élément fixe à spirale, est caractérisé en ce qu'il comprend, au moins une vanne de by-passage, disposée dans la zone basse pression, à l'intérieur de l'enveloppe du compresseur, comportant une chambre reliée par un premier canal à au moins une poche de compression et par un second canal à la zone basse pression, les deux canaux débouchant à proximité l'un de l'autre de telle sorte qu'ils peuvent être obturés par un clapet librement déplaçable dans la chambre, en étant guidé par les parois délimitant cette chambre, un troisième canal destiné à l'amenée d'un fluide de commande du clapet, débouchant dans la paroi inférieure de la chambre de la vanne, et la vanne de by-passage est délimitée par un corps spécifique logé dans l'enceinte délimitée par l'enveloppe du compresseur. Ce dispositif permet de passer d'un mode de fonctionnement nominal, avec 100 % du débit, à un mode avec capacité réduite, par exemple avec une réduction de 40 % du débit. A cet effet, pour passer du mode de fonctionnement nominal à un mode à capacité réduite, il convient d'ouvrir la vanne associée à chaque poche susceptible d'être vidée, cette poche étant mise en communication par l'intermédiaire de la vanne avec une zone basse pression du compresseur. Il doit être noté que le clapet associé à la vanne de by-passage est soumis à l'action de la gravité, de telle sorte que dès que la pression du fluide de commande diminue, le clapet bascule vers sa position ouverte sans nécessiter l'utilisation d'un ressort. En outre, compte tenu du fonctionnement de l'ouverture du clapet sous l'effet de la gravité, il n'y a pas de phénomène de battement de i celui-ci. Il est à noter qu'au démarrage du compresseur, le clapet est ouvert, car l'installation ne fournit pas de fluide haute pression à la vanne de by-passage, ce qui réduit le couple de démarrage du moteur. Selon une forme de réalisation de l' invention, ledit premier canal et led it second canal débouchent verticalement en étant orientés vers le bas dans un même plan et forment un siège pour le clapet, ce clapet étant sensiblement plan, par exemple, en forme de disque. Suivant une caractéristique de l'invention, le second canal de mise en communication de la vanne avec la zone basse pression comprend une rainure annulaire ménagée dans la paroi de la chambre formant siège pour le clapet débouchant dans au moins une ouverture parallèle à l'axe de la vanne et communiquant avec la zone basse press ion, tandis que le premier canal, relié à au moins une poche de compression débouche au centre du siège. La section de la rainure annulaire est définie en fonction de la surface d'appui désirée entre le clapet et son siège, afin d'atteindre le niveau d'étanchéité et la rapidité désirés. Avantageusement, la vanne de by-passage comporte plusieurs ouvertures de mise en communication de la rainure annulaire avec la zone basse pression. Suivant une autre caractéristique de l' invention, la surface inférieure de la chambre de la vanne, formant butée pour le clapet, et dans laquelle débouche le canal d'amenée du fluide de commande, comporte une ouverture centrale dans laquelle débouche ce canal ainsi qu'une gorge périphérique concentrique à cette ouverture. Cette gorge périphérique permet d'éviter le collage par l'huile du clapet sur sa butée. Suivant une autre caractéristique de l' invention, le troisième canal amenant le fluide de commande traverse l'enveloppe du compresseur et est alimenté à partir d'une source de fluide située à l'extérieur du compresseur. La vanne peut être commandée à partir de la pression du condenseur, ou à partir de la pression basse de l'évaporateur. Suivant une forme de réalisation de ce compresseur, le premier canal de mise en communication de ia vanne de by-passage avec au moins une poche de compression est constitué pour partie par des forages verticaux et horizontaux ménagés dans l'élément fixe à spirale. l s Il doit être noté que si la partie fixe à spirale est une pièce de fonderie, il est possible de ménager dans celle-ci des canaux en utilisant un procédé de fonderie avec des inserts en polystyrène. Suivant une autre forme de réalisation de ce compresseur, le premier canal de mise en communication de la vanne de by-passage avec au moins une poche de compression comprend un ou deux conduits ménagés dans l'élément fixe à spirale, débouchant dans un tube disposé dans la zone haute pression du compresseur et se prolongeant à l'intérieur du compresseur jusqu'à la Yanne de by-passage. En outre, la chambre contenant le clapet possède une fuite calibrée assurant la baisse de pression dans le compartiment contenant le fluide de commande, lorsque cesse l'alimentation en fluide de commande. Cette fuite peut être constituée par un orifice calibré ménagé dans le corps de vanne ou obtenu par un jeu entre différentes pièces assemblées formant la vanne. 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, une forme d'exécution de ce compresseu r: Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un compresseur équipé d'une vanne de by-passage logée entre l'enveloppe extérieure et le moteur; Figure 2 est une vue en perspective de la vanne de by-passage; Figures 3 et 4 en sont deux vues en coupe longitudinale respectivement en position de fermeture et en position d'ouverture. Le compresseur représenté à la figure 1 comprend une enveloppe extérieure hermétique 2 à l'intérieur de laquelle est monté un corps 3 supportant un étage de compression possédant un élément fixe à spirale 4 et un élément mobile à spirale 5. L'élément mobile 5 est entraîné par un arbre 6 à partir d'un moteur 7 suivant un mouvement orbital, pour délimiter avec l'élément fixe 4 des poches de compression 8 dont le volume diminue en direction du centre des éléments 4, 5 au cours du mouvement orbital Les poches sont remplies, généralement de façon symétrique et par paire, à partir d'une chambre d'aspiration située dans la zone basse pression 9 du compresseur. Le gaz comprimé sort par un canal l de sortie 10 vers une chambre haute pression 12, à travers un ciapet non représenté au dessin. Le but de la présente invention étant d'adapter la capacité du compresseur à la puissance à délivrer, en faisant varier le volume utile des poches, deux poches 8 symétriques sont reliées chacune par un canal 13 à une vanne de by-passage 14. Les deux canaux 13 convergent en un canal unique relié à la vanne 14 par un raccord 15 vertical et orienté de haut en bas. La vanne de by-passage 14 qui est située dans la zone basse pression du compresseur comprend un corps 16 dans lequel est ménagée une chambre cylindrique 17 présentant en partie haute une surface 18 formant siège pour un clapet 19, représenté en position de fermeture du canal raccordé aux poches 8 sur la figure 3. Dans le siège 18 est ménagée une rainure annulaire 20 qui débouche vers l'extérieur, c'est-à-dire dans la zone basse pression du compresseur par deux ouvertures 22. Dans la paroi inférieure de la chambre 17 débouche une ouverture 23, alimentée par un raccord 24 en fluide de commande amené par une tubulure 25 traversant l'enveloppe extérieure 2 du compresseur. L'ouverture 23 est dimensionnée de telle sorte que la surface de contact du clapet 19 avec la surface inférieure de la chambre 17 soit réduite, en particulier de telle sorte que le clapet 19 ne repose sur cette surface inférieure qu'au niveau de sa périphérie. Cette surface de contact limitée permet d'éviter un éventuel choc du clapet 19 sur son siège 18, dû à une mise en mouvement retardée résultant du collage du clapet 19 avec ce corps de vanne 16 en cas de présence d'huile pouvant éventuellement suinter. Lorsque la pleine capacité du compresseur doit être utilisée, le fluide de commande plaque le clapet 19 contre le siège situé en partie haute, comme montré à la figure 3. Lorsque l'on souhaite réduire la capacité du compresseur, la pression du fluide de commande est ramenée à la valeur de la basse pression de telle sorte que le clapet passe de sa position représentée à la figure 3 vers la position représentée à la figure 4, permettant ainsi le passage du fluide contenu dans les poches 8 par les tubulures 13 et le raccord 15 vers la rainure annulaire 20 et les ouvertures 22 vers la zone de basse pression. Un orifice calibré 27 est ménagé dans le corps 16 de la vanne, qui permet l'échappement du fluide de commande contenu dans la chambre pour permettre le changement de position d-u clapet, lorsque cesse l'alimentation en fluide de commande. l - Comme il ressort de ce qui précède, I'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un compresseur à capacité variable, de structure simple et fiable. Il va de soi que l' invention ne se ilmite pas à la seule forme d'exécution de ce compresseur décrite ci-dessus à titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi notamment que les canaux pourraient être constitués par des tubes circulant au-dessus de l'élément fixe à spirale dans la chambre haute pression; les trous 22 peuvent déboucher latéralement du corps de vanne 16; le clapet 19 peut, dans ce cas, présenter une forme de disque venant plaquer contre le siège 18, comme décrit plus haut, ou peut présenter une épaisseur lui conférant forme cylindrique et lui permettant, en position de fermeture, de venir occulter ces trous 22 débouchant latéralement; le compresseur peut comporter deux vannes de by-passage commandés simultanément ou non. REVENDICATIONS 1. Compresseur à spirales, de capacité variable, comprenant un élément fixe (4) à spirale et un élément mobile (5) à spirale disposés à I'intérieur d'une enveloppe hermétique (2), I'élément mobile (5) étant entrané par un moteur (7) suivant un mouvement orbital pour délimiter avec l'élément fixe (4) des paires de poches de compression (8) dont le volume diminue en direction du centre des éléments au cours du mouvement orbital, le compresseur ayant au moins une chambre d'aspiration disposée dans la zone basse pression (9) à l'intérieur de l'enveloppe (2), destince à alimenter en fluide les poches de compression, et un conduit central (10) de sortie du fluide comprimé par les poches, équipé d'un clapet anti-retour et alimentant une chambre haute pression (12) délimitée pour partie par l'élément fixe (4) à spirale, caractérisé en ce qu'il comprend, au moins une vanne de by-passage (14), disposée dans la zone basse pression, à l'intérieur de l'enveloppe (2) du compresseur, comportant une chambre (17) reliée par un premier canal (13) à au moins une poche de compression (8) et par un second canal (20, 22) à la zone basse pression, les deux canaux débouchant à proximité l'un de l'autre de telle sorte qu'ils peuvent être obturés par un clapet ( 19) librement déplaçable dans la chambre (17), en étant guidé par les parois délimitant cette chambre (17), un troisième canal (25) destiné à l'amenée d'un fluide de commande du clapet, débouchant dans la paroi inférieure de la chambre (17) de la vanne, et la vanne de by-passage (14) est délimitée par un corps spécifique (16) logé dans l'enceinte délimitée par l'enveloppe du compresseur. 2. Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier canal (13) et ledit second canal (20, 22) débouchent verticalement en étant orientés vers le bas dans un même plan et forment un siège (18) pour le clapet (19), ce clapet (19) étant sensiblement plan, par exemple, en forme de disque. 3. Compresseur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le second canal de mise en communication de la vanne avec la zone basse pression comprend une rainure annulaire (20) ménagée dans la paroi de la chambre (17) formant siège pour le clapet (19) débouchant dans au moins une ouverture (22) parallèle à l'axe de la vanne et communiquant avec la zone basse pression, tandis que le premier canal (13), relié à au moins une poche de compression débouche au centre du siège. 4. Compresseur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il S comporte plusieurs ouvertures (22) de mise en communication de la rainure annulaire (20) avec la zone basse pression. 5. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface inférieure de la chambre (17) de la vanne, formant butée pour le clapet (19), et dans laquelle débouche le canal (25) d'amenée du fluide de commande, comporte une ouverture centrale (23), cette ouverture centrale (23) étant dimensionnée de telle sorte que la surface de contact du clapet (19) avec la surface inférieure de la chambre (17) soit réduite, en particulier de telle sorte que le clapet (19) ne repose sur cette surface inférieure qu'au niveau de sa périphérie. 6. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le troisième canal (25) amenant le fluide de commande traverse l'enveloppe (2) du compresseur et est alimenté à partir d'une source de fluide située à l'extérieur du compresseur. 7. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le premier canal (13) de mise en communication de la vanne de by-passage avec au moins une poche de compression (8) est constitué pour partie par des forages verticaux et horizontaux ménagés dans l'élément fixe à spirale. 8. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier canal de mise en communication de la vanne de by-passage avec au moins une poche de compression comprend un ou deux conduits ménagés dans l'élément fixe à spirale, débouchant dans un tube disposé dans la zone haute pression du compresseur et se prolongeant à l'intérieur du compresseur jusqu'à la vanne de by-passage. 9. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la chambre (17) contenant le clapet (19) possède une fuite calibrée assurant la baisse de pression dans le compartiment contenant le fluide de commande, lorsque cesse l'alimentation en fluide de commande.