EP0300866B1 - Motocompresseur hermétique - Google Patents

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EP0300866B1
EP0300866B1 EP88401743A EP88401743A EP0300866B1 EP 0300866 B1 EP0300866 B1 EP 0300866B1 EP 88401743 A EP88401743 A EP 88401743A EP 88401743 A EP88401743 A EP 88401743A EP 0300866 B1 EP0300866 B1 EP 0300866B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
compressor
trough
hermetically sealed
space
electrodes
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP88401743A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0300866A1 (fr
Inventor
Bernard Gentil
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lunite Hermetique SA
Original Assignee
Lunite Hermetique SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Lunite Hermetique SA filed Critical Lunite Hermetique SA
Priority to AT88401743T priority Critical patent/ATE61658T1/de
Publication of EP0300866A1 publication Critical patent/EP0300866A1/fr
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Publication of EP0300866B1 publication Critical patent/EP0300866B1/fr
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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
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/005—Arrangement or mounting of control or safety devices of safety devices
    • 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 invention relates to an airtight motor compressor as used for example for refrigeration, air conditioning or in heat pumps.
  • the invention particularly relates to means making it possible to avoid deterioration of the device by lack of lubrication.
  • the sealed envelope contains a motor-compressor assembly such as comprising, for example, an electric motor driving, by means of a shaft or crankshaft, a compression device formed for example of a biaux, of a piston moving in a cylinder. , to form a compression chamber.
  • a motor-compressor assembly such as comprising, for example, an electric motor driving, by means of a shaft or crankshaft, a compression device formed for example of a biaux, of a piston moving in a cylinder. , to form a compression chamber.
  • the compression chamber communicates alternately, on the one hand with a suction circuit through which a refrigerant in the gas phase arrives; and it communicates on the other hand with a discharge circuit, by which the compressed gas leaves the sealed envelope to be circulated in elements associated with the hermetic compressor, and in which the refrigerant is in a gaseous or liquid phase ; the refrigerant returning to the hermetic compressor in the form of gas.
  • a suction circuit through which a refrigerant in the gas phase arrives
  • a discharge circuit by which the compressed gas leaves the sealed envelope to be circulated in elements associated with the hermetic compressor, and in which the refrigerant is in a gaseous or liquid phase ; the refrigerant returning to the hermetic compressor in the form of gas.
  • the lower part of the sealed envelope generally constitutes a sump containing the oil intended for lubrication.
  • the oil is removed by an oil pump, of the centrifugal type for example, which is generally fixed to one end of the shaft or crankshaft which, itself, is coupled in rotation to the rotor of the engine.
  • the rotor and the crankshaft are arranged along a vertical axis of rotation, and the crankshaft is adapted to receive the pump and conduct the oil to the elements to be lubricated.
  • the oil when the oil is saturated with refrigerant, the latter is deposited in liquid form in the bottom of the hermetic compressor casing or casing, due to its higher density than that of the oil / refrigerant mixture.
  • the level of the liquid refrigerant reaches the lower end of the oil pump, that is to say the level at which the latter performs its sampling, the probability of a “seizing” type incident immediately becomes very high restart, due to the low lubricating power of the liquid refrigerant.
  • auxiliary equipment such as, for example: accumulator bottles for suction liquid, which make it possible to trap the liquid refrigerant; or to use a functioning housing heating device before restarting the compressor: the rise in temperature evaporates the liquid refrigerant so that the oil level returns to normal.
  • the present invention relates to an airtight motor compressor comprising new means, the implementation of which is simple and which make it possible to overcome the above-mentioned drawbacks by producing at least one signal.
  • an airtight motor-compressor comprising a sealed enclosure in which is contained a motor-compressor assembly, the motor-compressor assembly comprising an oil pump, a lower part of the enclosure forming a casing, the oil pump having at least one orifice of sampling situated above and at a given distance from a bottom of the casing, the enclosure further containing a lubricating oil and a cooling fluid, is characterized in that that it comprises means for detecting the presence of the coolant in the form of liquid coolant in the casing, said means comprising at least one pair of electrodes located in the casing, and connected to a detection and control device sensitive to the presence of the liquid refrigerant in a space formed between the two electrodes, said space being formed at a level between the sampling orifice and the bottom of the housing, the level where said space is located being closer to the bottom of the housing than to the sampling port.
  • FIG 1 shows schematically a hermetic compressor 1.
  • the hermetic compressor 1 comprises an enclosure or hermetic envelope 2 containing a compressor assembly 3, in itself conventional, symbolized in Figure 1 by a rectangle.
  • the motor-compressor unit 3 comprises elements (not shown) in themselves known, mounted in the traditional way, such as for example an electric motor serving to drive the movement of a piston in a cylinder, by means of a crankshaft for example; such a crankshaft 4 being partially shown in overtaking relative to a lower end 5 of the compressor unit 3.
  • a lower part 10 of the enclosure 2 constitutes a casing intended to contain a lubricating oil.
  • the oil pump 8 is of a conventional type, of the centrifugal pump type for example, and has sampling ports 9.
  • this lubricating oil is contained in the casing 10, in principle from the bottom 7 of the latter, over a height (not shown) greater than a distance D at which the sampling ports 9 of the oil pump 8 are located relative to the bottom 7; also supposing for example that the sampling orifices 9 are contained in a sampling plane 11 (represented by a line in dotted lines), this sampling plane 11 is at a level N1 lower than that which is reached by the oil of lubrication, which oil can thus be removed by the oil pump 8.
  • the environmental conditions of the hermetic compressor 1 may be such that the casing 10 contains both liquid refrigerant 12 and an oil-liquid refrigerant mixture 13.
  • the hermetic compressor 1 includes means 15 for detecting the presence of the liquid refrigerant 12 in the casing 10.
  • this detection is carried out at a level close to that corresponding to the appearance of a certain risk, that is to say at a third level N3 lower than the first level N1 and close to the latter.
  • the means 15 for detecting the presence of the liquid refrigerant comprise, on the one hand, a pair of electrodes 16, 17 situated inside the casing 10 and mounted on one side 44 of the latter, and on the other hand, a detection and control device 50 located outside the enclosure 2; the first and second electrodes 16, 17 being connected respectively, via each of an insulating and sealed passage 19, to a first and a second input 40, 41 of the detection and control device 50.
  • the detection of the presence of liquid refrigerant 12 is based on a difference in electrical resistivity between the liquid refrigerant 12 and the oil-liquid refrigerant mixture 13.
  • refrigerants or refrigerants are chlorofluorinated derivatives of hydrocarbons.
  • refrigerants are well known under the name R12, R22, R502, name under which they are marketed by the firm DUPONT DE NEMOURS for example.
  • the resistance electrical space E between these two ends of electrodes 20, 21 is of the order of 100 ⁇ , when this space E is filled with the liquid refrigerant 12; space E being centered on the third level N3.
  • the electrical resistance increases in a ratio much greater than 10,000 when the space E is filled with the oil-liquid refrigerant mixture 13.
  • the detection and control device 50 can be designed in a particularly simple manner, such as comprising by example a detector 18, a power source 28 and an alarm center 31.
  • the detector 18 includes an electromagnetic relay 23 having a coil 24, a first end 25 of which is connected to the second electrode 17 via the second input 41, and of which a second end 26 of which is connected to a terminal 27 of a power source 28; a second terminal 29 of the power source 28 being connected, via the first input 40, to the first electrode 16.
  • the electromagnetic relay 23 comprises a contact 30 which is open both that the coil 24 is not traversed by a sufficient current.
  • the electromagnetic relay 23 requires, to activate the contact 30, a current of 0.005 amperes for example under a voltage of 24 Volts, supplied by the power source 28, the current in the coil 24 is completely negligible and insufficient for this purpose when the oil-coolant mixture 13 is in place of the coolant 12, that is to say under conditions closer to normal.
  • the electrical resistance presented by space E decreases and then passes to approximately 100 ⁇ generating a voltage drop of approximately 0.5 volts, and the contact 30 is activated.
  • the contact 30 can be connected for example to an alarm center 31 to which, by its closure, it indicates the presence of the liquid refrigerant 12 at a level close to the sampling plan 11; the alarm center 31 can trigger in a manner known per se, for example, either an alarm or a prohibition to restart operation of the hermetic compressor 1, together with a control for reheating the casing 10.
  • the detector 18 can operate in a different way, and it can be used for example in a conventional manner, one or more current amplifiers in the case for example where the ends of 'electrodes 20, 21 opposite would have much smaller surfaces than those previously mentioned, or even in the case of a refrigerant having, in the liquid state, an electrical resistivity greater than that of the refrigerant R22.
  • FIG. 2 schematically shows the hermetic compressor 1 according to the invention, which differs from the version shown in FIG. 1 essentially in that the presence of liquid refrigerant 12 is detected near the bottom 7 of the casing 10.
  • the electrodes 16, 17 are mounted inside the casing 10 on the side 44 of the latter, and are connected to the detection and control device 50 in the same way as in the previous example. But in this second version, the electrodes 16, 17 are placed near the bottom 7 of the latter, so that the space E between the two ends of electrodes 20, 21 is located at a fourth level N4 close to the bottom 7 In fact, as shown in FIG. 2, the space E is closer to the bottom 7 than to the sampling orifices 9.
  • Such an arrangement of the electrodes 16, 17 makes it possible to detect the presence of liquid refrigerant 12 in the casing 10 when the quantity of this liquid refrigerant 12 is still low, that is to say shortly after the start of saturation of lubricating oil in refrigerant.
  • the liquid refrigerant rests on the bottom 7 of the casing 10, and carries the oil-refrigerant mixture 13 which then has a large reserve under the sampling plan 11; the orifices 9 of the oil pump 8 being immersed in the oil-coolant mixture 13.
  • FIG. 3 schematically shows, in a partial manner, an airtight motor compressor 1, and particularly represents the casing 10 in order to illustrate an embodiment which makes it possible to save an electrode
  • the preferred electrode 16 is mounted in the casing 10 on the side 44 of the latter as in the previous examples, but in this new embodiment, the first electrode 16 is bent so that its electrode end 20 is oriented towards the side 44 of the casing 10; and an internal wall 45 of the casing 10 in this case constitutes the second electrode.
  • the space E is formed between the electrode end 20 and the internal wall 45 at one or the other of the third or fourth levels N3, N4 respectively close to the sampling plane 11 and the bottom 7 of the casing 10.
  • the operation can be the same as in the example described in FIG. 1, the first electrode 16 and the casing 10 being respectively connected to the first and to the second input 40, 41 of the detection and control device 50.
  • FIG. 4 schematically shows the casing 10, in a view similar to that of FIG. 3, and illustrates an embodiment in which the first and the second electrodes 16 and 17, 45, in contact with the fluid to be distinguished in the casing 10, each constitute an armature of a capacitor.
  • the first and second electrodes 16, 17 are mounted on the side 44 of the casing 10, in the same manner as in the previous examples, and are also connected to the detection and control device 50
  • the first and second electrodes 16, 17 respectively comprise an insulated electrode body 52, 53 which are each extended by a metal plate 54, 55.
  • the metal plates 54, 55 are substantially parallel, and constitute the armatures of a capacitor C, the dielectric of which is formed by the space E contained between the two plates 54, 55; the dielectric being constituted either by the oil-coolant mixture 13 (not shown in the figure) or by the liquid coolant 12 (not shown) depending on the level reached by the latter, as has been previously explained.
  • the frames 54, 55 are oriented parallel to the bottom 7, and are arranged on either side of the third level N3 close to the sampling plane 11. But it should be understood that in the In the spirit of the invention, the electrodes 54, 55 can just as easily have a different orientation and be placed at a different level, at the fourth level N4, for example close to the bottom 7.
  • the capacitor C can also be formed by a single plate 54 for example constituting a armature disposed opposite the internal wall 45 or the bottom 7, so as to constitute the second armature by the housing 10 itself.
  • the relative permittivity ⁇ 1 or dielectric constant of the latter in the liquid state is approximately three (3) times higher than the relative permittivity ⁇ 2 of the oil. lubrication, so that the ratio ⁇ 1 / ⁇ 2 corresponds to the variation in total capacity of the capacitor C when the space E between the plates 54, 55 is successively filled with the oil-coolant mixture 13 containing little coolant and with the liquid coolant 12; such a variation in capacity being much greater than the variations in capacity which are easily detectable by conventional means.
  • the detection and control device 50 comprises an oscillator circuit 60 having an oscillating circuit (not shown) of a conventional type in itself in which the capacitor C is inserted.
  • the oscillator circuit 60 is connected to a pulse generator 61, and delivers to the latter a sinusoidal signal S1 for example and of frequency F linked to the value of the capacitance C, from which the pulse generator 61 delivers a second signal S2 constituted by pulses (not shown) of the same width which follow one another at the frequency F.
  • the signal S2 is applied to an integrator device 63 which itself delivers a third signal S3, corresponding to a voltage (not shown) whose amplitude varies with frequency F.
  • the third signal S3 is applied for example to a threshold comparator 64, also conventional and which delivers, for example, a fourth signal S4 or else a fifth signal l S5, depending on whether the dielectric of the capacitor C is constituted by the oil-coolant mixture 13 or by the liquid coolant 12; these fourth and fifth signals S4, S5 being applied to the alarm center 31 previously described.
  • a threshold comparator 64 also conventional and which delivers, for example, a fourth signal S4 or else a fifth signal l S5, depending on whether the dielectric of the capacitor C is constituted by the oil-coolant mixture 13 or by the liquid coolant 12; these fourth and fifth signals S4, S5 being applied to the alarm center 31 previously described.
  • This last embodiment of the detection and control device 50 is given by way of nonlimiting example, the detection of the variation in capacitance of the capacitor C being able to be carried out by a person skilled in the art, in different other ways in themselves known .
  • the invention resides mainly in the position of the detection space E which must be more close to the bottom 7 of the casing as sampling ports 9, as shown in Figure 2;
  • Figures 1, 3 and 4 are mainly used to illustrate different embodiments of the means 15 for detecting the presence of the liquid refrigerant.

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Description

  • L'invention concerne un motocompresseur hermétique tel qu'utilisé par exemple pour la réfrigération, le conditionnement d'air ou dans les pompes à chaleur. L'invention concerne particulièrement des moyens permettant d'éviter une détérioration de l'appareil par défaut de lubrification.
  • En prenant pour exemple un motocompresseur hermétique, celui-ci comporte une enveloppe étanche. L'enveloppe étanche contient un ensemble motocompresseur tel que comportant par exemple un moteur électrique entraînant, par l'intermédiaire d'un arbre ou vilebrequin, un dispositif de compression formé par exemple d'une bièle, d'un piston en mouvement dans un cylindre, pour constituer une chambre de compression. La chambre de compression communique alternativement, d'une part avec un circuit d'aspiration par lequel arrive un fluide frigorigène en phase gazeuse; et elle communique d'autre part avec un circuit de refoulement, par lequel le gaz comprimé sort de l'enveloppe étanche pour être mis en circulation dans des éléments associés au motocompresseur hermétique, et dans lesquels le fluide frigorigène est dans une phase gazeuse ou liquide; le fluide frigorigène retournant au motocompresseur hermétique sous forme de gaz. Il est à noter que dans les motocompresseurs de type hermétique, le gaz qui pénètre dans ce dernier se répand généralement dans l'enveloppe étanche, avant d'être aspiré dans le circuit d'aspiration quand la chambre de compression est en dépression.
  • La partie inférieure de l'enveloppe étanche constitue généralement un carter contenant l'huile destinée à la lubrification. L'huile est prélevé par une pompe à huile, de type centrifuge par exemple, qui est généralement fixée à une extrémité de l'arbre ou vilebrequin qui, lui-même, est couplé en rotation au rotor du moteur. A cette fin, le rotor et le vilebrequin sont disposés selon un axe de rotation vertical, et le vilebrequin est adapté pour recevoir la pompe et conduire l'huile aux éléments à lubrifier.
  • Du fait de la présence de fluide frigorigène ou réfrigérant dans l'enveloppe, la lubrification des pièces en mouvement peut, sous des conditions particulières d'environnement, poser des problèmes qui sont à ce jour encore mal résolus.
  • Les défauts de lubrification peuvent se produire particulièrement après des périodes d'arrêt prolongé de l'installation, durant lesquelles une partie du réfrigérant contenue dans l'installation peut migrer dans le carter du motocompresseur. Ce phénomène se produit généralement pour les deux raisons principales suivantes:
    • suivant les conditions de température et de pression, l'huile contenue dans le carter est plus ou moins avide de réfrigérant (pouvoir de missibilité huile/réfrigérant) et peut donc en dissoudre une quantité plus ou moins importante, en créant une sorte de dépression dans le carter;
    • lorsque le compresseur se trouve être plus froid que les autres parties de l'ensemble du circuit, le réfrigérant est attiré vers le compresseur.
  • Aussi, lorsque l'huile est saturée en réfrigérant, ce dernier se dépose sous forme liquide dans le fond de l'enveloppe ou carter du motocompresseur hermétique, du fait de sa densité plus élevée que celle du mélange huile/réfrigérant. Lorsque le niveau du réfrigérant liquide atteint l'extrémité inférieure de la pompe à huile, c'est-à-dire le niveau où cette dernière effectue son prélèvement, la probabilité d'incident du type "grippage" devient très grande à l'instant du redémarrage, du fait du faible pouvoir lubrifiant du réfrigérant liquide.
  • Afin d'éviter ce type d'incident, il est courant d'utiliser des équipements auxiliaires tels que par exemple: bouteilles accumulatrices de liquide à l'aspiration, qui permettent de piéger le réfrigérant liquide; ou encore d'utiliser un dispositif de réchauffage du carter fonctionnant avant le redémarrage du compresseur: la montée en température faisant évaporer le réfrigérant liquide de sorte que le niveau d'huile redevient normal.
  • L'inconvénient de ces solutions est qu'elles ne réduisent pas totalement les risques, et qu'elles nécessitent souvent une mise en oeuvre contraignante.
  • On peut noter en outre qu'un réchauffage systématique du carter avant le redémarrage du motocompresseur hermétique, pendant un temps prédéterminé, peut retarder de manière importante le redémarrage de l'installation, particulièrement si le temps de réchauffement a été prévu suffisamment long pour tenir compte d'une quantité importante de réfrigérant liquide dans le carter. Alors que dans bien des cas, compte tenu des conditions particulières d'environnement du compresseur, c'est encore un mélange huile-réfrigérant non saturé qui se trouve être au niveau du prélèvement par la pompe à l'huile; de sorte que au redémarrage du compresseur, ce mélange possède encore un pouvoir lubrifiant.
  • Une autre solution, décrite dans un brevet US 4 490 988, consiste à réaliser une détection sur la présence de contamination dans un espace réservé au lubrifiant, et à couper le fonctionnement si une telle contamination est détectée. Cette solution permet d'éviter la détérioration du compresseur, mais elle présente l'inconvénient de conduire dans ce cas à l'arrêt de fonctionnement de toute l'installation.
  • Une solution basée sur une technique de détection automatique de réfrigérant est décrite dans un brevet US 4 090 371. Cette technique utilise une pluralité de capteurs, et elle présente l'inconvénient d'être d'une mise en oeuvre relativement complexe, notamment pour traiter et comparer les informations délivrées par les capteurs.
  • La présente invention concerne un motocompresseur hermétique comportant des moyens nouveaux dont la mise en oeuvre est simple et, qui permettent de pallier les inconvénients ci-dessus cités en produisant au moins un signal pouvant servir par exemple à la mise en marche d'équipements auxiliaires pour le réchauffage du carter par exemple.
  • Selon l'invention, un motocompresseur hermétique comportant une enceinte étanche dans laquelle est contenu un ensemble motocompresseur, l'ensemble motocompresseur comportant une pompe à huile, une partie inférieure de l'enceinte formant un carter, la pompe à huile ayant au moins un orifice de prélèvement situé au-dessus et à une distance donnée d'un fond du carter, l'enceinte contenant en outre une huile de lubrification et un fluide réfrigérant, est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour détecter la présence du fluide réfrigérant sous forme de réfrigérant liquide dans le carter, lesdits moyens comportant au moins une paire d'électrodes situées dans le carter, et reliées à un dispositif de détection et de commande sensible à la présence du réfrigérant liquide dans un espace formé entre les deux électrodes, ledit espace étant formé à un niveau compris entre l'orifice de prélèvement et le fond du carter, le niveau où est situé ledit espace étant plus proche du fond du carter que de l'orifice de prélèvement.
  • L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif, et aux quatres figures annexées parmi lesquelles:
    • la figure 1 montre de manière schématique un motocompresseur hermétique;
    • la figure 2 montre schématiquement un motocompresseur hermétique conforme à l'invention;
    • la figure 3 montre schématiquement un carter représenté à la figure 1, et illustre un mode de réalisation particulier d'électrodes montrées aux figures 1 et 2;
    • la figure 4 représente schématiquement le carter montré à la figure 1, et illustre un mode de réalisation basé sur une variation de capacité servant a détecter la présence d'un réfrigérant liquide.
  • La figure 1 montre de manière schématique un motocompresseur hermétique 1. Le motocompresseur hermétique 1 comporte une enceinte ou enveloppe hermétique 2 contenant un ensemble motocompresseur 3, en lui-même classique, symbolisé sur la figure 1 par un rectangle. L'ensemble motocompresseur 3 comporte des éléments (non représentés) en eux-mêmes connus, montés de manière traditionnelle, tels que par exemple un moteur électrique servant à entraîner le mouvement d'un piston dans un cylindre, par l'intermédiaire d'un vilebrequin par exemple; un tel vilebrequin 4 étant partiellement représenté en dépassement par rapport à une extrémité inférieure 5 de l'ensemble motocompresseur 3. Une partie inférieure 10 de l'enceinte 2 constitue un carter destiné à contenir une huile de lubrification.
  • Une extrémité 6 du vilebrequin 4, qui est orientée vers un fond 7 du carter 10, est prolongée par une pompe à huile 8 solidaire du vilebrequin 4; la pompe à huile 8 est d'un type classique, du type pompe centrifuge par exemple, et comporte des orifices de prélèvement 9.
  • Lorsque le motocompresseur hermétique 1 est en fonctionnement dans des conditions normales, cette huile de lubrification est contenue dans le carter 10, en principe depuis le fond 7 de ce dernier, sur une hauteur (non représentée) plus grande qu'une distance D à laquelle les orifices de prélèvement 9 de la pompe à huile 8 sont situés par rapport au fond 7; aussi en supposant par exemple que les orifices de prélèvement 9 soient contenus dans un plan de prélèvement 11 (représenté par une ligne en traits pointillés), ce plan de prélèvement 11 est à un niveau N1 inférieur à celui qui est atteint par l'huile de lubrification, laquelle huile peut ainsi être prélevée par la pompe à huile 8.
  • Mais, ainsi qu'il a été précédemment expliqué dans le préambule, les conditions d'environnement du motocompresseur hermétique 1 peuvent être telles, que le carter 10 contient à la fois du réfrigérant liquide 12 et un mélange huile-réfrigérant liquide 13. Le mélange huile-réfrigérant liquide 13 ayant une densité plus faible que celle du réfrigérant liquide 12, ce dernier est déposé sur le fond 7 du carter 10, et le mélange huile-réfrigérant 13 repose au-dessus du réfrigérant liquide 12. C'est cette configuration qui est représentée à la figure 1, et qui montre que le réfrigérant liquide 12 a un second niveau N2 plus haut que le premier niveau N1 du plan de prélèvement 11; d'où il résulte que si la pompe à huile 8 est mise en fonctionnement dans ces conditions, c'est le réfrigérant liquide 12 qu'elle prélève et non le mélange huile-réfrigérant liquide 13; ceci conduisant de manière certaine à un grippage de l'ensemble motocompresseur 3.
  • Pour éviter une remise en fonctionnement du motocompresseur hermétique 1 dans de telles conditions, ce dernier comporte des moyens 15 pour détecter la présence du réfrigérant liquide 12 dans le carter 10.
  • Dans l'exemple non limitatif montré à la figure 1, cette détection s'effectue à un niveau proche de celui correspondant à l'apparition d'un risque certain, c'est-à-dire à un troisième niveau N3 inférieur au premier niveau N1 et proche de ce dernier.
  • Dans l'exemple non limitatif décrit, les moyens 15 pour détecter la présence du réfrigérant liquide comportent, d'une part une paire d'électrodes 16, 17 situées à l'intérieur du carter 10 et montées sur un côté 44 de ce dernier, et d'autre part, un dispositif de détection et de commande 50 situé à l'extérieur de l'enceinte 2; la première et la seconde électrodes 16, 17 étant reliées respectivement, par l'intermédiaire chacune d'une traversée isolante et étanche 19, à une première et une seconde entrée 40, 41 du dispositif de détection et de commande 50.
  • Dans une première forme de réalisation, la détection de la présence de réfrigérant liquide 12 est basée sur une différence de résistivité électrique entre le réfrigérant liquide 12, et le mélange huile-réfrigérant liquide 13.
  • La plupart des fluides frigorigènes ou réfrigérants sont des dérivés chlorofluorés des hydrocarbures. De tels réfrigérants sont bien connus sous la dénomination R12, R22, R502, dénomination sous laquelle ils sont mis dans le commerce par la firme DUPONT DE NEMOURS par exemple.
  • En prenant pour exemple le réfrigérant R22, sa résistivité est d'environ 10¹² fois inférieure à celle de l'huile de lubrification; la résistivité électrique de l'huile de lubrification couramment utilisée étant de l'ordre de 10¹⁴ Ω-cm. Dans ces conditions, la résistance électrique présentée entre des extrémités 20, 21 courbées l'une vers l'autre des électrodes 16, 17, varie de manière considérable, selon que ces extrémités 20, 21 d'électrode sont plongées dans le mélange huile-réfrigérant liquide 13 ou dans le réfrigérant liquide 12.
  • Si l'on considère, à titre d'exemple non limitatif, que les extrémités d'électrode 20, 21 en vis à vis ont chacune une surface (non représentée) de 1 cm², et sont à une distance (non représentée) l'une de l'autre de 1 cm, la résistance électrique d'un espace E entre ces deux extrémités d'électrodes 20, 21 est de l'ordre de 100 Ω, quand cet espace E est rempli par le réfrigérant liquide 12; l'espace E étant centré sur le troisième niveau N3. La résistance électrique augmente dans un rapport largement supérieur à 10 000 quand l'espace E est rempli par le mélange huile-réfrigérant liquide 13. Aussi, le dispositif de détection et de commande 50 peut être conçu de manière particulièrement simple, telle que comportant par exemple un détecteur 18, une source d'alimentation 28 et une centrale d'alarme 31.
  • Dans l'exemple non limitatif décrit, le détecteur 18 comporte un relais électromagnétique 23 ayant une bobine 24 dont une première extrémité 25 est reliée à la seconde électrode 17 par l'intermédiaire de la seconde entrée 41, et dont une seconde extrémité 26 est reliée à une borne 27 d'une source d'alimentation 28; une seconde borne 29 de la source d'alimentation 28 étant reliée, par l'intermédiaire de la première entrée 40, à la première électrode 16. Dans l'exemple non limitatif décrit, le relais électromagnétique 23 comporte un contact 30 qui est ouvert tant que la bobine 24 n'est pas parcourue par un courant suffisant. En supposant que le relais électromagnétique 23 exige, pour actionner le contact 30, un courant de 0,005 ampères par exemple sous une tension de 24 Volts, fournis par la source d'alimentation 28, le courant dans la bobine 24 est tout à fait négligeable et insuffisant à cet effet quand le mélange huile-réfrigérant 13 est à la place du réfrigérant 12, c'est-à-dire dans des conditions plus proches de la normale. Par contre, quand l'espace E est occupé par le réfrigérant liquide 12, la résistance électrique présentée par l'espace E diminue et passe alors à environ de 100 Ω engendrant une chute de tension d'environ 0,5 volt, et le contact 30 est actionné. Le contact 30 peut être relié par exemple à une centrale d'alarme 31 à laquelle, par sa fermeture, il indique la présence du réfrigérant liquide 12 à un niveau proche du plan de prélèvement 11; la centrale d'alarme 31 pouvant déclencher d'une manière en elle-même connue, par exemple, soit une alarme, soit une interdiction de remise en fonctionnement du motocompresseur hermétique 1, en même temps qu'une commande de réchauffage du carter 10.
  • Bien entendu, dans l'esprit de l'invention, le détecteur 18 peut fonctionner de manière différente, et il peut être utilisé par exemple de manière en elle-même classique, un ou des amplificateurs de courant au cas par exemple où les extrémités d'électrodes 20, 21 en vis à vis auraient des surfaces beaucoup plus faibles que celles précédemment mentionnées, ou encore dans le cas d'un réfrigérant ayant, à l'état liquide, une résistivité électrique plus grande que celle du réfrigérant R22.
  • La figure 2 montre schématiquement le motocompresseur hermétique 1 selon l'invention, qui diffère de la version montrée à la figure 1 essentiellement en ce que la détection de présence du réfrigérant liquide 12 s'effectue à proximité du fond 7 du carter 10.
  • Dans l'exemple non limitatif décrit, les électrodes 16, 17 sont montées à l'intérieur du carter 10 sur le côté 44 de ce dernier, et sont reliées au dispositif de détection et de commande 50 d'une même manière que dans l'exemple précédent. Mais dans cette seconde version, les électrodes 16, 17 sont placées à proximité du fond 7 de ce dernier, de manière que l'espace E entre les deux extrémités d'électrodes 20, 21 soit situé à un quatrième niveau N4 proche du fond 7. En fait, comme le montre la figure 2, l'espace E est plus proche du fond 7 que des orifices de prélèvements 9.
  • Une telle disposition des électrodes 16, 17 permet de détecter la présence de réfrigérant liquide 12 dans le carter 10 quand la quantité de ce réfrigérant liquide 12 est encore faible, c'est-à-dire peu de temps après le début de la saturation de l'huile de lubrification en réfrigérant.
  • Le réfrigérant liquide repose sur le fond 7 du carter 10, et porte le mélange huile-réfrigérant 13 qui présente alors une grande réserve sous le plan de prélèvement 11; les orifices 9 de la pompe à huile 8 étant plongés dans le mélange huile-réfrigérant 13.
  • Dans ces conditions, il est possible par exemple de commander le réchauffage du carter 7, tout en permettant le redémarrage du motocompresseur hermétique 1, de sorte à éviter une perte de temps et à évaporer le réfrigérant liquide 12 contenu dans le fond 7 du carter, aussi bien que le réfrigérant mélangé à l'huile de lubrification.
  • Bien entendu, il est possible de réaliser simultanément la configuration de cette seconde version et la configuration de la première version montrée à la figure 1, pour obtenir une sécurité plus complète.
  • La figure 3 montre schématiquement, de manière partielle, un motocompresseur hermétique 1, et représente particulièrement le carter 10 afin d'illustrer un mode de réalisation qui permet de faire l'économie d'une électrode
  • Dans l'exemple non limitatif de la description, la préfère électrode 16 est monté dans le carter 10 sur le côté 44 de ce dernier comme dans les exemples précédents, mais dans cette nouvelle forme de réalisation, la première électrode 16 est recourbée pour que son extrémité d'électrode 20 soit orientée vers le côté 44 du carter 10; et une paroi interne 45 du carter 10 constitue dans ce cas la seconde électrode. L'espace E est formé entre l'extrémité d'électrode 20 et la paroi interne 45 à l'un ou l'autre des troisième ou quatrième niveaux N3, N4 respectivement proches du plan de prélèvement 11 et du fond 7 du carter 10.
  • Le fonctionnement peut être le même que dans l'exemple décrit à la figure 1, la première électrode 16 et le carter 10 étant respectivement reliés à la première et à la seconde entrée 40, 41 du dispositif de détection et de commande 50.
  • La figure 4 montre schématiquement le carter 10, par une vue semblable à celle de la figure 3, et illustre un mode de réalisation dans lequel la première et la seconde électrodes 16 et 17, 45, en contact avec le fluide à distinguer dans le carter 10, constituent chacune une armature d'un condensateur.
  • Dans l'exemple non limitatif décrit, la première et la seconde électrode 16, 17 sont montées sur le côté 44 du carter 10, d'une même manière que dans les exemples précédents, et sont également reliées au dispositif de détection et de commande 50. La première et la seconde électrodes 16, 17 comportent respectivement un corps d'électrode isolé 52, 53 qui sont prolongés chacun par une plaque métallique 54, 55. Les plaques métalliques 54, 55 sont sensiblement parallèles, et constituent les armatures d'un condensateur C dont le diélectrique est formé par l'espace E contenu entre les deux armatures 54, 55; le diélectrique étant constitué soit par le mélange huile-réfrigérant 13 (non représenté sur la figure) soit par le réfrigérant liquide 12 (non représenté) selon le niveau atteint par ce dernier, comme il a été précédemment expliqué.
  • Dans l'exemple non limitatif de la description, les armatures 54, 55 sont orientées parallèlement au fond 7, et sont disposées de part et d'autre du troisième niveau N3 proche du plan de prélèvement 11. Mais il doit être entendu que dans l'esprit de l'invention, les électrodes 54, 55 peuvent tout aussi bien avoir une orientation différente et être placées à un niveau différent, au quatrième niveau N4 par exemple proche du fond 7.
  • Il est à noter d'autre part, qu'en vue de faire l'économie d'une électrode comme il a été décrit en référence à la figure 3, le condensateur C peut également être formé par une unique plaque 54 par exemple constituant une armature disposée en vis à vis de la paroi interne 45 ou du fond 7, de manière à constituer la seconde armature par le carter 10 lui-même.
  • En prenant pour exemple le réfrigérant R22, la permittivité relative ε1 ou constante diélectrique de ce dernier à l'état liquide est d'environ trois (3) fois plus élevée que la permittivité relative ε2 de l'huile de lubrification, de sorte que le rapport ε1/ε2 correspond à la variation de capacité totale du condensateur C quand l'espace E entre les armatures 54, 55 est successivement rempli par le mélange huile-réfrigérant 13 contenant peu de réfrigérant et par le réfrigérant liquide 12; une telle variation de capacité étant très supérieure aux variations de capacité qui sont facilement détectables par des moyens classiques.
  • Dans l'exemple non limitatif décrit, le dispositif de détection et de commande 50 comporte un circuit oscillateur 60 ayant un circuit oscillant (non représenté) d'un type en lui-même classique dans lequel est inséré le condensateur C. Le circuit oscillateur 60 est relié à un générateur d'impulsion 61, et délivre à ce dernier un signal S1 sinusoïdal par exemple et de fréquence F liée à la valeur de la capacité C, à partir duquel le générateur d'impulsion 61 délivre un second signal S2 constitué par des impulsions (non représentées) de même largeur qui se succèdent à la fréquence F. Le signal S2 est appliqué à un dispositif intégrateur 63 qui lui-même délivre un troisième signal S3, correspondant à une tension (non représentée) dont l'amplitude varie avec la fréquence F. Le troisième signal S3 est appliqué par exemple à un comparateur à seuil 64, classique également et qui délivre par exemple un quatrième signal S4 ou bien un cinquième signal S5, selon que le diélectrique du condensateur C est constitué par le mélange huile-réfrigérant 13 ou par le réfrigérant liquide 12; ces quatrième et cinquième signaux S4, S5 étant appliqués à la centrale d'alarme 31 précédemment décrite. Cette dernière réalisation du dispositif de détection et de commande 50 est donnée à titre d'exemple non limitatif, la détection de la variation de capacité du condensateur C pouvant être réalisée par l'homme du métier, de différentes autres manières en elles-mêmes connues.
  • Il est à noter que l'invention réside principalement dans la position de l'espace E de détection qui doit être plus proche du fond 7 du carter que des orifices de prélèvement 9, comme représenté à la figure 2; les figures 1, 3 et 4 servent principalement à illustrer différents modes de réalisation des moyens 15 pour détecter la présence du fluide réfrigérant liquide.

Claims (9)

1. Motocompresseur hermétique (1) comportant une enceinte étanche (2) dans laquelle est contenu un ensemble motocompresseur (3), l'ensemble motocompresseur (3) comportant une pompe à huile (8), une partie inférieure de l'enceinte (2) formant un carter (10), la pompe à huile (8) ayant au moins un orifice de prélèvement (9) situé au-dessus et à une distance (D) donnée d'un fond (7) du carter (10), l'enceinte (2) contenant en outre une huile de lubrification et un fluide réfrigérant, caractérisé en ce que ledit motocompresseur (1) comporte en outre des moyens (15) pour détecter la présence du fluide réfrigérant sous forme de réfrigérant liquide (12) dans le carter (10), lesdits moyens (15) comportant au moins une paire d'électrodes (16,17) situées dans le carter (10), et reliées à un dispositif de détection et de commande (50) sensible à la présence du réfrigérant liquide (12) dans un espace (E) formé entre les deux électrodes (16, 17), ledit espace (E) étant formé à un niveau (N3, N4) compris entre l'orifice de prélèvement (9) et le fond (7) du carter (10), le niveau (N3) où est situé ledit espace (E) étant plus proche du fond (7) du carter que de l'orifice de prélèvement (9).
2. Motocompresseur hermétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le niveau (N4) où est situé ledit espace (E) est proche du fond (7) du carter (10).
3. Motocompresseur hermétique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de détection et de commande (50) comporte un détecteur (18) relié à la paire d'électrodes (16, 17), le détecteur (18) étant sensible à la résistivité électrique présentée par l'espace (E).
4. Motocompresseur hermétique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le détecteur (18) comporte un relais électromagnétique (23) disposé en série avec la paire d'électrodes (16, 17) et une source d'alimentation (28).
5. Motocompresseur hermétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la paire d'électrodes comporte une première électrode (16) montée dans le carter (10) et en ce que la seconde électrode est formée par une paroi interne (45) du carter (10).
6. Motocompresseur hermétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la paire d'électrodes constitue, de part et d'autre dudit espace (E), deux armatures (54, 55) d'un condensateur (C), et en ce que le dispositif de détection et de commande (50) est sensible à une variation de la capacité du condensateur (C).
7. Motocompresseur hermétique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de détection et de commande (50) comporte un oscillateur (59) relié au condensateur (C), l'oscillateur (59) délivrant un signal (S1) dont la fréquence varie avec la capacité du condensateur (C).
8. Motocompresseur hermétique selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la variation de capacité du condensateur (C) est provoquée par une variation de la permittivité relative (ε1, ε2) de son diélectrique (E).
9. Motocompresseur hermétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif de détection et de commande (50) comporte une centrale d'alarme (31).
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