EP0054467A1 - Compresseur frigorifique hermétique - Google Patents

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EP0054467A1
EP0054467A1 EP81401913A EP81401913A EP0054467A1 EP 0054467 A1 EP0054467 A1 EP 0054467A1 EP 81401913 A EP81401913 A EP 81401913A EP 81401913 A EP81401913 A EP 81401913A EP 0054467 A1 EP0054467 A1 EP 0054467A1
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EP
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turbine
compressor according
rotor
stator
suction
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EP0054467B1 (fr
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Jean-Louis Naud
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Lunite Hermetique SA
Original Assignee
Lunite Hermetique SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B31/00—Compressor arrangements
    • F25B31/02—Compressor arrangements of motor-compressor units

Definitions

  • the present invention relates to a hermetic refrigeration compressor comprising at least one compression stage actuated by an electric motor.
  • An object of the present invention is to significantly increase the latter by providing means for boosting and increasing the kinetic energy of the gas, these means being arranged before the compression stage of the gas proper, inside the compressor casing.
  • the refrigerant gas sucked into a compressor can sometimes contain droplets of refrigerant, so that if precautions are not taken to eliminate them, they may damage the cylinder head, gaskets, valves suction, etc ... which are arranged at the entrance of the compression chambers.
  • Another object of the present invention is to prevent such a danger by eliminating the droplets of refrigerant before they arrive at the gas suction valves.
  • these hermetic compressors especially those of the household type, must be as silent as possible. It is therefore essential to minimize engine noise and that caused by the flow of refrigerant gas. This is why another object of the invention is to reduce the noise level of these compressors.
  • the compressor according to the invention overcomes very economically to the aforementioned drawbacks.
  • a hermetic refrigeration compressor comprising, inside a sealed envelope, an electric motor comprising a stator, a rotor coupled to a crankshaft and driving a compression means, with cylinder and piston, of a gas refrigerant, and a centrifugal turbine driven by this motor, is characterized in that the turbine makes it possible to boost the refrigerant gas before it enters the compression means with cylinder and piston.
  • part of the stator winding is housed in the suction chamber and that it is arranged concentrically with the centrifugal turbine.
  • Figure 1 shows a schematic view, in vertical section, of the hermetic refrigeration compressor according to the invention.
  • FIG. 2 represents a curve of the gas pressure pulsations obtained by the turbine and the positioning of the opening of the valves when the phasing is obtained.
  • the compressor according to the invention is housed in a sealed metal casing 10.
  • the lower part intended to be fixed on a frame, is constituted by a tank and its upper part by a cover, both having a substantially semi-cylindrical shape.
  • the tank and the cover are welded together by their edges and in such a way that the envelope 10 is sealed against the refrigerant gas filling this envelope 10.
  • the electric motor consisting of a rotor 13 and a stator 19, is placed in the upper part of the casing 10, above a body 12 made of cast iron from the compressor.
  • This rotor 13 is coupled to a crankshaft 14 which is arranged in the height direction of the envelope 10.
  • crankshaft 14 and the engine have been offset with respect to the longitudinal axis of the casing 10, as shown in FIG. 1, in order to be able to accommodate a high-pressure tank 18 which serves as a discharge silencer.
  • This tank 18 is mounted between the stator 19 of the engine and the wall of the casing 10, and it is provided with a pipe 20 for external delivery of the compressed gas.
  • a suction chamber 21 a turbine 28 arranged above the front faces 22 and 23 of the rotor 13 and the stator 19.
  • This chamber 21 is obtained by covering these front faces 22, 23 by a cover 24, of substantially semi-cylindrical shape, for example, and whose peripheral edge 25 is held contiguous with that of the stator 19.
  • This chamber 21 communicates, through a suction orifice 26, with the volume of the casing 10, and by an internal delivery pipe 27 with the inlet of the two cylinders 150, 160 with pistons 15 and 16.
  • the refrigerant gas arriving in the casing 10 through the inlet pipe 17 is sucked through the orifice 26 in the suction chamber 21 by means of the turbine 28, then is discharged, in the state of pressurized gas, in the internal delivery pipe 27 to the compression cylinders 150, 160 respectively.
  • a cylinder head cover 31 provided with pipes connected, on the one hand, to the pipe 27 and, on the other hand, to the cylinders 150 and 160 respectively, allows the successive supplies of the cylinders 150 and 160 with pressurized refrigerant gas which allows '' achieve a significant increase in compressor efficiency.
  • the tubing 28 and the carcass of the rotor 13 can be molded in one piece.
  • part of the electric winding 29 of the stator 19 exceeds the axial face 22 of the frame of the stator 19 and advances into the chamber 21 concentrically with the turbine 28.
  • the refrigerant gas arriving by the inlet pipe 17 contains droplets of refrigerant, these are sucked up with the gas and projected by the turbine 28 in rotation on the hot part of the electric coil 29 surrounding the turbine 28.
  • the droplets volatilize in refrigerant gas. Consequently, there is no longer any risk of damaging the cylinder head assembly 30 placed at the inlet of the piston cylinders 15 and 16.
  • the gas set in motion by the turbine 28 scans and cools in its passage the front surfaces 22 and 23 of the rotor 13 and the stator 19.
  • a certain amount of refrigerant gas, sucked into the suction chamber 21 by the turbine 28 is pushed into the air gap 32 of the rotor 13 and of the stator 19 which contributes to cooling the surfaces facing the latter.
  • the gas leaves between the two lower front faces of the rotor 13 and the stator 19 and bypasses the ends of the winding 29 leaving the lower front face of the stator 19 to mix with the refrigerant gas arriving through the pipe. 17 of entry into the envelope 10.
  • the suction chamber 21 also acts as a silencer by reducing towards the outside the various internal noises due in particular to the circulation of the sucked gas.
  • the length of the discharge pipe 27 is, in an exemplary embodiment, determined so as to phase the gas pulsations created by the turbine 28 with paddle blades 'entry of the compression means, that is to say at the valves 1,2; 3,4 suction cylinders 150, 160, and the movement of these valves 1.2; 3,4 suction, so that at the opening of these valves 1,2; 3,4 correspond, at the level of these, gas suppression bellies.
  • the blades of the turbine 28 are integral with the movement of the piston or pistons in their cylinder.
  • the opening of the suction valves 1,2 occurs between 60 ° and 180 ° of rotation angle of the motor shaft, the origin of the measurement being taken at top dead center (TDC).
  • TDC top dead center
  • a corresponding angular setting of the blades of the turbine 28 creates, for an angle of rotation substantially equal to 120 °, an overpressure at the inlet of the internal delivery pipe 27.
  • the speed of rotation of the engine, the number of blades of the turbine, the desired pressure and temperature of the refrigerant gas make it possible to easily calculate the wavelength of the pulsations thus created of this gas. We can then deduce the length of the internal delivery pipe 27.
  • FIG. 2 represents, in curve (a), the pulsations of the gases at the inlet of the cylinder 150, that is to say the cyclic variation of the pressure of these gases at the level of the suction valves 1, 2 and in curve (b), the valve opening positions 1,2 as a function of the angle O of rotation of the crankshaft 14.
  • the length of the internal delivery pipe 27 is determined, taking into account the length of the pipes which extend it in the cylinder head cover 31, so that the total lengths of the tubing 27 and of the pipes which extend it and lead to the inlet of one and the other cylinder 150, 160, ensure a substantially maximum value of the gas pressure at the valves 1, 2 and 3.4 respectively.
  • This exemplary embodiment of the means used to obtaining maximum overpressure at the inlet of the cylinders 150, 160 is not limiting.

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Abstract

Compresseurfrigorifique hermétique permettant d'obtenir, à l'entrée des moyens de compression (15, 16), un gaz frigorigène en surpression.
Ce compresseur comprend une turbine (28) centrifuge placée dans une chambre (21) d'aspiration communiquant, d'une part, par un orifice (26) d'aspiration, avec le volume de gaz de l'enveloppe (10) et, d'autre part, par une tubulure (27) de refoulement interne, avec les cylindres 150, 160 de compression des gaz. Des moyens permettent d'obtenir un ventre de surpression des gaz au niveau des clapets (1,2; 3,4) d'aspiration au moment de leurs ouvertures respectives. Application : Compresseurs de réfrigérateurs ou de pompes à chaleur.

Description

  • La présente invention est relative à un compresseur frigorifique hermétique comportant au moins un étage de compression actionné par un moteur électrique.
  • La plupart des compresseurs frigorifiques de modèles ménagers, commerciaux et industriels qui utilisent comme gaz frigorigène des dérivés chlorofluorés des hydrocarbures sont d'un type hermétique ou semi-hermétique, c'est-à-dire que l'ensemble des organes moteur et ceux qui sont entraînés par le moteur se trouvent dans une enveloppe étanche au gaz frigorigène.
  • L'une des caractéristiques importantes de fonctionnement d'un compresseur frigorifique est son efficacité qui doit être la plus élevée possible.
  • Un but de la présente invention est d'augmenter notablement celle-ci en prévoyant des moyens pour surpresser et augmenter l'énergie cinétique du gaz, ces moyens étant disposés avant l'étage de compression du gaz proprement dit, à l'intérieur de l'enveloppe du compresseur.
  • On sait d'autre part que le gaz frigorigène aspiré dans un compresseur peut contenir parfois des gouttelettes de fluide frigorigène, de sorte que si des précautions ne sont pas prises pour les éliminer, elles risquent d'endommager l'ensemble culasse, joints, clapets d'aspiration, etc... qui sont disposés à l'entrée des chambres de compression.
  • Un autre but de la présente invention est de prévenir un tel danger en procédant à l'élimination des gouttelettes de fluide frigorigène avant leur arrivée aux clapets d'aspiration du gaz.
  • Enfin, ces compresseurs hermétiques, notamment ceux de type ménager, doivent être aussi silencieux que possible. Il est donc indispensable de réduire au maximum les bruits du moteur et ceux dus à la circulation du gaz frigorigène. C'est pourquoi un autre but de l'invention est la réduction du niveau sonore de ces compresseurs.
  • Le compresseur suivant l'invention permet de pallier très économiquement aux inconvénients précités.
  • Suivant l'invention, un compresseur frigorifique hermétique comprenant, à l'intérieur d'une enveloppe étanche, un moteur électrique comportant un stator, un rotor accouplé à un vilebrequin et entraînant des moyens de compression, à cylindre et piston, d'un gaz frigorigène, et une turbine centrifuge entraînée par ce moteur, est caractérisé en ce que la turbine permet de surpresser le gaz frigorigène avant son entrée dans les moyens de compression à cylindre et piston.
  • On notera qu'une partie du bobinage du stator est logée dans la chambre d'aspiration et qu'elle est disposée concentriquement à la turbine centrifuge.
  • D'autre part, il est prévu que l'orifice d'aspiration est aligné sur l'axe de rotation de la turbine centrifuge.
  • D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu, la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention.
  • La figure 1 représente une vue schématique, en coupe verticale, du compresseur frigorifique hermétique selon l'invention.
  • La figure 2 représente une courbe des pulsations de pression des gaz obtenues par la turbine et le positionnement de l'ouverture des clapets lorsque la mise en phase est obtenue.
  • Le compresseur suivant l'invention est logé dans une enveloppe 10 métallique étanche. La partie inférieure, destinée à être fixée sur un chassis, est constituée par une cuve et sa partie supérieure par un couvercle, tous les deux ayant une forme sensiblement semi-cylindrique. La cuve et le couvercle sont soudés ensemble par leurs bords et de façon que l'enveloppe 10 soit étanche au gaz frigogène remplissant cette enveloppe 10.
  • Le moteur électrique, constitué d'un rotor 13 et d'un stator 19, est placé dans la partie supérieure de l'enveloppe 10, au-dessus d'un corps 12 en fonte du compresseur. Ce rotor 13 est accouplé à un vilebrequin 14 qui est disposé dans le sens de la hauteur de l'enveloppe 10. Celui-ci entraîne dans un mouvement rectiligne alternatif les moyens de compression formés de deux pistons 15 et 16 pouvant se déplacer dans des cylindres 150, 160 alimentés par le gaz frigogène arrivant à basse pression dans l'enveloppe 10 par une tubulure d'entrée 17. Ces pistons 15 et 16 compriment le gaz pour le porter à haute pression.
  • Le vilebrequin 14 et le moteur ont été décalés par rapport à l'axe longitudinal de l'enveloppe 10, comme montré en figure 1, pour pouvoir loger un réservoir 18 à haute pression qui sert de silencieux de refoulement..Ce réservoir 18 est monté entre le stator 19 du moteur et la paroi de l'enveloppe 10, et il est muni d'une tubulure 20 de refoulement externe du gaz comprimé.
  • Les problèmes soulevés dans le préambule ont été résolus en plaçant, dans une chambre d'aspiration 21,une turbine 28disposée au-dessus de faces frontales 22 et 23 du rotor 13 et du stator 19. Cette chambre 21 est obtenue en recouvrant ces faces frontales 22, 23 par un capot 24, de forme sensiblement semi-cylindrique, par exemple, et dont le bord périphérique 25 est maintenu jointif avec celui du stator 19. Cette chambre 21 communique, par un orifice d'aspiration 26, avec le volume de l'enveloppe 10, et par une tubulure 27 de refoulement interne avec l'entrée des deux cylindres 150, 160 à pistons 15 et 16.
  • En fonctionnement, le gaz frigorigène arrivant dans l'enveloppe 10 par la tubulure 17 d'entrée, est aspiré à travers l'orifice 26 dans la chambre d'aspiration 21 au moyen de la turbine 28, puis est refoulé, à l'état de gaz surpressé, dans la tubulure 27 de refoulement interne vers les cylindres 150,160 de compression respectivement.
  • Un couvre-culasse 31 muni de canalisations reliées, d'une part, à la tubulure 27 et, d'autre part, aux cylindres 150 et 160 respectivement, permet les alimentations successives des cylindres 150 et 160 en gaz frigorigène surpressé ce qui permet d'obtenir une augmentation sensible du rendement du compresseur.
  • Dans l'exemple de réalisation montré en figure 1, l'orifice 26 d'aspiration et l'axe de rotation de la turbine 28 sont alignés sur l'axe du vilebrequin 14 fixé au rotor 13.
  • La tubulure 28 et la carcasse du rotor 13 peuvent être moulés en un seul bloc.
  • On peut remarquer qu'une partie du bobinage électrique 29 du stator 19 dépasse la face axiale 22 de l'armature du stator 19 et s'avance dans la chambre 21 concentriquement à la turbine 28. De cette façon, si le gaz frigorigène arrivant par la tubulure 17 d'entrée contient des gouttelettes de fluide frigorigène, celles-ci sont aspirées avec le gaz et projetées par la turbine 28 en rotation sur la partie chaude du bobinage électrique 29 entourant la turbine 28. A leurs contacts les gouttelettes se volatilisent en gaz frigorigène. Par conséquent, il ne subsiste plus aucun risque d'endommager l'ensemble culasse 30 placé à l'entrée des cylindres à pistons 15 et 16.
  • De plus, le gaz mis en mouvement par la turbine 28 balaye et refroidit à son passage les surfaces frontales 22 et 23 du rotor 13 et du stator 19. Cependant, il faut ajouter à cela qu'une certaine quantité de gaz frigorigène, aspirée dans la chambre 21 d'aspiration par la turbine 28, est poussée dans l'entrefer 32 du rotor 13 et du stator 19 ce qui contribue à refroidir les surfaces en vis-à-vis de ces derniers. Une fois franchi l'entrefer 32, le gaz sort entre les deux faces frontales inférieures du rotor 13 et du stator 19 et contourne des extrémités du bobinage 29 sortant de la face frontale inférieure du stator 19 pour se mélanger au gaz frigorigène arrivant par la tubulure 17 d'entrée dans l'enveloppe 10. Par sa disposition judicieuse autour de la turbine 28, la chambre 21 d'aspiration fait également fonction de silencieux en réduisant vers l'extérieur les différents bruits internes dus notamment à la circulation du gaz aspiré.
  • Afin d'améliorer encore le rendement du compresseur suivant l'invention, la longueur de la tubulure de refoulement 27 est, dans un exemple de réalisation, déterminée de façon à mettre en phase les pulsations de gaz créées par la turbine 28 à aubes à l'entrée des moyens de compression, c'est-à-dire au niveau des clapets 1,2 ; 3,4 d'aspiration des cylindres 150, 160, et le mouvement de ces clapets 1,2 ; 3,4 d'aspiration, de sorte qu'au moment de l'ouverture de ces clapets 1,2 ; 3,4 correspondent, au niveau de ceux-ci, des ventres de suppression des gaz.
  • Par construction, les aubes de la turbine 28 sont solidaires du mouvement du ou des pistons dans leur cylindre. Dans l'exemple de réalisation représenté, l'ouverture des clapets d'aspiration 1,2 se produit entre 60° et 180° d'angle de rotation de l'arbre moteur, l'origine de la mesure étant prise au point mort haut (PMH). Un calage angulaire correspondant des aubes de la turbine 28 crée, pour un angle de rotation sensiblement, égal à 120°, une surpression à l'entrée de la tubulure 27 de refoulement interne.
  • La vitesse de rotation du moteur, le nombre des aubes de la turbine, la pression et la température souhaitées du gaz frigorigène permettent de calculer aisément la longueur d'onde des pulsations ainsi créées de ce gaz. On peut alors en déduire la longueur de la tubulure 27 de refoulement interne.
  • La figure 2 représente, en courbe (a), les pulsations des gaz à l'entrée du cylindre 150, c'est-à-dire la variation cyclique de la pression de ces gaz au niveau des clapets 1,2 d'aspiration et en courbe (b), les positions d'ouvertures des clapets 1,2 en fonction de l'angle O de rotation du vilebrequin 14.
  • L'effet de la turbine 28 est alors utilisé au mieux, la pression étant voisine de la valeur maximum au niveau des clapets 1,2 au moment de l'ouverture de ces clapets 1,2. Le rendement du compresseur est ainsi notablement augmenté.
  • Dans le cas d'un compresseur à deux pistons 15, 16, comme représenté en figure 1, la longueur de la tubulure 27 de refoulement interne est déterminée, compte tenu de la longueur des canalisations qui la prolongent dans le couvre-culasse 31, de façon que les longueurs totales de la tubulure 27 et des canalisations qui la prolongent et aboutissent à l'entrée de l'un et l'autre cylindre 150, 160, assurent une valeur sensiblement maximum de la pression du gaz au niveau des clapets 1,2 et 3,4 respectivement.
  • Cet exemple de réalisation des moyens mis en oeuvre pour obtenir une surpression maximum à l'entrée des cylindres 150, 160 n'est pas limitatif.
  • Il est possible, en particulier, d'obtenir un résultat semblable en positionnant de façon convenable les aubes de la turbine 28 de façon à obtenir successivement un ventre de pression au niveau des clapets 1,2 et 3,4 au moment de leurs ouvertures successives.
  • Les améliorations techniques selon la présente invention peuvent être évidemment appliquées, non seulement à un compresseur de type frigorifique, mais également à toutes sortes de compresseurs ou machines de compression fonctionnant avec d'autres gaz et dans lesquels il existe des problèmes analogues à ceux exposés dans le préambule.

Claims (11)

1. Compresseur frigorifique hermétique comprenant, à l'intérieur d'une enveloppe (10) étanche, un moteur électrique comportant un stator (19), un rotor (13) accouplé à un vilebrequin (14) et entraînant des moyens de compression (15), à cylindre et piston, d'un gaz frigorigène, et une tubulure (28) centrifuge entraînée par ce moteur, caractérisé en ce que la turbine (28) permet de surpresser le gaz frigorigène avant son entrée dans les moyens de compression (15) à cylindre et piston.
2. Compresseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la turbine (28) munie de pales est disposée dans une chambre (21) d'aspiration qui communique, d'une part, par un orifice (26) d'aspiration, avec le volume de gaz de l'enveloppe (10) et, d'autre part, par une tubulure (27) de refoulement interne, avec l'entrée des moyens de compression (15).
3. Compresseur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'orifice (26) d'aspiration est aligné sur l'axe de rotation de la turbine (28) centrifuge.
4. Compresseur suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'une partie du bobinage (29) du stator (19) est logée dans la chambre (21) d'aspiration et disposée concentriquement à la turbine (28) centrifuge.
5. Compresseur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la chambre (21) d'aspiration communique en outre, par l'entrefer (32) du moteur, avec le volume de l'enveloppe (10).
6. Compresseur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la chambre (21) d'aspiration est délimitée par des faces frontales (22, 23) du rotor (13) et du stator (19) et par un capot (24) recouvrant ces faces frontales (22, 23).
7. Compresseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (13) et la turbine (28) sont formés en un seul bloc moulé.
8. Compresseur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des moyens permettent la mise en phase des pulsations de gaz créées par la turbine (28) à l'entrée des moyens de compression (15) et le mouvement des clapets d'aspiration (1,2) associés à ces moyens de compression (15) de sorte qu'au moment de l'ouverture de ces clapets (1,2) d'aspiration, les gaz présentent, au niveau de ces clapets (1,2) un maximum de surpression.
9. Compresseur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que cette mise en phase est obtenue par le choix de la longueur de la tubulure (27) de refoulement interne.
10. Compresseur suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de compression comprennent au moins deux ensembles cylindre-piston (15, 16), et en ce que ces deux ensembles sont raccordés à la sortie de la tubulure (27) de refoulement interne au moyen de canalisations situées dans un couvre-culasse (31), les longueurs de ces canalisations étant déterminées de telle sorte que les gaz présentent un maximum de surpression au niveau des clapets d'aspiration (1,2 ; 3,4) de chacun de ces cylindres respectivement, au moment de leur ouverture.
11. Compresseur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de compression comprennent au moins deux ensembles cylindre-piston (15, 16) raccordés à la tubulure (27) de refoulement interne, et en ce que les moyens de mise en phase de la pulsation des gaz au niveau des clapets (1,2 ; 3,4) au moment de l'ouverture de ces clapets (1,2 ; 3,.4) consistent à positionner de façon convenable les pales de la turbine (28) par rapport à l'angle de rotation du vilebrequin (14).
EP81401913A 1980-12-12 1981-12-02 Compresseur frigorifique hermétique Expired EP0054467B1 (fr)

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FR8026412A FR2496241A1 (fr) 1980-12-12 1980-12-12 Compresseur frigorifique hermetique
FR8026412 1980-12-12

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EP0054467A1 true EP0054467A1 (fr) 1982-06-23
EP0054467B1 EP0054467B1 (fr) 1986-02-26

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AT (1) ATE18298T1 (fr)
DE (1) DE3173920D1 (fr)
DK (1) DK549781A (fr)
ES (1) ES8301351A1 (fr)
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