Brevet FR2024317A1 — publié le 19700828

La présente invention est relative à un procédé pour éliminer le lubrifiant pour le compresseur à partir d'un mélange lubrifiant-frigorigène venant d'évaporateurs débordés et pour assurer le retour continu et automatique de ce lubrifiant, parvenu dans le frigorigène, vers le compresseur d'une installation frigorifique. Invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans de tels systèmes il faut que le lubrifiant, qui arrive continuellement dans l'évaporateur, venant du compresseur'lubrifié - lubrifiant qui, en cas de grandes accumulations d'huile dans l'évaporateur, doit conduire immanquablement à une défail- lance de toute ltinstallation - soit ramené, après avoir été débarrassé autant que possible du frigorigène, au circuit de lubrifiant du compresseur, de façon que le niveau du lubrifiant pour le compresseur soit toujours constant dans le collecteur qui lui est affecté et que, de plus, une teneur, une fois re- glée du lubrifiant dans le frigorigène soit maintenue. Pour satisfaire à cette condition, il est connu d'introduire dans le conduit d'aspiration du compresseur le mélange liquide lubrifiant-frigorigène évacué à partir de l'évaporateur débordé, d'évaporer dans une grande mesure la fraction frigorigène dans un échangeur thermique, de préférence chauffé par le frigorigène liquide, branché en aval de 11 évaporateur et faisant partie de la canalisation d'aspiration et d'acheminer le lubrifiant, ainsi débarrassé dans une grande mesure du frigorigène, à partir du courant de vapeur de frigorigène aspirée, à travers le conduit d'aspiration, vers un séparateur prévu en amont du compresseur et dans lequel a lieu la séparation entre la vapeur du frigorigène et le lubrifiant liquide (demande de brevet pu biliée en Allemagne (République Fédérale) le 28 décembre 1962 sous le N 1.227.036 au nom de DANFOSS A/S, pour " Installation de froid avec séparateur "). On a en outre proposé - pour permettre dt'évaporer le le fri- gorigène à partir du mélange liquide lubrifiant-frigorigène, une solution consistant à acheminer ce mélange à travers un échangeur thermique spécial, pour évaporer la fraction frigorigène, le chauffage de cet échangeur thermique étant assuré par le frigorigène liquide (brevet allemand du 6 décembre 1950 N 829.169) ou à l'état de vapeur (brevet allemand du 12 avril 1943 N 834.854) ou par n'importe quels autres agents thermiques li quines (brevet allemand du 13 février 1958 N 1.057.621) ou à l'état de vapeur (suivant les exposés du déposant et d'entreprises concurrentes) ou par voie électrique (suivant les exposés du déposant et des entreprises concurrentes), le lubrifiant débarrassé dans une grande mesure du frigorigène étant acheminé, ensemble avec la vapeur du frigorigène engendrée, à travers le conduit d'aspiration du compresseur, à partir du courant de vapeur de frigorigène aspirée, vers le compresseur (brevet allemand N 829.169 précité), ou bien le lubrifiant liquide et la vapeur dé frigorigène se séparent, le recyclage du lubrifiant au compres seur steffectzant à à travers une canalisation spéciale (brevets allemands Nes 834.854 et 1.057.621 précités et brevet allemand du 7 février 1952 N0930.392). Toutefois, dans toutes les réa- lisations connués, il-y a lieu de veiller, par des mesures particulières, à ce que du frigorigène liquide ne parvienne, ensemble avec le lubrifiant, dans le circuit de lubrifiant du compresseur. Dans le cas d'un débit non contrôlé du mélange lubrifiantfrigorigène, ce but peut être atteint grâce à ltemploi de surfaces d'échange thermique de très grandes dimensions et à l'apport simultané, pour tous les régimes, d'une chaleur suffisante. Lorsque la quantité de chaleur disponible pour l'évaporation du frigorigène à partir du mélange liquide lubrifiant-frigorigène dépend de la puissance frigorifique instantanée de l'installation frigorifique - par exemple, lors du chauffage par le frigorigène liquide venant du condenseur - on doit régler le débit du mélange lubrifiant-frigorigène de telle manière que l'échangeur thermique reçoive,ensemble avec le mélange lubrifiant-frigorigène, juste la quantité de frigorigène liquide qui peut être évaporée en tenant compte de l'apport de chaleur. Ce réglage s'effectue souvent d'une manière automatique, la grandeur réglée étant constituée soit par la température de surchauffe de la vapeur de frigorigène aspire, soit par celle du lubrifiant, l'une et l'autre étant mesurées en aval de. l'échangeur thermique.D'une manière générale, ce réglage quantitatif ne permet pas de faire en sorte que, dans tous les régimes du compresseur, la quantité de lubrifiant fournie à celui-ci soit égale à celle évacuée du compresseur par la canalisation de refoulement de gaz. Par suite, la fraction lubrifiant varie dans la charge de frigorigène de l'évaporateur et il se produit des variations indésirables de la charge de lubrifiant dans le compresseur, variations dont la prévention exige dans certaines conditions des réservoirs à lubrifiant supplémentaires.Lorsque le recyclage du lubrifiant se fait par le conduit d'aspiration, on doit prendre certaines dispositions - comme, par exemple, l'adoption de sections déterminées, la subdivision du conduit dtaspiration en plusieurs branches parallèles, etc. - afin d'assurer un acheminement sar du lubrifiant à toutes les vitesses de vapeur pouvant se présenter. Des problèmes particuliers se présentent lorsque le lubrifiant dst transporté par une conduite d'aspiration commune et doit ensuite store réparti sur plusieurs compresseurs. Dans ce cas, on doit prévoir des conduits supplémentaires de communication et de compensation entre les circuits de lubrifiant des compresseurs, ainsi que des dispositifs qui, pendant l'arrSt d. certains compresseurs, empêchent des déplacements indésirables des charges de lubrifiant. L'invention vise à amélioe,B:r cet état de choses. Elle a pour but de prévenir des variations dans les charges de lubrifiant du ou des compresseurs, une alimentation non uniforme en lubrifiant de plusieurs compresseurs d'une installation frigorifique, ainsi que des variations de la fraction lubrifiant dans la charge de frigorigène de l'évaporateur débordé. Suivant l'invention, ce but est atteint par le fait que le mélange lubrifiant-rigorigène est soutiré en un ou plusieurs pointus appropriés du circuit de frigorigène, ainsi qu'il est connu en soi, et que ce mélange lubrifiant-frigorigène se voit apporter de la chaleur à partir du lubrifiant chaud venant du circuit de lubrifiant du compresseur, tandis que le lubrifiant, débarrassé dans une grande mesure du frigorigène par évaporation, est ramené au circuit de lubrifiant. Pour pouvoir réaliser un mélange particulièrement favorable entre le lubrifiant chaud et le mélange lubrifiant-frigorigène, et conformément à une autre particularité de l'invention, le lubrifiant chaud venant d'un collecteur du circuit de lubrifiant est acheminé, à l'aide d'une pompe à lubrifiant, à travers le conduit de refoulement de la pompe et un conduit d'amenée en dérivation et entre en contact direct, dans un mélangeur, avec le mélange lubrifiant-frigorigène. Pour assurer une transmission de chaleur plus rapide, il est prévu un dispositif de ruissellement en aval du mélangeur. Pour réaliser un réglage automatique des débits du mélange lubrifiant-frigorigène, il est prévu, dans le but d'assurer automatiquement une stabilité du niveau de lubrifiant dans le collecteur pour le lubrifiant du compresseur, une soupape à flotteur, à action directe, par exemple. Afin que le niveau du lubrifiant puise aussi être réglé à un niveau approprié en cours dè service, la'soupape à flotteur est pourvue d'un dispositif pour le rglage en hauteur du ni veau du lubrifiant dans le collecteur pour le lubrifiant du compresseur. Afin de pouvoir arrêter l'arrivée de mélange lubrifiant frigorigène au dispositif suivant l'invention lors de l'arr8t du compresseur et libérer cette arrivée lors du démarrage de celui-ci, il est prévu, dans une conduite aboutissant à la soupape à flotteur et parcourue par le mélange lubrifiant frigorigène, une soupape d'arrêt pouvant être actionnée à la main et automatiquement. Lorsqu'il est nécessaire d'élever, pendant la marche également, la capacité thermique du lubrifiant'dans le circuit de lubrifiant, on prévoit, dans le collecteur à lubrifiant du compresseur, des éléments d'un chauffage à l'arrêt. Une forme d'exécution du système suivant l'invention est représentée à titre d'exemple dans le dessin schématique annexé et sera décrite ci-après d'une manière plus détaillée. Le collecteur 1 du circuit de lubrifiant du compresseur 2 commilnrque avec un carter 3, qui accueille les éléments essentiels du système suivant l'invention. Le conduit 4, muni d'une soupape d'arrêt 5 à commande manuelle'ou automatique, sert à amener le mélange liquide lubrifiant-frigorigène qui arrive de l'évaporateur ét qui parvient à travers la soupape à flotteur 6 dans le mélangeur 7, où il rencontre le lubri fiant chaud venant du circuit de lubrifiant du compresseur 2. Le lubrifiant chaud, aspiré par la pompe à lubrifiant 8 dans le collecteur 1, est envoyé dans le conduit de refoulement 9 de la pompe et parvient par le conduit de dérivation 10 dans le mélangeur 7, dans lequel il se mêle au mélange lubrifiant-fri gorigène. Le nouveau mélange s'écoule vers le dispositif de ruissellement 11, dans lequel se forme un mince film ruisselé. 12 désigne un flux de lubrifiant fluide. Le dispositif 13 de la soupape à flotteur 6 sert à ajuster la hauteur du niveau du lubrifiant dans le collecteur 1 et le carter 3. Un orifice de communication 14 de grande section, prévu entre le carter 3 et le collecteur 1, assure un équilibrage rapide du niveau du lubrifiant dans les deux espaces. 15 désigne le chauffage à l'arrêt et 16 - un conduit d'amenée de lubrifiant aux points de graissage du compresseur.Les organes faisat partie du compresseur 2 sont : le mécanisme bielle-manivelle 17, le piston 1d, le cylindre 19 du compresseur, la chambre d'aspiration 20, la chambre de refoulement 21, la soupape de travail d'aspifation 22, la soupape de travail dé refoulement 23, le conduit de refoule=' ment 24 et l'orifice 25 prévu entre lé collecteur 1 et la chambre dtaspiration 20. Après la mise en marche du compresseur 2, la soupape d'arrat 5 prévue entre l'évaporateur et la soupape à flotteur 6 et intercalée dans le conduit 4 pour l'amenée du mélange ou lubrifiant-frigorigène, s'ouvre. Le courant partiel qui passe par le conduit d'amenée 10, du lubrifiant refoulé hors du collecteur 1 par la pompe à lubrifiant 8 du compresseur 2, parvient dans le mélangeur 7, puis, par le dispositif de ruissellement 11, dans le carter 3 et de là par l'orifice de communication 14, dans le collecteur 1. Be circuit est suivi aussi longtemps que le compresseur 2, et donc la pompe à lubrifiant 8, est en marche.Lorsque le niveau du lubrifiant dans le collecteur 1 baisse, parce qu'une partie du lubrifiant s'est échappée par le conduit de refoulement 24 du compresseur 2 et est parvenue, par le circuit du frigorigène, dans ltévaporateur la soupape à flotteur 6 s'ouvre et du mélange lubrifiant-frigorigène afflue de ltévaporateur par le conduit 4, la soupape à flotteur 5, dans le mélangeur 7, dans lequel il se mélange au lubrifiant chaud qui arrive par le conduit d'amenée 10. A sa sortie du mélangeur 7, le nouveau mélange arrive dans le dispositif de ruissellement 11, où il se forme un mince film de ruissellement. Sous l'effet de la chaleur apportée par le lubrifiant chaud arrivant par le conduit d'amenée 10, la fraction frigorigène du mélange lubrifiant-frigorigène amené parla conduite 4 s'évapore dans une grande mesure dans le dispositif de ruissellement 11. La vapeur de frigorigène ainsi produite afflue dans le collecteur 1 par l'orifice de communication 14 et arrive par l'orifice 25 dans la chambre d'aspiration 20 du compresseur 2. La fraction lubrifiant du mélange lubrifiant-frigorigène amené par le conduit 4, parvient, ensemble avec le lubrifiant acheminé par le conduit d'amenée 10, le carter 3 et l'orifice de communication 14, dans le collecteur 1, où il remplace le lubrifiant évacué par le conduit de refoulement 24 du compresseur 2. L'arrêt du compresseur 2 est suivi de la fermeture manuelle ou automatique de la soupape d'arr8t 5 5. Par suite, le système pour éliminer le lubrifiant du compresséur à partir du mélange lubrifiant-frigorigène est également mis hors d'action. En utilisant le dispositif 13 adjoint à la soupape à flotteur 6, pour ajuster la hauteur du niveau du lubrifiant dans le collecteur 1 et dans le carter 3, on peut régler le début de l'ouverture et le début de la fermeture de la soupape à flotteur 6 pendant la marche du compresseur 2, de telle manière que le niveau du lubrifiant dans le collecteur 1 soit maintenu à la hauteur désirée. Pour obtenir la commande automatique de la soupape d'arrêt 5, on peut établir celle-ci sous la forme d'une soupape d'arrêt à commande électrique ou pneumatique ou, de préférence, sous celle d'une soupape-piston hydraulique, de telle manière que cette dernière ne s'outre que lorsque le compresseur est en marche. La soupape d'arret 5 à commande hydraulique s'ouvre dans ce cas avantageusement sous la pression régnant dans le circuit du lubrifiant du compresseur 2 et se ferme sous l'action d'un ressort, lorsque cette pression a disparu après l'arrêt du compresseur 2. Les avantages réalisés grace à l'invention résident en particulier en ce que, grâce à sa construction ramassée et économique, le système suivant l'invention peut Qtre incorporé dans chaque compresseur individuel d'une installation frigori figue. Lorsque les canalisations 4 de tous les systèmes de retour de lubrifiant existants sont reliées à tous les points du circuit de frigorigène diune installation frigorifique dans lesquels peut avoir lieu une accumulation de lubrifiant, on a la certitude que chaque compresseur reçoit en retour exactement la quantité de lubrifiant qu'il perd par sa conduite de refouLement 24. On évite ainsi toutes les difficultés en ce qui concerne la communication entre les circuits de lubrifiant des différents compresseurs. La chaleur requise pour ltévaporation du frigorigène est recueillie dans le circuit de lubrifiant du compresseur (effet utile de pertes par friction) et est donc indépendante de la puissance frigorifique momentanée de 1 installation frigorifique. Dans-des cas particuliers, le système de chauffage à l'ar- rêt 15, qui est de toute façon présent dans des compresseurs prévus pour frigorigènes solubles dans les lubrifiants, peut servir de source de chaleur complémentaire. On obtient ainsi des avantages notables comparativement à l'emploi d'échangeurs thermiques, dont la puissance, lors du chauffage par le frigorigène, dépend de la puissance frigorifique de l'installation frigorifique et qui risquent de se congeler si le chauffage est assuré par l'eau.D'autre part, il n'est pas.nécessaire de prévoir des conduits d'amenée et de départ pour les agents thermiques requis pour chauffer ltéchangeur thermique. On élimine ainsi l'appareillage important requis lorsquton emploie un système de chauffage complémentaire électrique, en particulier en exécution antidéflagrante.Etant donné que la quantité de chaleur apportée par le lubrifiant à partir du circuit de lubrifiant du compresseur 2 en vue de l'évaporation de la fraction frigorigène du mélange .lubrifiant-frigorigéne représente un multiple de la quantité requise et que l'évaporation de la fraction frigorigène a lieu essentiellement à partir du mince film de liquide formé par le dispositif de ruissellement, on obtient avec certitude que le lubrifiant ramené au compresseur 2 ne contient pas une quantité de frigorigène supérieure à celle requise pour l'état d'équilibre. L'absence de surfaces fixes d'échange thermique influence favorablement le processus de transmission de chaleur du point de sue thermodyna-que et permet de réduire les frais de construction et les dimensions. Un autre avantage essentiel réside en ce que le contrôle de la quantité de lubrifiant ramende au compresseur 2 s'opère de telle façon que, dans tous les régimes de l'installation frigorifique, il s'établit un équilibre entre, d'une part, la quantité de lubrifiant quittant le compresseur 2 par le conduit de refoulement 24 de celui-ci et, d'autre part, celle ramenée à ce compresseur par le conduit de retour de lubrifiant, cepen dant que la teneur du lubrifiant dans le frigorigène demeure constante et peut être détermine à volonté Le système suivant l'invention est applicable à tous les frigorigènes et lubrifiants, indépendamment de leur solubilité mutuelle. En raison de l'évacuation de la chaleur du lubrifiant par l'évaporation de la fraction frigorigène du mélange lubrifiantfrigorigène, un refroidisseur de lubrifiant, qui serait ventuel- lement requis, peut être soulagé, voire remplacé. R E V E N D I C A T I O N S lo Procédé pour élininer le lubrifiant pour le compresseur à partir d'un mélange lubrifiant-frigorigène venant de 1 1évapo- rateur débordé et pour un retour continu et automatique de ce lubrifiant, parvenu dans le frigorigène, vers le compresseur d'une installation frigorifique, caractérisé en ce que le mélange lubrifiant-frigorigène est soutiré en un ou plusieurs polis appropriés du circuit de frigorigène, ainsi qu'il est connu en soi; en ce que ce mélange lubrifiant-frigorigène se voit apporter de la chaleur à partir du lubrifiant chaud venant du circuit de lubrifiant du compresseur, tandis que le lubrifiant, débap- rassé dans une grande mesure du frigorigène par évaporation, est ramené au circuit de lubrifiant. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le lubrifiant chaud venant d'un collecteur du circuit de lubrifiant est acheminé, à l'aide. d'une pompe à lubrifiant, à travers le conduit de refoulement de la pompe et un conduit d'amenée en dérivation et entre en contact direct, dans un mélangeur, avec le mélange lubrifiant. frigorigène. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce queue dispositif de ruissellement est prévu en aval du mélangeur. 4. Dispositif suivant les revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'une soupape à flotteur, à action directe, par exemple, est prévue pour assurer automatiquement la stabilité du niveau de lubrifiant dans le collecteur. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la soupape å flotteur est pourvue d'un dispositif pour le réglage en hauteur du niveau de lubrifiant dans le collecteur 6. Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 5, prises tan-t isolément qu'en combinaison, caractérisé en ce qu'une soupape d'arrêt, à à mande manuelle et automatique, est inter- calée dans le conduit aboutissant à la soupape à flotteur et parcourue par le mélange lubrifiant-frigorigene. 7.. Dispositif suivant la revendication 62 caractérisé en ce que la soupape drarret est actionnée électriquement. 8. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la soupape d'arrêt est actionnez pneumatiquement. 9. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la soupape d'arrêt est actionnée hydrauliquement. 10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la soupape d'arrêt à commande hydraulique s'ouvre sous l'action de la pression du circuit de lubrifiant du compresseur et se ferme sous l'action d'un ressort-, par exemple. 11. Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 10 prises tant isolément qu'en combinaison, caractérisé en ce que des éléments d'un-chauffage d'arrêt sont prévus dans le collecteur. 120 Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 11prises tant isolément qu'en combinaison, caractérisé en ce que le dispositif pour éliminer le lubrifiant- du compresseur à partir du mélange lubrifiant-frigorigène et pour le recyclage automatique de ce lubrifiant forme une unité constructive avec le groupe compresseur. 13 > Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 12 prises tant isolément qu'en combinaison, caractérisé en ce que le dispositif pour éliminer le lubrifiant pour le compresseur à partir du mélange lubrifiant-frigorigène et pour recycler automatiquement ce lubrifiant remplace un refroidisseur pour le lubrifiant ou permet d'adopter un refroidisseur de dimensiens moindres.