WO2006125909A1 - Compresseur frigorifique a spirales - Google Patents

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WO2006125909A1
WO2006125909A1 PCT/FR2006/001176 FR2006001176W WO2006125909A1 WO 2006125909 A1 WO2006125909 A1 WO 2006125909A1 FR 2006001176 W FR2006001176 W FR 2006001176W WO 2006125909 A1 WO2006125909 A1 WO 2006125909A1
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compressor according
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Pierre Ginies
David Genevois
Alexandre Montchamp
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Danfoss Commercial Compressors
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    • Y10S418/01—Non-working fluid separation

Definitions

  • the present invention relates to a scroll compressor.
  • a scroll compressor also known as a Scroll compressor, comprises a tight enclosure delimited by a ferrule, containing a suction volume and a compression volume separated by a compression stage, and disposed respectively on the sides of the two ends of the compressor. the enclosure.
  • the ferrule includes a refrigerant gas inlet.
  • An electric motor is arranged in the suction volume, with a stator located on the outer side, mounted fixed relative to the shell, and a rotor disposed in a central position, integral with a drive shaft or crankshaft.
  • the drive shaft comprises an off-axis lubrication duct extending over the entire length thereof, fed from oil contained in a casing located in the lower part of the enclosure by an oil pump arranged at a first end of the tree.
  • the lubrication duct has lubrication holes at the various guide bearings of the shaft.
  • the compression stage contains a fixed volute equipped with a spiral engaged in a spiral of a moving volute, the two spirals delimiting at least one compression chamber of variable volume.
  • the second end of the drive shaft is equipped with an eccentric driving the moving volute in an orbital motion, to achieve the compression of the aspirated gas.
  • the refrigerant gas entering the compressor can be loaded with oil, this oil can come for example leaks bearings, licking the surface of the oil reserve by the gas, even if the speeds are relatively modest and particularly if the oil / refrigerant mixture contained in the oil reserve foam.
  • the motor is entirely mounted inside a tube which, fixed on the body separating the suction and compression volumes, serves to fix the motor.
  • the tube delimits on the one hand an annular volume with the shell and on the other hand a chamber containing the motor coil head and turned towards the compression volume.
  • a first opening is formed in the tube, between the body and the motor, to bring the gas arriving at the gas inlet in the shell, in the chamber containing the coil head.
  • a second opening is provided on the engine side opposite the compression volume to ensure the passage of gas from the inside of the tube to the annular volume between the tube and the ferrule.
  • gas arrives from the outside and penetrates directly into the chamber containing the motor coil head and flows towards the end of the ferrule opposite the compression volume.
  • the passage is in particular between the rotor and the stator, and also at the periphery of the stator, between the stator and the tube containing it.
  • the gas arriving from the housing side then passes through the second opening to flow into the annular volume between the tube and the ferrule.
  • a deflector is disposed opposite the second opening to change the direction and speed of the gas.
  • this system In order to operate, this system requires a sudden change of direction of the gas as well as an adjustment of the gas velocities to have an optimal separation of the oil / gas mixture.
  • this type of separator has reduced efficiency. Indeed, at high flow rate, because of the high speeds of the gases, the separation time of the oil and gas is strongly decreased, and oil particles can re-enter the gas stream after separation.
  • the present invention therefore aims to remedy these drawbacks.
  • the technical problem at the base of the invention is the production of a scroll-type refrigeration compressor which makes it possible to ensure efficient oil / gas separation under all operating conditions of the compressor.
  • an electric motor arranged on the suction side having a stator and delimiting with the ferrule an annular volume, and a rotor integral with a drive shaft, in the form of a crankshaft, a first end of which drives an oil pump feeding , from oil contained in a casing located in the lower part of the enclosure, a duct formed in the central part of the shaft, - the compression volume containing a fixed volute equipped with a spiral engaged in a spiral of a mobile volute, the two spirals delimiting at least one compression chamber of variable volume,
  • the second end of the drive shaft being equipped with a device driving the moving volute in an orbital motion, to achieve the compression of the aspirated gas, is characterized in that the stator is surrounded by an intermediate envelope delimiting d ' one, share an annular volume with the ferrule and secondly a chamber containing the motor coil head and turned on the side of the compression volume, the end of the intermediate casing turned on the side opposite the compression volume being located at the end of the stator turned on the opposite side to the compression volume or recessed from the latter, means being provided for bringing at least a portion of the gas arriving at the gas inlet in the shell, in the chamber containing the coil head.
  • the flow of gas on the engine is carried out as follows. At least a portion of the gas enters the chamber containing the motor coil head, and leaves, after its passage between the rotor and the stator, the side of the coil head located on the side opposite to the compression volume.
  • the gas flowing in contact with the engine loaded with lubricating oil promotes the return of this lubricating oil to the oil sump, and promotes cooling of the engine.
  • the gas flow diffuses into a large annular volume located between the oil sump and the coil head turned on the opposite side to the compression volume. Then, the flow of gas passes into the annular volume between the stator and the shell, and the annular volume between the shell and the chamber containing the coil head, before reaching the compression stage where it is sucked.
  • the droplets of lubricating oil circulating on the engine during their return to the housing allow to cool the engine and to evacuate the heat losses through the compressor housing. Because the oil is warmer, it contains less dissolved refrigerant and maintains better lubricity.
  • the suction overheating at the volutes is lowered, and because of the potential use of the bypass the total pressure loss between the suction connection and the suction of the volutes will be more low and beneficial for compressor performance.
  • the part of the engine located on the side of the compression volume is mounted inside a tube forming the intermediate envelope which, fixed on the body separating the suction volumes and compressor, is used for fixing the engine, an orifice being formed in the tube, between the body and the motor, to achieve the admission of refrigerant gas.
  • the body separating the suction and compression volumes comprises, on the engine side, a tubular extension forming the intermediate envelope and serving for housing and fixing an end of the motor, an orifice being formed in the tubular extension of the body, to achieve the admission of refrigerant gas.
  • the motor is fixed on the ferrule, and its upper part is coated with a cover forming the intermediate envelope in which is formed an orifice to achieve the admission of refrigerant gas.
  • the means for supplying refrigerant gas from the inlet orifice formed in the ferrule are constituted by a tubular sleeve connecting the orifices formed respectively in the ferrule and in the intermediate envelope delimiting the chamber containing the coil head.
  • the sleeve comprises a first tubular portion attached to the shell or the intermediate casing covering the end of the motor, and a second tubular portion slidably mounted on the previous one and subjected to the action of a spring pushing it towards the piece on which is not mounted the first tubular portion.
  • This arrangement makes it possible to take into account differential expansions between the various components, tolerances of the parts and the assembly process.
  • the means for supplying the refrigerant gas into the chamber containing the coil head comprise a bypass ensuring a direct passage of a portion of the gas flow in the annular volume between the engine. and the ferrule.
  • the bypass is adjusted so that the flow rate of gas passing through the engine corresponds to the flow rate necessary for cooling thereof and minimizes the pressure loss.
  • the body in the body is provided at least one opening placing in communication the chamber containing the head of the coil and the zone containing the bearings of the drive shaft, located on the side of the compression volume.
  • this compressor comprises control means for a drive by the variable speed motor.
  • the main axis of rotation of the drive shaft may be vertical, or inclined in a position between the horizontal and the vertical.
  • Figure 1 is a longitudinal sectional view of a first compressor.
  • Figure 2 is a cross sectional view of the electric motor and the tube which surrounds it.
  • Figure 3 is a longitudinal sectional view of a second compressor in which the body has an extension towards the motor.
  • Figure 4 is a longitudinal sectional view of a third compressor.
  • Figures 5 and 6 are two partial views, in section, of two modes of supply of the engine compartment using refrigerant.
  • FIG. 7 is a schematic view of another compressor.
  • the same elements are designated by the same references in the different embodiments.
  • Figure 1 depicts a scroll compressor with a vertical position.
  • the compressor according to the invention could occupy an inclined position, or a horizontal position, without its structure being modified.
  • the compressor shown in FIG. 1 comprises a sealed enclosure delimited by a shell 2 whose upper and lower ends are respectively closed by a cover 3 and a base 4.
  • the intermediate part of the compressor is occupied by a body 5 which delimits two volumes, a suction volume located below the body 5, and a compression volume disposed above it.
  • On the body is fixed a tube 6 inside which is mounted an electric motor comprising a stator 7 at the center of which is disposed a rotor 8.
  • the tube 6 is for example crimped on the stator so as to carry the motor.
  • the lower end of the tube 6 is located at the lower end of the stator 7.
  • an orifice 10 which is associated with a connector 12 to achieve the supply of gas to the compressor.
  • This connector 12 opens into an annular volume 13 formed between the shell 2 and the tube 6 containing the motor, at the top of the engine.
  • the connector 12 is extended, at the annular volume 13 by a sleeve 14 passing through this annular space and opening into a high chamber 11 defined by the tube 6, containing the motor coil head.
  • the sleeve 14 has a bypass opening 15.
  • the body 5 serves for mounting a compression stage 16 of the gas.
  • This compression stage comprises a fixed volute 17 equipped with a fixed spiral 18 facing downwards, and a mobile scroll 19 equipped with a spiral 20 facing upwards.
  • the two spirals 18 and 20 of the two volutes interpenetrate to provide compression chambers 22 of variable volume.
  • the admission of the gas is from outside, the compression chambers 22 having a variable volume which decreases from the outside towards the inside, during the movement of the mobile scroll 19 relative to the fixed scroll 17, the gas compressed escaping at the center of the scrolls through an opening 23 towards a chamber 24 from which it is discharged through a connector 25.
  • On the rotor 8 is wedged a shaft 26 whose upper end is offset in the manner of a crankshaft.
  • This upper part is engaged in a portion 27 in the form of a sleeve, which comprises the mobile volute 19.
  • the shaft 26 drives the moving volute which is guided via an element link 28 vis-à-vis the fixed scroll 17, in an orbital motion.
  • the shaft 26 is guided relative to the other parts by means of a lower bearing 29 formed in a centering piece 9 fixed on the shell 2, an intermediate bearing 30 formed in the body 5 and a bearing upper 32 formed between the shaft 26 and the sleeve 27.
  • the volume containing the upper bearing 32 communicates with the chamber 11 through openings 21 formed in the body 5.
  • the base 4 delimits a casing 31 containing oil, the oil level being marked by the reference 33.
  • the end of the intake duct of the pump 34 which supplies oil lubricating the various bearings, via a pipe 35 inclined relative to the axis of the shaft, opening into the end thereof located on the side of the mobile scroll 19, and through holes 36 at the bearings, to lubricate them.
  • the lubricating oil can return to the housing passing through the openings 21 formed in the body 5, as well as in interstices provided at the motor, allowing the leakage flow of the bearings 30,32 and movable scroll 19 to flow towards the engine to increase the oil flow therethrough.
  • the fat arrows represent the flow of gas and the fine arrows represent the oil flow.
  • the shaft 26 also comprises a return line 37 of the oil, parallel or inclined with respect to the axis of the shaft, one end of which can lead to the end of the shaft.
  • the shaft turned on the side of the mobile scroll and in the center of the shaft, and the other end opens into the peripheral wall of the shaft, in the lower part of the engine.
  • the return duct 37 communicates with the lubrication duct 35 by a number of transverse orifices 39 to improve the degassing of the oil supplying the bearings.
  • This compressor is as follows: refrigerant gas loaded with oil and potentially liquid particles arrives through the An important part of the flow of gas passes through the sleeve 14 in the volume defined by the tube 6, located above the engine. Another part of the flow passes the bypass duct 15 in the annular volume 13 to flow directly towards the compression stage 16.
  • the gas arriving in the volume above the engine is mixed with the lubricating oil which flows towards the lower bearing 29, in particular from the upper bearing 32 and the intermediate bearing 30.
  • the mixture of gas and lubricating oil flows through the engine downwards, evacuating the thermal losses of the motor.
  • This passage is made in particular by a space 43 situated between the rotor and the stator, as well as by spaces 44 situated between the stator and the tube 6, at the flat surfaces that the stator comprises, as shown in FIG.
  • Mixed fluid flowing through the engine arrives in the lower part of the engine where the oil flow of the lower bearing is added.
  • the gas-oil mixture is then diffused in a large annular volume 40 located between the centering piece 9 and the engine. Due to the changes of direction and differences in speed, the oil is separated from the gas flow and falls back into the casing 31.
  • the gas flow then travels through the annular volume 13 to the compression stage 16. The separation of the gas and oil continues during the journey in the annular volume due to gravity and / or controlled gas velocities and a suitable separation time.
  • FIG. 3 represents an alternative embodiment of the compressor of FIG. 1 in which the same elements are designated by the same references as previously.
  • the motor is not fixed on a tube.
  • the body 5 comprises a tubular extension 45 downwards, which encloses the upper part of the engine, serving for the attachment thereof, and which has an orifice 46 for gas admission via a cuff 14.
  • the motor is not fixed on the body 5, but directly on the shell 2 by means of a flange 47 surrounding the stator, connected by tabs 48 to the ferrule 2.
  • the upper part of the motor is covered by a cover 49 defining the chamber 11, which is supplied with refrigerant gas from a sleeve 14 through an orifice 50.
  • the cover 49 may advantageously form a manifold 49a for the lubricating oil from the upper bearings of the crankshaft and passes the oil between the shaft and the center of the hood 49b, the lubricating oil being mixed with the refrigerant gas in the volume defined by the hood.
  • Figures 5 and 6 show two embodiments of the gas supply sleeve of the chamber 11 containing the motor coil head.
  • the motor is shown schematically and designated by the references 7, 8.
  • Figures 5 and 6 show the sleeve in the case of the equipment of the device of Figures 1 and 2, knowing that this arrangement could be transposed to the Embodiments of Figures 3 and 4.
  • the sleeve 14 comprises a tubular portion 14a fixed to the tube 6, on which is slidably mounted a tubular portion 14b subjected to the action of a spring 52 for pressing against the wall of the ferrule 2.
  • FIG. 6 is a reverse arrangement, in this case the tubular portion 14a is integral with the shell 2 and serves to guide the portion 14b which under the action of the spring 52 bears against the outer wall of the tube 6.
  • FIG. 7 represents an alternative embodiment of the compressor according to the invention, in which the main axis of rotation of the drive shaft is substantially horizontal. It follows from this position that the pump 34 does not dive directly into the oil bath, but is equipped with a suction tube 54 immersed in the oil, and that the discharge tube 25 is disposed in the center of the lid 3.
  • the invention is not limited to the embodiments of this compressor, described above as examples, it encompasses, on the contrary, all variants.
  • the compressor may not be vertical, but inclined, without departing from the scope of the invention.

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Abstract

Compresseur frigorifique à spirales, comprenant une enceinte étanche délimitée par une virole (2) et contenant un volume d'aspiration et un volume de compression, un moteur électrique disposé du côté de l'aspiration ayant un stator (7) et un rotor (8), solidaire d'un arbre d'entraînement (26). Le stator (7) est entouré par une enveloppe intermédiaire (6) délimitant d'une part un volume annulaire (13) avec la virole mobile (2) du compresseur et d'autre part une chambre (11) contenant la tête de bobine du moteur et tournée du côté du volume de compression, l'extrémité de l'enveloppe intermédiaire tournée du côté opposé au volume de compression étant située au niveau de l'extrémité du stator tournée du côté opposé au volume de compression ou en retrait de cette dernière, des moyens (14) étant prévus pour amener au moins une partie du gaz arrivant à l'entrée de gaz ménagée dans la virole, dans la chambre (11) contenant la tête de bobine.

Description

Compresseur frigorifique à spirales
La présente invention a pour objet un compresseur frigorifique à spirales.
Un compresseur à spirales, encore connu sous le terme de compresseur Scroll, comprend une enceinte étanche délimitée par une virole, contenant un volume d'aspiration et un volume de compression séparés par un étage de compression, et disposés respectivement des côtés des deux extrémités de l'enceinte. La virole comprend une entrée de gaz frigorigène.
Un moteur électrique est disposé dans le volume d'aspiration, avec un stator situé du côté extérieur, monté fixe par rapport à la virole, et un rotor disposé en position centrale, solidaire d'un arbre d'entraînement ou vilebrequin. L'arbre d'entraînement comporte un conduit de lubrification désaxé s'étendant sur toute la longueur de celui-ci, alimenté à partir d'huile contenue dans un carter situé dans la partie inférieure de l'enceinte par une pompe à huile disposée à une première extrémité de l'arbre. Le conduit de lubrification comporte des orifices de lubrification au niveau des différents paliers de guidage de l'arbre.
L'étage de compression contient une volute fixe équipée d'une spirale engagée dans une spirale d'une volute mobile, les deux spirales délimitant au moins une chambre de compression de volume variable. La seconde extrémité de l'arbre d'entraînement est équipée d'un excentrique entraînant la volute mobile suivant un mouvement orbital, pour réaliser la compression du gaz aspiré.
Selon les configurations internes d'écoulement de ce type de compresseur, le gaz frigorigène entrant dans le compresseur peut se charger en huile, cette huile peut provenir par exemple des fuites des paliers, du léchage de la surface de la réserve d'huile par le gaz, même si les vitesses sont relativement modestes et en particulier si le mélange huile/réfrigérant contenu dans la réserve d'huile mousse.
Selon les conditons de fonctionnement de ce type de compresseur, le taux d'huile dans le gaz frigorigène sortant du compresseur peut devenir excessif. La conséquence directe de ce taux excessif d'huile dans le gaz est une perte d'efficacité de l'échange thermique des échangeurs situés en aval du compresseur, compte tenu du fait que les gouttelettes d'huile contenues dans le gaz ont tendance à se déposer sur les échangeurs et à former une couche d'huile sur ces derniers. De plus, un taux excessif d'huile dans le gaz peut également entraîner un vidage de la réserve d'huile du carter, ce qui pourrait conduire à la destruction du compresseur.
Pour palier ces différentes situations, des solutions de séparation du mélange huile/gaz existent.
Une solution existante de séparation du mélange huile/gaz est décrite dans le document US 2004/0126261.
Selon ce document, le moteur est entièrement monté à l'intérieur d'un tube qui, fixé sur le corps séparant les volumes d'aspiration et de compression, sert à la fixation du moteur. Le tube délimite d'une part un volume annulaire avec la virole et d'autre part une chambre contenant la tête de bobine du moteur et tournée du côté du volume de compression. Une première ouverture est ménagée dans le tube, entre le corps et le moteur, pour amener le gaz arrivant à l'entrée de gaz ménagée dans la virole, dans la chambre contenant la tête de bobine. Une seconde ouverture est ménagée du côté moteur opposé au volume de compression pour assurer le passage du gaz de l'intérieur du tube vers le volume annulaire compris entre le tube et la virole.
D'un point de vue pratique, du gaz arrive de l'extérieur et pénètre directement dans la chambre contenant la tête de bobine du moteur et s'écoule en direction de l'extrémité de la virole opposée au volume de compression. Le passage se fait notamment entre le rotor et le stator, et également en périphérie du stator, entre le stator et le tube contenant celui-ci. Le gaz arrivant du côté du carter passe ensuite à travers la seconde ouverture pour s'écouler dans le volume annulaire compris entre le tube et la virole. Un déflecteur est disposé en regard de la seconde ouverture afin de modifier la direction et la vitesse du gaz. Ces modifications de direction et de vitesse du gaz provoquent la séparation du mélange huile-gaz, le gaz s'écoulant en direction de l'étage de compression où il est aspiré et l'huile s'écoulant par gravité en direction du carter d'huile.
Pour pouvoir fonctionner, ce système nécessite un changement brusque de direction du gaz ainsi qu'un ajustage au niveau des vitesses de gaz pour avoir une séparation optimale du mélange huile/gaz.
Par conséquent, dans un fonctionnement en capacité variable, ce type de séparateur a une efficacité réduite. En effet, à fort débit, du fait des vitesses élevées des gaz, le temps de séparation de l'huile et du gaz est fortement diminué, et des particules d'huiles peuvent réintégrer le flux de gaz après séparation.
De plus, le passage du mélange gaz/huile par la ou les ouvertures de sortie du tube entraîne une augmentation locale de la vitesse d'écoulement du mélange huile/gaz, ce qui nuit à la séparation du mélange.
Il doit être noté que le contrepoids inférieur du moteur crée des turbulences dans la partie inférieure du tube, ces turbulences réduisant l'efficacité de la séparation du mélange huile/gaz.
La présente invention vise donc à remédier à ces inconvénients. Le problème technique à la base de l'invention est la réalisation d'un compresseur frigorifique à spirales permettant d'assurer une séparation huile/gaz efficace dans toutes les conditions de fonctionnement du compresseur.
A cet effet, dans le compresseur qu'elle concerne, comprenant : - une enceinte étanche délimitée par une virole et contenant un volume d'aspiration et un volume de compression disposés respectivement du côté des deux extrémités de l'enceinte de part et d'autre d'un corps, la virole comprenant une entrée de gaz frigorigène,
- un moteur électrique disposé du côté de l'aspiration ayant un stator et délimitant avec la virole un volume annulaire, et un rotor solidaire d'un arbre d'entraînement, en forme de vilebrequin, dont une première extrémité entraîne une pompe à huile alimentant, à partir d'huile contenue dans un carter situé dans la partie inférieure de l'enceinte, un conduit ménagé dans la partie centrale de l'arbre, - le volume de compression contenant une volute fixe équipée d'une spirale engagée dans une spirale d'une volute mobile, les deux spirales délimitant au moins une chambre de compression de volume variable,
- la seconde extrémité de l'arbre d'entraînement étant équipée d'un dispositif entraînant la volute mobile suivant un mouvement orbital, pour réaliser la compression du gaz aspiré, est caractérisé en ce que le stator est entouré par une enveloppe intermédiaire délimitant d'une, part un volume annulaire avec la virole et d'autre part une chambre contenant la tête de bobine du moteur et tournée du côté du volume de compression, l'extrémité de l'enveloppe intermédiaire tournée du côté opposé au volume de compression étant située au niveau de l'extrémité du stator tournée du côté opposé au volume de compression ou en retrait de cette dernière, des moyens étant prévus pour amener au moins une partie du gaz arrivant à l'entrée de gaz ménagée dans la virole, dans la chambre contenant la tête de bobine.
La circulation du gaz sur le moteur s'effectue de la manière suivante. Une partie au moins du gaz pénètre dans la chambre contenant la tête de bobine du moteur, et ressort, après son passage entre le rotor et le stator, du côté de la tête de bobine située du côté opposé au volume de compression. Le gaz s'écoulant au contact du moteur chargé en huile de lubrification, favorise le retour de cette huile de lubrification au carter d'huile, et favorise le refroidissement du moteur. Ensuite, l'écoulement de gaz se diffuse dans un volume annulaire important situé entre le carter d'huile et la tête de bobine tournée du côté opposé au volume de compression. Puis, l'écoulement de gaz passe dans le volume annulaire compris entre le stator et la virole, et le volume annulaire compris entre la virole et la chambre contenant la tête de bobine, avant de gagner l'étage de compression où il est aspiré.
Durant la circulation du gaz dans l'entrefer du moteur, ce dernier s'écoule dans un volume réduit qui a pour effet d'augmenter la vitesse d'écoulement du gaz. Ensuite, lorsque le gaz ressort de l'entrefer du moteur, ce dernier se diffuse soudainement dans un volume annulaire très important. Cette modification soudaine de la section d'écoulement du gaz a pour conséquence une forte réduction de la vitesse d'écoulement du gaz.
En outre, la diffusion du gaz dans le volume annulaire situé entre le carter d'huile et le côté moteur opposé au volume de compression entraîne également une modification de la direction d'écoulement du gaz. Ces modifications de vitesse et de direction provoquent une séparation efficace du mélange huile-gaz, le gaz s'écoulant en direction de l'étage de compression et l'huile s'écoulant par gravité dans la direction de la réserve d'huile.
De plus, du fait de l'importance du volume annulaire situé entre le carter d'huile et le côté moteur opposé au volume de compression, les vitesses atteintes par le gaz sortant du moteur resteront faibles même lors de l'utilisation du compresseur en capacité variable. Ceci permet donc de garder une séparation huile-gaz efficace dans toutes les conditions de fonctionnement du compresseur. II doit être noté que le gaz évacuant les pertes thermiques du moteur, va réchauffer la virole lors de son déplacement dans l'espace annulaire. Une partie des pertes thermiques du moteur peut ainsi être évacuée directement à l'extérieur du compresseur, et diminuer la surchauffe à l'aspiration des volutes qui réduit les performances du compresseur.
Enfin, les gouttelettes d'huile de lubrification circulant sur le moteur au cours de leur retour dans le carter permettent de refroidir le moteur et d'évacuer les pertes thermiques par le carter du compresseur. L'huile étant plus chaude, elle contient moins de fluide frigorigène dissous et conserve un meilleur pouvoir lubrifiant.
De façon générale, la surchauffe à l'aspiration au niveau des volutes se trouve abaissée, et du fait de l'utilisation potentielle du by-pass la perte de pression totale entre le raccord d'aspiration et à l'aspiration des volutes sera plus faible et bénéfique pour le rendement du compresseur.
Suivant une première forme d'exécution de ce compresseur, la partie du moteur située du côté du volume de compression est montée à l'intérieur d'un tube formant l'enveloppe intermédiaire qui, fixé sur le corps séparant les volumes d'aspiration et de compression, sert à la fixation du moteur, un orifice étant ménagé dans le tube, entre le corps et le moteur, pour réaliser l'admission de gaz frigorigène.
Suivant une autre forme d'exécution de ce compresseur, le corps séparant les volumes d'aspiration et de compression comporte, du côté du moteur, un prolongement tubulaire formant l'enveloppe intermédiaire et servant au logement et à la fixation d'une extrémité du moteur, un orifice étant ménagé dans le prolongement tubulaire du corps, pour réaliser l'admission de gaz frigorigène. Suivant une troisième forme d'exécution de ce compresseur, le moteur est fixé sur la virole, et sa partie supérieure est revêtue d'un capot formant l'enveloppe intermédiaire dans lequel est ménagé un orifice pour réaliser l'admission de gaz frigorigène.
Suivant une caractéristique de l'invention, les moyens d'amenée de gaz frigorigène à partir de l'orifice d'entrée ménagé dans la virole sont constitués par une manchette tubulaire reliant les orifices ménagés respectivement dans la virole et dans l'enveloppe intermédiaire délimitant la chambre contenant la tête de la bobine.
Avantageusement, la manchette comporte une première partie tubulaire fixée sur la virole ou sur l'enveloppe intermédiaire recouvrant l'extrémité du moteur, et une seconde partie tubulaire montée coulissante sur la précédente et soumise à l'action d'un ressort la poussant en direction de la pièce sur laquelle n'est pas montée la première partie tubulaire.
Cet agencement permet de tenir compte de dilatations différentielles entre les différents composants, des tolérances des pièces et du procédé d'assemblage.
Suivant une caractéristique de l'invention, les moyens d'amenée du gaz frigorigène dans la chambre contenant la tête de la bobine comprennent un by-pass assurant un passage direct d'une partie du débit de gaz dans le volume annulaire compris entre le moteur et la virole. De plus, le by-pass est ajusté afin que le débit de gaz passant à travers le moteur corresponde au débit nécessaire au refroidissement de celui- ci et minimise la perte de pression.
Suivant une caractéristique de l'invention, dans le corps est ménagée au moins une ouverture mettant en communication la chambre contenant la tête de la bobine et la zone contenant les paliers de l'arbre d'entraînement, situés du côté du volume de compression.
Avantageusement, ce compresseur comprend des moyens de commande pour un entraînement par le moteur à vitesse variable.
L'axe principal de rotation de l'arbre d'entraînement peut être vertical, ou incliné dans une position comprise entre l'horizontale et la verticale.
De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, 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. Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un premier compresseur.
Figure 2 est une vue en coupe transversale du moteur électrique et du tube qui l'entoure.
Figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un second compresseur dans lequel le corps possède un prolongement en direction du moteur.
Figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un troisième compresseur.
Figures 5 et 6 sont deux vues partielles, en coupe, de deux modes d'alimentation du compartiment moteur à l'aide de fluide frigorigène.
Figure 7 est une vue schématique d'un autre compresseur. 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 spirales 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.
Le compresseur représenté à la figure 1 comprend une enceinte étanche délimitée par une virole 2 dont les extrémités supérieures et inférieures sont fermées respectivement par un couvercle 3 et une embase 4. La partie intermédiaire du compresseur est occupée par un corps 5 qui délimite deux volumes, un volume d'aspiration situé en dessous du corps 5, et un volume de compression disposé au-dessus de celui-ci. Sur le corps est fixé un tube 6 à l'intérieur duquel est monté un moteur électrique comprenant un stator 7 au centre duquel est disposé un rotor 8. Le tube 6 est par exemple serti sur le stator de façon à porter le moteur. L'extrémité inférieure du tube 6 est située au niveau de l'extrémité inférieure du stator 7.
Dans la virole 2 est ménagé un orifice 10 auquel est associé un raccord 12 pour réaliser l'amenée de gaz au compresseur. Ce raccord 12 débouche dans un volume annulaire 13 ménagé entre la virole 2 et le tube 6 contenant le moteur, en partie haute du moteur.
Le raccord 12 est prolongé, au niveau du volume annulaire 13 par une manchette 14 traversant cet espace annulaire et débouchant dans une chambre haute 11 délimitée par le tube 6, contenant la tête de bobine du moteur. Dans le volume annulaire 13, la manchette 14 présente une ouverture de by-pass 15.
Le corps 5 sert au montage d'un étage de compression 16 du gaz. Cet étage de compression comprend une volute fixé 17 équipée d'une spirale fixe 18 tournée vers le bas, et une volute mobile 19 équipée d'une spirale 20 tournée vers le haut. Les deux spirales 18 et 20 des deux volutes s'interpénétrent pour ménager des chambres de compression 22 à volume variable. L'admission du gaz se fait depuis l'extérieur, les chambres de compression 22 ayant un volume variable qui diminue de l'extérieur vers l'intérieur, lors du mouvement de la volute mobile 19 par rapport à la volute fixe 17, le gaz comprimé s'échappant au centre des volutes par une ouverture 23 en direction d'une chambre 24 à partir de laquelle il est évacué par un raccord 25. Sur le rotor 8 est calé un arbre 26 dont l'extrémité supérieure est désaxée à la façon d'un vilebrequin. Cette partie supérieure est engagée dans une partie 27 en forme de manchon, que comporte la volute mobile 19. Lors de son entraînement en rotation par le moteur, l'arbre 26 entraîne la volute mobile qui est guidée par l'intermédiaire d'un élément de liaison 28 vis-à-vis de la volute fixe 17, suivant un mouvement orbital.
L'arbre 26 est guidé par rapport aux autres pièces par l'intermédiaire d'un palier inférieur 29 ménagé dans une pièce de centrage 9 fixée sur la virole 2, d'un palier intermédiaire 30 ménagé dans le corps 5 et d'un palier supérieur 32 ménagé entre l'arbre 26 et le manchon 27. Le volume contenant le palier supérieur 32 communique avec la chambre 11 par des ouvertures 21 ménagées dans le corps 5.
L'embase 4 délimite un carter 31 contenant de l'huile, le niveau d'huile étant repéré par la référence 33. Dans le bain d'huile baigne l'extrémité du conduit d'admission de la pompe 34, qui alimente en huile de lubrification les différents paliers, par l'intermédiaire d'un conduit 35 incliné par rapport à l'axe de l'arbre, débouchant dans l'extrémité de celui-ci situé du côté de la volute mobile 19, ainsi que par des orifices 36 au niveau des paliers, pour réaliser le graissage de ceux-ci. Dans la partie haute, l'huile de graissage peut retourner vers le carter en passant à travers les ouvertures 21 ménagées dans le corps 5, ainsi que dans des interstices ménagés au niveau du moteur, permettant au débit de fuite des paliers 30,32 et de la volute mobile 19 de s'écouler en direction du moteur afin d'augmenter le débit d'huile le traversant.
A la figure 1 , les flèches grasses représentent l'écoulement de gaz et les flèches fines représentent l'écoulement d'huile.
Dans la forme d'exécution représentée au dessin, l'arbre 26 comprend également un conduit de retour 37 de l'huile, parallèle ou incliné par rapport à l'axe de l'arbre, dont une extrémité peut déboucher à l'extrémité de l'arbre tournée du côté de la volute mobile et au centre de l'arbre, et dont l'autre extrémité débouche dans la paroi périphérique de l'arbre, dans la partie inférieure du moteur.
Avantageusement, le conduit de retour 37 communique avec le conduit de lubrification 35 par un certain nombre d'orifices transversaux 39 pour améliorer le dégazage de l'huile alimentant les paliers. Le fonctionnement de ce compresseur est le suivant : du gaz frigorigène chargé en huile et potentiellement en particules liquides arrive par le raccord 12. Une partie importante du flux de gaz passe par l'intermédiaire de la manchette 14 dans le volume délimité par le tube 6, se trouvant au-dessus du moteur. Une autre partie du flux passe le conduit de by-pass 15 dans le volume annulaire 13 pour s'écouler directement en direction de l'étage de compression 16. Le gaz arrivant dans le volume situé au-dessus du moteur vient se mélanger à l'huile de lubrification qui s'écoule en direction du palier inférieur 29, notamment à partir du palier supérieur 32 et du palier intermédiaire 30. Le mélange de gaz et d'huile de lubrification circule au travers du moteur vers le bas, en évacuant les pertes thermiques du moteur. Ce passage se fait notamment par un espace 43 situé entre le rotor et le stator, ainsi que par des espaces 44 situés entre le stator et le tube 6, au niveau de méplats que comporte le stator, comme montré à la figure 2. Le flux mélangé s'écoulant au travers du moteur arrive dans la partie inférieure du moteur où s'ajoute l'écoulement de l'huile du palier inférieur. Le mélange gaz-huile se diffuse alors dans un volume annulaire 40 important situé entre la pièce de centrage 9 et le moteur. En raison des changements de direction et des différences de vitesse, l'huile est séparée du flux gazeux et retombe dans le carter 31. Le flux gazeux chemine alors par le volume annulaire 13 vers l'étage de compression 16. La séparation du gaz et de l'huile se poursuit pendant le trajet dans le volume annulaire en raison de la gravité et/ou des vitesses de gaz contrôlées et d'un temps de séparation adapté.
Le fait de disposer d'un conduit 37 de retour d'huile permet d'évacuer un débit d'huile important, tout en étant assuré du retour de celui-ci vers le carter, quel que soit le débit apporté par la pompe et la vitesse de rotation. Le fait de disposer d'un débit de retour d'huile de lubrification important est également un facteur favorable pour réaliser le refroidissement de la partie inférieure du moteur.
La possibilité d'augmenter le débit d'huile traversant le moteur par le débit d'huile via les ouvertures 21 permet une amélioration du refroidissement de celui-ci.
Avec cette structure, et comme indiqué précédemment, la surchauffe du gaz frigorigène à l'aspiration des volutes se trouve abaissé et la perte de pression réduite. Cette structure se prête donc particulièrement à la réalisation de compresseurs a haute efficacité pour la réfrigération, l'air conditionné et la vitesse variable. La figure 3 représente une variante d'exécution du compresseur de figure 1 dans lequel les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment. Dans ce compresseur, le moteur n'est pas fixé sur un tube. Dans ce cas, le corps 5 comporte un prolongement tubulaire 45 vers le bas, qui enserre la partie supérieure du moteur, servant à la fixation de celui-ci, et qui comporte un orifice 46 d'admission de gaz par l'intermédiaire d'une manchette 14.
Dans la forme d'exécution représentée à la figure 4, le moteur n'est pas fixé sur le corps 5, mais directement sur la virole 2 par l'intermédiaire d'une collerette 47 ceinturant le stator, reliée par des pattes 48 à la virole 2. Dans un tel cas, la partie supérieure du moteur est recouverte par un capot 49 délimitant la chambre 11 , qui est alimentée en gaz frigorigène à partir d'une manchette 14 par un orifice 50. Un espace 15a ménagé entre la manchette 14 et l'orifice 50 du capot 49, forme by-pass, assurant le passage d'une partie du débit de fluide admis directement dans l'espace annulaire 13. Dans ce cas, le capot 49 peut former avantageusement un collecteur 49a pour l'huile de lubrification provenant des paliers supérieurs du vilebrequin et laisse passer l'huile entre l'arbre et le centre du capot 49b, cette huile de lubrification venant se mélanger au gaz frigorigène dans le volume délimité par le capot. Les figures 5 et 6 représentent deux formes de réalisation de la manchette d'alimentation en gaz de la chambre 11 contenant la tête de bobine du moteur. Aux figures 5 et 6, le moteur est schématisé et désigné par les références 7, 8. Les figures 5 et 6 représentent la manchette dans le cas de l'équipement du dispositif de figures 1 et 2, sachant que cet agencement pourrait être transposé aux formes d'exécution des figures 3 et 4. Dans le cas de la figure 5, la manchette 14 comprend une partie tubulaire 14a fixée sur le tube 6, sur laquelle est montée coulissante une partie tubulaire 14b soumise à l'action d'un ressort 52 destiné à la plaquer contre la paroi de la virole 2.
La figure 6 est un agencement inverse, dans ce cas, la partie tubulaire 14a est solidaire de la virole 2 et sert au guidage de la partie 14b qui sous l'action du ressort 52 vient prendre appui contre la paroi extérieur du tube 6.
La figure 7 représente une variante d'exécution du compresseur selon l'invention, dans lequel l'axe principal de rotation de l'arbre d'entraînement est sensiblement horizontal. II résulte de cette position que la pompe 34 ne plonge pas directement dans le bain d'huile, mais est équipée d'un tube d'aspiration 54 plongeant dans l'huile, et que le tube de refoulement 25 est disposé au centre du couvercle 3.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce compresseur, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire, toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi, notamment, que le compresseur pourrait ne pas être vertical, mais incliné, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Compresseur frigorifique à spirales, comprenant :
- une enceinte étanche délimitée par une virole (2) et contenant un volume d'aspiration et un volume de compression disposés respectivement du côté des deux extrémités de l'enceinte de part et d'autre d'un corps (5), la virole comprenant une entrée (10) de gaz frigorigène,
- un moteur électrique disposé du côté de l'aspiration ayant un stator (7) et délimitant avec la virole (2) un volume annulaire, et un rotor (8) solidaire d'un arbre d'entraînement (26), en forme de vilebrequin, dont une première extrémité entraîne une pompe à huile alimentant, à partir d'huile contenue dans un carter situé dans la partie inférieure de l'enceinte, un conduit ménagé dans la partie centrale de l'arbre,
- le volume de compression contenant une volute fixe (17) équipée d'une spirale (18) engagée dans une spirale (20) d'une volute mobile
(19), les deux spirales (18, 20) délimitant au moins une chambre de compression (22) de volume variable,
- la seconde extrémité de l'arbre d'entraînement (26) étant équipée d'un dispositif entraînant la volute mobile (19) suivant un mouvement orbital, pour réaliser la compression du gaz aspiré, caractérisé en ce que le stator (7) est entouré par une enveloppe intermédiaire (6, 45, 49) délimitant d'une part un volume annulaire (13) avec la virole (2) et d'autre part une chambre (11) contenant la tête de bobine du moteur et tournée du côté du volume de compression, l'extrémité de l'enveloppe intermédiaire tournée du côté opposé au volume de compression étant située au niveau de l'extrémité du stator tournée du côté opposé au volume de compression ou en retrait de cette dernière, des moyens (14) étant prévus pour amener au moins une partie du gaz arrivant à l'entrée de gaz ménagée dans la virole, dans la chambre (11) contenant la tête de bobine. 2 - Compresseur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la partie du moteur située du côté du volume de compression est montée à l'intérieur d'un tube (6) formant l'enveloppe intermédiaire qui, fixé sur le corps séparant les volumes d'aspiration et de compression, sert à la fixation du moteur, un orifice étant ménagé dans le tube (6), entre le corps (5) et le moteur, pour réaliser l'admission de gaz frigorigène. 3 - Compresseur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le corps (5) séparant les volumes d'aspiration et de compression comporte, du côté du moteur (7, 8), un prolongement tubulaire (45) formant l'enveloppe intermédiaire et servant au logement et à la fixation d'une extrémité du moteur, un orifice (46) étant ménagé dans le prolongement tubulaire du corps, pour réaliser l'admission de gaz frigorigène.
4 - Compresseur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le moteur (7, 8) est fixé sur la virole (2), et sa partie supérieure est revêtue d'un capot (49) formant l'enveloppe intermédiaire dans lequel est ménagé un orifice (50) pour réaliser l'admission de gaz frigorigène.
5 - Compresseur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'amenée de gaz frigorigène à partir de l'orifice d'entrée (10) ménagé dans la virole (2) sont constitués par une manchette tubulaire (14) reliant les orifices ménagés respectivement dans la virole (2) et dans l'enveloppe intermédiaire (6, 45, 49) délimitant la chambre (11) contenant la tête de la bobine.
6 - Compresseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la manchette (14) comporte une première partie tubulaire (14a) fixée sur la virole (2) ou sur l'enveloppe intermédiaire (6, 45, 49) recouvrant la tête de la bobine du moteur, et une seconde partie tubulaire (14b) montée coulissante sur la précédente et soumise à l'action d'un ressort (52) la poussant en direction de la pièce sur laquelle n'est pas montée la première partie tubulaire.
7 - Compresseur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens (14) d'amenée du gaz frigorigène dans la chambre (11) contenant la tête de la bobine comprennent un by-pass (15) assurant un passage direct d'une partie du débit de gaz dans le volume annulaire (13) compris entre le moteur (7, 8) et la virole (2).
8 - Compresseur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce, dans le corps (5) est ménagée au moins une ouverture (21) mettant en communication la chambre (11) contenant la tête de la bobine et la zone contenant les paliers de l'arbre d'entraînement (26), situés du côté du volume de compression.
9 - Compresseur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande pour un entraînement par le moteur à vitesse variable. 10 - Compresseur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'axe principal de rotation de l'arbre d'entraînement (26) est sensiblement vertical.
11 - Compresseur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'axe principal de rotation de l'arbre d'entraînement (26) est sensiblement horizontal.
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