Brevet FR2942655A1 — publié le 20100903

La présente invention concerne u n compresseur frigorifique à pistons. Un compresseur frigorifique à pistons comprend, de façon connue, une pluralité d'unités de compression, chaque unité de compression comportant une culasse comprenant une chambre d'aspiration de fluide frigorigène et une chambre de refoulement de fluide frigorigène, un bloc cylindre comprenant un cylindre délimitant une chambre de compression et dans lequel est monté coulissant un piston, et une plaque à clapet interposée entre la culasse et le bloc cylindre. La plaque à clapet de chaque unité de compression comprend un passage d'aspiration débouchant respectivement dans la chambre d'aspiration correspondante et dans la chambre de compression correspondante, et un clapet d'aspiration agencé pour permettre uniquement un écoulement de fluide frigorigène de la chambre d'aspiration vers la chambre de compression. La plaque à clapet de chaque unité de compression comprend en outre un passage de refoulement débouchant respectivement dans la chambre de refoulement correspondante et dans la chambre de compression correspondante, et un clapet de refoulement agencé pour permettre uniquement un écoulement de fluide frigorigène de la chambre de compression vers la chambre de refoulement. Une unité de compression d'un tel compresseur fonctionne de la manière suivante. Lorsque le piston du bloc cylindre se déplace dans le cylindre à distance de la culasse, la pression dans le cylindre diminue et le clapet de refoulement est déplacé dans sa position de fermeture. Dès que la pression dans le cylindre est sensiblement inférieure à la pression dans la chambre d'aspiration, le clapet d'aspiration est déplacé dans sa position d'ouverture et le fluide frigorigène contenu dans la chambre d'aspiration est aspiré dans la chambre de compression par l'intermédiaire du passage d'aspiration. Lorsque le piston du bloc cylindre se déplace dans le cylindre vers la culasse, le clapet d'aspiration est déplacé dans sa position de fermeture et le fluide frigorigène contenu dans la chambre de compression est comprimé de telle sorte que sa température et sa pression augmentent. Dès que la pression dans le cylindre est sensiblement supérieure à la pression dans la chambre de refoulement, le clapet de refoulement est déplacé dans sa position d'ouverture et le fluide frigorigène contenu dans la chambre de compression est refoulé dans la chambre de refoulement par l'intermédiaire du passage de refoulement. Le compresseur frigorifique à pistons tel que décrit précédemment comprend en outre d'une part un dispositif de distribution de fluide frigorigène comportant un conduit de distribution et des conduits de dérivation mettant en communication le conduit de distribution et les chambres d'aspiration des unités de compression, et d'autre part un dispositif de refoulement de fluide frigorigène comportant un conduit de refoulement et des conduits de dérivation mettant en communication le conduit de refoulement et les chambres de refoulement des unités de compression. Or, puisque la pression dans chaque chambre d'aspiration et de refoulement varie d'une valeur minimale à une valeur maximale durant le mouvement alternatif du piston correspondant, il en résulte l'apparition de pulsations de pression dans les dispositifs de distribution et de refoulement qui se propagent dans les autres chambres d'aspiration et de refoulement. Ces pulsations de pression provoquent des surpressions ou des dépressions dans les chambres d'aspiration et de refoulement de chaque unité de compression, ce qui nuit au fonctionnement des clapets d'aspiration et de refoulement de chaque unité de compression. Ces inconvénients ont pour conséquence que, pour chaque unité de compression, la phase d'aspiration de fluide frigorigène s'effectue à une pression dans le cylindre légèrement inférieure à la pression minimale de consigne et que la phase de refoulement de fluide frigorigène s'effectue à une pression dans le cylindre légèrement supérieure à la pression maximale de consigne. Ces écarts des pressions d'aspiration et de refoulement par rapport aux pressions de consigne diminuent le rendement du compresseur, ce qui nuit aux performances de ce dernier. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Le problème technique à la base de l'invention consiste donc à fournir un compresseur frigorifique à pistons qui soit de structure simple et économique, tout en permettant d'éviter l'apparition de pulsations de pression susceptibles de diminuer les performances du compresseur. A cet effet, l'invention concerne un compresseur frigorifique à 35 pistons comprenant : - une pluralité d'unités de compression, chaque unité de compression comportant une culasse comprenant une chambre d'aspiration de fluide frigorigène et une chambre de refoulement de fluide frigorigène, - un dispositif de distribution de fluide frigorigène comportant un conduit de distribution et des conduits de dérivation mettant en communication le conduit de distribution et les chambres d'aspiration des unités de compression, - un dispositif de refoulement de fluide frigorigène comportant un conduit de refoulement et des conduits de dérivation mettant en communication le conduit de refoulement et les chambres de refoulement des unités de compression, caractérisé en ce que le compresseur comprend en outre des moyens d'équilibrage de pression agencés pour mettre en communication les chambres d'aspiration d'au moins deux unités de compression et/ou les chambres de refoulement d'au moins deux unités de compression. La présence des moyens d'équilibrage de pression qui mettent directement en communication les chambres d'aspiration d'au moins deux unités de compression et/ou les chambres de refoulement d'au moins deux unités de compression permet de réduire d'une part les pulsations de pression dans ces chambres d'aspiration et/ou de compression, et d'autre part les pertes de charge engendrées dans les dispositifs de distribution et de refoulement. Il en résulte par conséquent une augmentation des performances du compresseur. Avantageusement, les moyens d'équilibrage de pression comportent au moins un conduit d'équilibrage agencé pour mettre en communication les chambres d'aspiration d'au moins deux unités de compression, et/ou au moins un conduit d'équilibrage agencé pour mettre en communication les chambres de refoulement d'au moins deux unités de compression. De préférence, les moyens d'équilibrage de pression comportent au moins un conduit d'équilibrage comprenant une première extrémité débouchant dans l'une des chambres d'aspiration et une seconde extrémité débouchant dans une autre chambre d'aspiration, et/ou au moins un conduit d'équilibrage comprenant une première extrémité débouchant dans l'une des chambres de refoulement et une seconde extrémité débouchant dans une autre chambre de refoulement. Selon une variante de réalisation de l'invention, les moyens d'équilibrage de pression comportent une chambre de collecte et au moins deux conduits d'équilibrage comprenant chacun une première extrémité débouchant dans l'une des chambres d'aspiration et une seconde extrémité débouchant dans la chambre de collecte. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, les moyens d'équilibrage de pression comportent une chambre de collecte et au moins deux conduits d'équilibrage comprenant chacun une première extrémité débouchant dans l'une des chambres de refoulement et une seconde extrémité débouchant dans la chambre de collecte. Selon une première alternative de l'invention, au moins l'un des conduits d'équilibrage ou chaque conduit d'équilibrage s'étend à l'extérieur du compresseur. Selon une seconde alternative de l'invention, au moins l'un des 15 conduits d'équilibrage ou chaque conduit d'équilibrage s'étend à l'intérieur du compresseur. De préférence, au moins l'un des conduits d'équilibrage ou chaque conduit d'équilibrage est ménagé dans le carter du compresseur. Avantageusement, au moins l'un des conduits d'équilibrage ou 20 chaque conduit d'équilibrage est une tubulure souple ou rigide. Préférentiellement, au moins l'un des conduits d'équilibrage ou chaque conduit d'équilibrage présente une section sensiblement constante. De façon avantageuse, au moins l'un des conduits d'équilibrage ou chaque conduit d'équilibrage présente une section inférieure ou égale à celle 25 du conduit de distribution ou de refoulement. De préférence, chaque unité de compression comporte en outre une plaque à clapet et un bloc cylindre délimitant une chambre de compression, et les chambres d'aspiration et de refoulement de la culasse de chaque unité de compression sont chacune destinées à être mises en 30 communication avec la chambre de compression respective par l'intermédiaire de la plaque à clapet respective. Avantageusement, les unités de compression mises en communication par les moyens d'équilibrage de pression fonctionnent sensiblement en opposition de phase. 35 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 compresseur frigorifique à pistons. Figure 1 est une vue schématique en coupe d'un compresseur selon une première forme d'exécution de l'invention. Figures 2 à 6 sont des vues schématiques de compresseurs selon différentes variantes de réalisation de l'invention. Dans la description qui suit, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références dans les différentes formes d'exécution. La figure 1 décrit un compresseur frigorifique à pistons 2 occupant une position verticale. Toutefois, le compresseur selon l'invention, pourrait occuper une position inclinée, ou une position horizontale, sans que sa structure soit modifiée d'une manière significative. Le compresseur 2 comprend une enceinte étanche 3 dans laquelle est monté un moteur électrique 4 comprenant un stator 5 au centre duquel est 15 disposé un rotor 6. Le compresseur 2 comprend en outre un vilebrequin 7 dont l'extrémité supérieure est solidaire du rotor 6 et dont l'extrémité inférieure est engagée dans une partie 8 en forme de manchon solidaire de l'enceinte du compresseur. 20 Le compresseur 2 comprend de plus deux unités de compression 9 régulièrement réparties sur la circonférence de l'enceinte du compresseur et s'étendant de manière radiale à partir dette dernière. Chaque unité de compression 9 comporte une culasse 11, une plaque à clapet 12 et un bloc cylindre 13. 25 La culasse 11 de chaque unité de compression 9 délimite une chambre d'aspiration de fluide frigorigène 14 et une chambre de refoulement de fluide frigorigène 15. Le bloc cylindre 13 de chaque unité de compression 9 comporte un cylindre 16 dans lequel est monté coulissant un piston 17 entre une position 30 extrême d'aspiration dans laquelle le piston 17 est éloigné de la culasse correspondante 11 et une position extrême de refoulement dans laquelle le piston 17 est situé à proximité de la culasse correspondante 11, et une bielle 18 comprenant une première extrémité montée rotative autour du vilebrequin 7 et une seconde extrémité montée rotative autour d'un axe 19 solidaire du 35 piston 17. La bielle 18 de chaque bloc cylindre 13 est agencée pour convertir le mouvement rotatif du vilebrequin 7 en un mouvement de va-et-vient du piston 17 de chaque bloc cylindre 13 à l'intérieur du cylindre correspondant. Les deux pistons 17 fonctionnent en opposition de phase. Ainsi, lorsque le piston 17 appartenant à l'une des unités de compression 9 est dans sa position extrême d'aspiration (voir le piston situé à droite sur la figure 1), le piston 17 appartenant à l'autre unité de compression 9 est dans sa position extrême de refoulement (voir le piston situé à gauche sur la figure 1), et inversement. Il convient de noter que la plaque à clapet 12, le cylindre 16 et le 10 piston 17 de chaque unité de compression 9 délimitent une chambre de compression 19. Les chambres d'aspiration 14 et de refoulement 15 de chaque culasse 11 sont chacune destinées à être mises en communication avec la chambre de compression correspondante 19 par l'intermédiaire de la plaque à 15 clapet correspondante 12. La plaque à clapet 12 de chaque unité de compression 9 comprend un passage d'aspiration 21 débouchant respectivement dans la chambre d'aspiration correspondante 14 et dans la chambre de compression correspondante 15, et un clapet d'aspiration (non représenté sur la figure 1) 20 agencé pour permettre un écoulement de fluide frigorigène à travers le passage d'aspiration 21 uniquement de la chambre d'aspiration vers la chambre de compression. La plaque à clapet 12 de chaque unité de compression 9 comprend également un passage de refoulement 22 débouchant respectivement dans la 25 chambre de refoulement correspondante 14 et dans la chambre de compression correspondante 15, et un clapet de refoulement (non représenté sur la figure 1) agencé pour permettre un écoulement de fluide frigorigène à travers le passage de refoulement 22 uniquement de la chambre de compression vers la chambre de refoulement. 30 Le compresseur 2 comprend un dispositif de distribution de fluide frigorigène 23 comportant un conduit de distribution 24 et des conduits de dérivation 25 mettant en communication le conduit de distribution 24 et les chambres d'aspiration 14 des deux unités de compression 9. Le compresseur 2 comprend également un dispositif de 35 refoulement de fluide frigorigène 26 comportant un conduit de refoulement 27 et des conduits de dérivation 28 mettant en communication le conduit de refoulement 27 et les chambres de refoulement 15 des deux unités de compression 9. Le compresseur 2 comprend en outre des moyens d'équilibrage de pression agencés pour mettre directement en communication les chambres 5 d'aspiration 14 des deux unités de compression 9. Les moyens d'équilibrage de pression comportent un conduit d'équilibrage 29 s'étendant à l'extérieur de l'enceinte du compresseur et comprenant une première extrémité débouchant dans l'une des chambres d'aspiration 14 et une seconde extrémité débouchant dans l'autre chambre 10 d'aspiration 14. Le conduit d'équilibrage 29 présente de préférence une section sensiblement constante et sensiblement égale à celle des conduits de distribution et de refoulement. Préférentiellement, la longueur du conduit d'équilibrage est sensiblement supérieure au diamètre de ce dernier, et 15 notamment supérieure à cinq fois le diamètre de ce dernier. Avantageusement, le conduit d'équilibrage est une tubulure rigide. De façon avantageuse, le fluide frigorigène s'écoulant dans le dispositif de distribution de fluide frigorigène est du 002. La figure 2 représente un deuxième mode de réalisation de 20 l'invention. Selon ce mode de réalisation, le compresseur 2 comprend quatre unités de compression 9 régulièrement réparties sur la circonférence de l'enceinte du compresseur, et les moyens d'équilibrage de pression comportent un premier conduit d'équilibrage 29 reliant les chambres d'aspiration 14 de 25 deux unités de compression opposées l'une à l'autre, et un second conduit d'équilibrage 29 reliant les chambres d'aspiration 14 des deux autres unités de compression. La figure 3 représente un troisième mode de réalisation de l'invention. 30 Selon ce mode de réalisation, le compresseur comprend quatre unités de compression 9 régulièrement réparties sur la circonférence de l'enceinte du compresseur, et les moyens d'équilibrage de pression comportent quatre conduits d'équilibrage 29 reliant chacun les chambres d'aspiration 14 de deux unités de compression adjacentes. 35 La figure 4 représente un quatrième mode de réalisation de l'invention. Selon ce mode de réalisation, le compresseur diffère de celui représenté sur la figure 3 en ce que les moyens d'équilibrage de pression comportent en outre un cinquième conduit d'équilibrage 29 reliant les chambres d'aspiration 14 de deux unités de compression 9 opposées l'une à l'autre, et un sixième conduits d'équilibrage 29 reliant les chambres d'aspiration 14 des deux autres unités de compression 9. La figure 5 représente un cinquième mode de réalisation de l'invention. Selon ce mode de réalisation, le compresseur comprend quatre unités de compression 9 régulièrement réparties sur la circonférence de l'enceinte du compresseur, et les moyens d'équilibrage de pression comportent un premier conduit d'équilibrage 29 reliant les chambres d'aspiration 14 de deux unités de compression adjacentes 9, et un second conduit d'équilibrage 29 reliant les chambres d'aspiration 14 des deux autres unités de compression. La figure 6 représente un sixième mode de réalisation de l'invention. Selon ce mode de réalisation, le compresseur comprend quatre unités de compression 9 régulièrement réparties sur la circonférence de l'enceinte du compresseur, et les moyens d'équilibrage de pression comportent d'une part un raccord externe à l'enceinte du compresseur et délimitant une chambre de collecte 30, et d'autre part quatre conduits d'équilibrage 29 comprenant chacun une première extrémité débouchant dans l'une des chambres d'aspiration 14 et une seconde extrémité débouchant dans la chambre de collecte. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce compresseur frigorifique à pistons, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi notamment que les moyens d'équilibrage de pression pourraient être agencés non pas pour mettre en communication les chambres d'aspiration d'au moins deux unités de compression mais pour mettre en communication les chambres de refoulement d'au moins deux unités de compression. Les moyens d'équilibrage de pression pourraient également être agencés pour mettre en communication d'une part les chambres d'aspiration d'au moins deux unités de compression, et d'autre part les chambres de refoulement d'au moins deux unités de compression. Selon une variante de l'invention, le compresseur frigorifique pourrait être de type hermétique. Les unités de compression pourraient ne pas être régulièrement réparties sur la circonférence de l'enceinte du compresseur. Par exemple, les cylindres des unités de compression pourraient être disposés en V ou W. Les unités de compression pourraient en outre ne pas fonctionner en opposition de phase. REVENDICATIONS1. Compresseur frigorifique à pistons (2) comprenant : - une pluralité d'unités de compression (9), chaque unité de compression comportant une culasse (11) comprenant une chambre d'aspiration de fluide frigorigène (14) et une chambre de refoulement de fluide frigorigène (15), - un dispositif de distribution de fluide frigorigène (23) comportant un conduit de distribution (24) et des conduits de dérivation (25) mettant en communication le conduit de distribution et les chambres d'aspiration des unités de compression, - un dispositif de refoulement de fluide frigorigène (26) comportant un conduit de refoulement (27) et des conduits de dérivation (28) mettant en communication le conduit de refoulement et les chambres de refoulement des unités de compression, caractérisé en ce que le compresseur comprend en outre des moyens d'équilibrage de pression (29) agencés pour mettre en communication les chambres d'aspiration (14) d'au moins deux unités de compression et/ou les chambres de refoulement d'au moins deux unités de compression. 2. Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'équilibrage de pression comportent au moins un conduit d'équilibrage (29) agencé pour mettre en communication les chambres d'aspiration d'au moins deux unités de compression, et/ou au moins un conduit d'équilibrage agencé pour mettre en communication les chambres de refoulement d'au moins deux unités de compression. 3. Compresseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'équilibrage de pression comportent au moins un conduit d'équilibrage (29) comprenant une première extrémité débouchant dans l'une des chambres d'aspiration et une seconde extrémité débouchant dans une autre chambre d'aspiration, et/ou au moins un conduit d'équilibrage comprenant une première extrémité débouchant dans l'une des chambres de refoulement et une seconde extrémité débouchant dans une autre chambre de refoulement. 4. Compresseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'équilibrage de pression comportent une chambre de collecte (30) et au moins deux conduits d'équilibrage (29) comprenant chacun une première extrémité débouchant dans l'une des chambres d'aspiration (14) et une seconde extrémité débouchant dans la chambre de collecte (30). 5. Compresseur selon l'une des revendications 1, 2 ou 4, caractérisé en ce que les moyens d'équilibrage de pression comportent une chambre de collecte et au moins deux conduits d'équilibrage comprenant chacun une première extrémité débouchant dans l'une des chambres de refoulement et une seconde extrémité débouchant dans la chambre de collecte. 6. Compresseur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'au moins l'un des conduits d'équilibrage (29) s'étend à l'extérieur du compresseur. 7. Compresseur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé 20 en ce qu'au moins l'un des conduits d'équilibrage (29) s'étend à l'intérieur du compresseur. 8. Compresseur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'au moins l'un des conduits d'équilibrage (29) est une tubulure souple 25 ou rigide. 9. Compresseur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins l'un des conduits d'équilibrage est ménagé dans le carter du compresseur. 10. Compresseur selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce qu'au moins l'un des conduits d'équilibrage (29) présente une section sensiblement constante. 30 11. Compresseur selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce qu'au moins l'un des conduits d'équilibrage (29) présente une section inférieure ou égale à celle du conduit de distribution ou de refoulement. 12. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que chaque unité de compression (9) comporte en outre une plaque à clapet (12) et un bloc cylindre (13) délimitant une chambre de compression (19), et en ce que les chambres d'aspiration (14) et de refoulement (15) de la culasse (11) de chaque unité de compression sont chacune destinées à être mises en communication avec la chambre de compression respective par l'intermédiaire de la plaque à clapet respective. 13. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les unités de compression (9) mises en communication par les moyens d'équilibrage de pression fonctionnent sensiblement en opposition de phase.