Brevet FR2862738A1 — publié le 20050527

complètement car en particulier pour des différences de pression élevées comme celles que l'on rencontre dans les installations de climatisation surtout celles dont l'agent frigorifique est du dioxyde de carbone, de l'agent frigorifique passe par l'intervalle de mouvement entre le tiroir de soupape et le boîtier. Ce débit volumique d'agent frigorifique peut être trop important pour fonctionner dans une installation de climatisation. De plus, aux faibles pressions, cette fuite ne permet pas d'établir une pression suffisante pour permettre à l'installation de climatisation de fonctionner dans une plage de fonctionnement avantageuse pour son rendement et la puissance. Exposé et avantages de l'invention L'invention concerne une soupape de détente du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que l'organe d'étranglement est un tiroir de soupape, cylindrique creux, dont une extrémité est fermée par une paroi frontale et dont la périphérie comporte au moins un perçage de commande coopérant avec au moins un perçage d'alimentation du boîtier de soupape et la face frontale ouverte du tiroir comporte un plateau de soupape relié par une tige de soupape au tiroir et tourné vers un siège de soupape entourant un orifice de sortie du boîtier de soupape, le perçage de corn- ::o mande étant disposé axialement par rapport au plateau de soupape pour que le perçage d'alimentation soit déjà fermé avant que le plateau ne s'appuie contre le siège de soupape. La combinaison d'un tiroir et d'une soupape à siège permet d'une part de fermer de manière étanche la soupape de détente et d'autre part d'utiliser le tiroir pour une ouverture proportionnelle, le plateau de soupape et le tiroir étant actionnés simultanément par le même action- neur. Le ressort de soupape peut charger le tiroir et ainsi en même temps le plateau dans le sens de l'ouverture ou dans le sens de la fermeture sui- vant que la soupape de détente doit être fermée ou ouverte alors que 3o l'actionneur n'est pas commandé. Il est important que le ressort de sou- pape et l'entraînement soient conçus et réglés l'un par rapport à l'autre pour dépasser les forces engendrées par les différences de pression appliquées au plateau de soupape. En outre, le tiroir doit déjà être fermé avant que la plateau de soupape ne ferme. Pour cela il faut avoir un chevauche- :35 ment suffisamment grand entre le tiroir et le perçage d'alimentation. On évite ainsi les vibrations et les bruits car comme l'intervalle annulaire du tiroir est pratiquement fermé, il ne peut plus y avoir de circulation autour du plateau de soupape qui ne risque pas de générer du bruit. Le plateau de soupape s'appuie pratiquement sans bruit sur le siège de soupape. Les surfaces d'étanchéité du siège de soupape peuvent utiliser les techniques d'étanchéité telles que des joints annulaires en caoutchouc, des joints métalliques ou autres sous leurs différentes réalisations. Du point de vue du bruit il est avantageux que le siège de soupape soit constitué par un élément élastique. Il est en outre avantageux selon un développement de l'invention que l'actionneur soit un électroaimant dont l'induit agit par un 1 poussoir sur le tiroir ou la tige de soupape. L'électroaimant peut être commandé de préférence par un signal à largeur d'impulsion modulée qui déplace le tiroir comme soupape proportionnelle dans une certaine plage du signal et assure dans l'autre plage du signal, la fermeture de la sou- pape de détente. A partir d'un certain degré de fermeture, le tiroir et le plateau sont fermés automatiquement par la différence pression appliquée au siège de soupape. Le mouvement axial du tiroir modifie le volume compris entre le boîtier de soupape et la paroi frontale du tiroir en forme de piston. Pour que la pression puisse se compenser des deux côtés de la paroi frontale, la paroi frontale comporte un perçage de compensation. Dans la plage de fermeture du plateau de soupape, celui-ci est soumis d'une part à la pression du côté haute pression et d'autre part à la pression du côté basse pression. Pour que les forces d'actionnement nécessaires exercées par l'électroaimant soient faibles, il faut que les poussées agissant sur le plateau de soupape et le tiroir soient au moins en partie compensées. Pour cela, le boîtier de soupape comporte une seconde chambre du côté tourné vers l'actionneur; cette chambre communique par une ouverture de liaison avec la première chambre. L'ouverture de liaison est fermée en même temps que l'ouverture de sortie par un second o plateau de soupape ayant la même surface active à l'état fermé que le premier plateau de soupape. Une conduite de liaison entre la première chambre de soupape et la sortie de la soupape de détente assure que la pression du côté basse pression agissant sur le premier plateau de sou-pape agisse dans la direction opposée sur le second plateau de soupape afin que les efforts qui en résultent se compensent. De même, les pressions agissant à l'intérieur de la première chambre de soupape sur le plateau de soupape se compensent dans la mesure où à l'état fermé les plateaux de soupape ont la même surface active. Si les surfaces actives sont différentes, il y aura une force résultant de cette différence, et agissant dans l'une ou l'autre direction. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus 5 détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'une installation de climatisation équipée d'une soupape de détente selon l'invention, - la figure 2 est une coupe longitudinale d'une soupape de détente selon o l'invention, - la figure 3 montre une variante de la figure 2, - la figure 4 montre une autre variante de la figure 2, - la figure 5 montre la caractéristique de la soupape d'expansion selon l'invention. Description de modes de réalisation Dans une installation de climatisation 10, un compresseur 12 débite un agent frigorifique dans la direction de la flèche 14 en augmentant ainsi sa pression et sa température. Cet agent passe par un séparateur d'huile 32 puis dans un radiateur à gaz 16 dans lequel l'agent 2;o frigorifique cède à l'environnement une partie de la chaleur engendrée par la compression. Un ventilateur 20 débite à cet effet une veine d'air 18 de l'extérieur à travers le radiateur à gaz 16. Puis l'agent frigorifique passe par un échangeur de chaleur interne 22 dans lequel l'agent frigorifique qui revient vers le compresseur 12 reçoit de la chaleur. L'agent frigorifique re- froidi arrive par une conduite d'alimentation 34 dans une soupape de dé- tente 24 de manière à prélever de la chaleur par détente. La sortie 36 de la soupape de détente 24 est reliée à un évaporateur 26 dans lequel l'agent frigorifique prend de la chaleur venant de l'environnement. Une autre ma-chine soufflante 28 débite une veine d'air 30 à travers l'évaporateur 26. 3o Puis l'agent frigorifique passe de l'évaporateur 26 par l'échangeur de chaleur interne 22 pour revenir au côté admission du compresseur 12, ce qui boucle le circuit frigorifique 10. La soupape de détente 24 selon la figure 2 se compose d'un boîtier 38 équipé d'au moins une arrivée 34 dans sa périphérie et une sortie 36 dans un couvercle 40. Le couvercle ferme une chambre cylindri- que 50 du boîtier 38 de la soupape. La chambre 50 reçoit un tiroir de soupape 52, cylindrique creux, dont la périphérie comporte au moins un perçage de commande 54 coopérant avec un perçage d'alimentation 42 réalisé dans le boîtier 38 et réglant le débat à travers la soupape de détente 24. Une face frontale du tiroir 52 est fermée par une cloison 60 munie d'un perçage d'équilibrage de pression 58. Un ressort de soupape 56 charge le tiroir 52 dans le sens de l'ouverture en s'appuyant d'un côté contre le couvercle 40 et de l'autre contre la paroi frontale 60. Lorsque la soupape d'expansion 24 est en position ouverte, l'arrivée 34 est complète-ment ouverte à travers le perçage d'alimentation 42 et le perçage de commande 54. La face frontale ouverture du tiroir 52 comporte un plateau de soupape 64 relié au tiroir 52 par une tige de soupape 62. Le plateau de soupape 64 est tourné du côté du perçage de sortie 44 du couvercle 40 débouchant dans la sortie 36. Le couvercle 40 du côté de la chambre de soupape 50 comporte une rainure annulaire 48 entourant le perçage de sortie 44. Cette rainure est garnie d'un joint rond en caoutchouc. Un actionneur 66, constitué par un électroaimant déplace le tiroir 52 et le plateau de soupape 64 de la même manière. L'agent frigorifique comporte un induit 70 déplacé par le champ magnétique d'une bobine électromagnétique 60 et agissant par l'intermédiaire d'un poussoir 72 sur le tiroir 52 ou la tige de soupape 62. Le poussoir 72 de l'induit peut 2.o être solidaire du tiroir 52 ou de la tige de soupape 62 ou s'appliquer librement contre ces pièces, le ressort de soupape 56 assurant le contact entre ces pièces. La bobine électromagnétique 68 est commandée notamment par un signal à largeur d'impulsion modulée par une unité de commande non détaillée pour déplacer le tiroir 52 et le plateau de soupape 64 suivant une courbe caractéristique 88 (figure 5). On étrangle ainsi l'arrivée 34 du perçage d'alimentation 42 et du perçage de commande 54 jusqu'à ce que le tiroir 52 couvre le perçage d'alimentation 42 et que seulement un débit minimum passe par l'intervalle de mouvement entre le tiroir 52 et le bol- :3o tier 38 vers la sortie 36. Pendant cette phase, la bobine électromagnétique 68 est régulée pour que la caractéristique 88 de la soupape représentant la fonction associant la course de soupape (h) à l'amplitude S du signal en pourcentage, présente une plage proportionnelle 84 qui se poursuit par une plage de fermeture 86 après une plage transitoire. Dans la plage de :35 fermeture, le plateau de soupape 64 est appliqué contre le siège de soupape 76 et la force résultante exercée par le ressort de soupape 56 maintient l'actionneur 66 et la différence de pression entre l'arrivée 34 et la sortie 36. La soupape de détente 24 est fermée de manière étanche dans cette situation. Lorsque le plateau de soupape 64 vient contre le siège de soupape 76 cela n'engendre pas de bruit car le débit est très faible, ce qui évite la mise en oscillation. En outre, la matière élastique du joint annulaire 46 amortit le mouvement d'appui du plateau de soupape 64. En cas de mouvement axial du tiroir 52, le volume délimité entre la paroi frontale et le boîtier 38 varie. Le perçage de compensation 58 a.ssure une compensation correspondante en quantité et en pression. La réalisation de la figure 2 correspond à une soupape de détente ouverte lorsque la bobine électromagnétique 68 est coupée du courant. En revanche, le mode de réalisation de la soupape de détente 24 de la figure 4 correspond à une soupape fermée lorsque la bobine électromagnétique 68 est coupée du courant de sorte qu'il faut mettre en oeuvre l'actionneur 66 pour ouvrir le tiroir 52 et le plateau de soupape 64 contre la force exercée par le ressort de soupape 56. La variante de la figure 3 se distingue du mode de réalisation de la figure 2 par une seconde chambre de soupape 74 située du côté de l'actionneur. Cette chambre est reliée par une ouverture de liaison 80 à la première chambre de soupape 50. L'ouverture de liaison 80 est entourée du côté de l'actionneur par un siège dle soupape 76 qui peut être réalisé comme le siège de soupape 46 et coopérer avec un plateau de soupape 78. Celui-ci est relié au premier plateau 64 et ferme simultanément l'ouverture de liaison 80 lorsque le premier plateau de soupape 64 ferme le perçage de sortie 44. Les surfaces actives des plateaux de soupape 64, 78 sont identiques de sorte que les poussées agissant sur les plateaux de soupape 64, 78 se compensent réciproquement. Pour que les poussées exercées de l'extérieur sur les plateaux de soupape 64 et 78 se compensent également, le côté basse pression de la sortie 36 est relié à la seconde chambre de soupape 74 par une conduite de liaison 82. La compensation des poussées exercées sur le tiroir de soupape 52 ou les plateaux de sou-pape 64, 78 n'engendre que des forces d'actionnement faibles, ce qui per-met de dimensionner l'électroaimant 66 de manière réduite. NOMENCLATURE installation de climatisation 12 compresseur 14 flèche 16 radiateur de gaz 18 veine d'air machine soufflante 22 échangeur de chaleur interne 24 soupape de détente 26 évaporateur 28 machine soufflante veine d'air 32 séparateur d'huile 34 arrivée 36 sortie 38 boîtier de soupape 40 couvercle 42 perçage d'alimentation 44 perçage de sortie 46 siège de soupape 48 rainure annulaire 50 chambre de soupape 52 tiroir de soupape 54 perçage de commande 56 ressort de soupape 58 perçage de compensation paroi frontale 62 tige de soupape 64 plateau de soupape 66 actionneur 68 bobine électromagnétique induit 72 poussoir d'induit 74 chambre de compensation 76 siège de soupape 78 plateau de soupape orifice de liaison 82 conduite de liaison 84 zone proportionnelle 86 plage de fermeture 88 courbe caractéristique de soupape h course de soupape S amplitude du signal io REVENDICATIONS 1 ) Soupape de détente (24) comportant un organe d'étranglement (52) réglable axialement dans la chambre (50) du boîtier de soupape (38), cet organe d'étranglement fermant ou étranglant le passage à travers la soupape de détente (24) entre une arrivée (34) et une sortie (36), en étant déplacé par un actionneur (66) contre la force d'un ressort de soupape (54) suivant des paramètres de fonctionnement et des paramètres d'environnement, caractérisée en ce que l'organe d'étranglement (52) est un tiroir de soupape (52), cylindrique creux, dont une extrémité est fermée par une paroi frontale (60) et dont la périphérie comporte au moins un perçage de commande (54) coopérant avec au moins un perçage d'alimentation (42) du boîtier de soupape (38) et la face frontale ouverte du tiroir (52) comporte un plateau de soupape (64) relié par une tige de soupape (62) au tiroir (52) et tourné vers un siège de soupape (46) entourant un orifice de sortie (44) du boîtier de soupape (38), le perçage de commande (54) étant disposé axialement par rapport au plateau de soupape (64) pour que le perçage d'alimentation (42) soit déjà fermé avant que le plateau (64) ne s'appuie contre le siège de soupape (46). 2 ) Soupape de détente (24) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le siège de soupape (46) est formé par un élément élastique. 3 ) Soupape de détente (24) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'actionneur (66) est un électroaimant (68, 70) dont l'induit (70) agit par un poussoir d'induit (72) sur le tiroir (52) ou la tige de soupape (62). 4 ) Soupape de détente (24) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi frontale (60) du tiroir (52) comporte un perçage d'équilibrage (58). 5 ) Soupape de détente (24) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le côté du boîtier de soupape (38) tourné vers l'actionneur (66) comporte une seconde chambre de soupape (74) reliée par une ouverture de liaison (80) avec la première chambre (50), Io l'ouverture de liaison (80) étant fermée par un second plateau de soupape (78) en même temps que l'orifice de sortie (44), ce second plateau étant relié au premier plateau (64) et à l'état fermé il présente la même surface active que le premier plateau (64), la sortie (36) étant reliée à la seconde chambre (74) par une conduite de liaison (82).