Brevet FR2095320A1 — publié le 19720211

i 2095320 La présente invention se rapporte à un appareil pour purger les gaz non oondensables d'un système de réfrigération à cycle de vapeur. Dans une machine de réfrigération, la présence de gaz in-5 désirables et relativement non condensables peut provoquer une diminution considérable de l'efficacité de la surface de transfert de chaleur du condenseur, diminuant ainsi les performances de la machine toute entière. Ces gaz indésirables peuvent aussi provoquer une corrosion destructrice à l'intérieur de la machine. 10 Bien que les gaz non condensables soient indésirables dans tout système de réfrigération à cycle de vapeur, ils concernent souvent beaucoup plus les systèmes qui fonctionnent aux pressions subatmosphériques, car dans de tels systèmes, une fuite introduirait de l'air ambiant dans le système. 15 Ainsi, il devient important d'enlever tout fluide non condensable d'un système réfrigérant. Tout en enlevant ces gaz indésirables, il est important d'enlever aussi peu de réfrigérant que possible du système, car une quantité donnée est nécessaire pour un fonctionnement correct du système. 20 Des moyens variés ont été proposés pour purger les gaz non condensables des systèmes de réfrigération. La plupart d'entre eux utilisent les lois physiques selon lesquelles l'augmentation de pression et la diminution de température d'un mélange de vapeur réfrigérante et de substances non condensables, provoque la conden- 25 sation du réfrigérant en laissant une plus petite fraction de réfrigérant dans le mélange. Le mélange de gaz peut alors être purgé vers l'atmosphère avec une perte minimum de réfrigérant, pendant que ce dernier est ramené vers le système sous forme de liquide condensé. 30 La plupart des moyens de purge proposés jusqu'à ce jour emploient un compresseur de purge entraîné par un moteur ou un dispositif mécanique dont la force est fournie par un piston afin de produire la pression élevée souhaitée. De tels dispositifs sont compliqués et onéreux et sujets à défaillances. 35 C'est un des principaux objets de la présente invention de prévoir un appareil perfectionné pour purger les gaz non condensables d'une machine de réfrigération. Un autre objet de la présente invention est deprévoir un appareil de purge pour système de réfrigération utilisant une pom- 40 pe à lubrifiant d'un compresseur classique pour obtenir du lubri 71 22031 2 2095320 fiant sous pression afin de comprimer les mélanges de vapeur réfrigérante et de gaz non condensables, et pour purger les gaz non condensables du système. Un autre objet de la présente invention est de prévoir 5 un appareil perfectionné pour purger les gaz non condensables d'un système de réfrigération tout en condensant les vapeurs de réfrigérant sous forme de liquide ainsi que le mélange liquide-lubrifiant pour le compresseur du système et faire revenir le mélange vers le réservoir à huile où le réfrigérant est vaporisé et ramené vers le 10 système. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un appareil de purge pour système dè réfrigération qui fonctionne automatiquement quand cela est nécessaire, sans nécessiter l'attention d'un opérateur, et qui peut être utilisé dans des systèmes 15 différents, sans changement, sans modification ou conception nouvelle du système. D'autres objets et avantages de la présente invention seront plus apparents à la lecture de la description suivante en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels : 20 La figure 1 est une représentation sous forme de diagram me d'une machine de réfrigération du type classique représentant l'appareil perfectionné selon la présente invention associé à cette machine, certaines parties étant représentées en coupe ; et La figure 2 est un diagramme schématique du circuit de 25 commande électrique. En se référant à la figure 1, on montre une machine de réfrigération comportant un évaporateur 10, un condenseur 11 et un compresseur à moteur 12. Un faisceau de tubes 13 est prévu dans 1'évaporateur 10 pour faire passer le milieu à refroidir à travers 30 cet évaporateur tandis qu'un faisceau de tubes 14 est prévu dans le condenseur 11 pour faire passer l'eau de réfrigération depuis une source convenable à travers le condenseur afin de refroidir le réfrigérant comprimé et de l'amener à se condenser. Le réfrigérant condensé est recueilli dans une chambre 15. Un restricteur 16 rè-35 gle l'écoulement du liquide réfrigérant depuis la chambre 15 jusqu'à 1'évaporateur 10. L'unité de compresseur à moteur 12 comporte un moteur d'entraînement 18, un engrenage d'entraînement 17 (si cela est nécessaire), et un compresseur 20. Une pompe 22, associée au réservoir de lubrifiant 19, 40 fournit du lubrifiant au palier du coapresseur 20, au moteur d'en 71 22031 3 2095320 traînement 18 et à l'engrenage 17 par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentation en lubrifiant 23. Un.circuit d'évacuation de lubrifiant 21 ramène l'huile vers le réservoir. Une canalisation d'évacuation 24 entre le réservoir et l'entrée du compresseur ou 5 une partie quelconque de la machine en dessous de la pression du condenseur est prévue pour évacuer le réfrigérant gazeux vers le compresseur. La présente invention est plus particulièrement axée vers une unité ou appareil de purge 25 destiné à purger les gaz 10 non condensables, tels que l'air, dans le système de réfrigération tout en condensant les vapeurs de réfrigérant sous forme de liquide ainsi que le mélange du réfrigérant liquide avec le lubrifiant du compresseur, le mélange d'huile et de réfrigérant retournant ensuite vers le réservoir 19, et le réfrigérant étant en-15 suite vaporisé et ramené vers le système. L'appareil 25 comprend une enveloppe verticale d'échangeur de chaleur 26 comportant une chambre 27 reliée au condenseur 11 par une petite canalisation 28 destinée au passage du condenseur 11 à la chambre 27 des gaz non condensables et de la vapeur réfrigérante. Une soupape de retenue 20 29 est prévue dans la canalisation 28 pour empêcher le refoulement vers le condenseur. Un orifice 47 mesure le débit du gaz entrant dans l'enveloppe 26. Un serpentin à échange de chaleur 30 est agencé à l'intérieur de l'enveloppe 26 et placé de telle sorte que la surface 25 du serpentin occupe une partie importante de la chambre 27 et il est disposé suivant sa longueur. En conséquence, l'huile, le réfrigérant et les gaz qui se trouvent à l'intérieur de la chambre 27 doivent traverser les surfaces du serpentin. Le réfrigérant liquide provenant de la chambre 15 s'écou-30 le à travers un orifice de mesure 48, à travers le serpentin échan-geur de chaleur 30, et retourne vers 1'évaporateur 10 par la canalisation 32. Du fait de la présence de l'orifice, la pression dans le serpentin 30 est sensiblement celle de 1'évaporateur de sorte que le serpentin est refroidi jusqu'à approximativement la tempé-35 rature de 1'évaporateur chaque fois que la machine fonctionne. La pompe 22 à lubrifiant du compresseur sert à faire passer l'huile lubrifiante depuis le réservoir 19 par l'intermédiaire de la canalisation 34 dans le circuit d'alimentation 23 et vers une soupape à trois voies 35 commandée par solénoîde. La 40 soupape, dans une de ses positions, relie la canalisation 34 à la 71 22031 4 2095320 canalisation 37 de façon à alimenter en huile la chambre 27. Dans une seconde position, la soupape sert à déconnecter la canalisation 37 de la canalisation 34 et à relier la canalisation 37 à la canalisation 36 pour vider la chambre, et renvoyer l'huile au ré-5 servoir 19. La commande par solénoîde 49»reliée à la soupape 35, peut être excitée pour faire passer la soupape de sa première à sa seconde position. Par suite de la désexcitation du solénoîde, un ressort fait revenir la soupape vers sa première position. Deux dispositifs flotteurs 38 et 40 sont montés à l'inté-10 rieur de la chambre 27 et agencés de manière à commander des commutateurs hermétiquement fermés, 39 et 41 respectivement. Le commutateur à flotteur 38, 39 est situé près du sommet de la chambre et le commutateur à flotteur 40, 41 est situé près du fond de la chambre. Les commutateurs 39, 4l et la commande par solénoîde 49 15 sont reliés à un circuit électrique, représenté dans la figure 2, de telle sorte que, par suite de la baisse du niveau du liquide au flotteur 40, la commande est excitée,,permettant à l'huile de s'écouler dans la chambre 27. Quand le niveau du liquide au flotteur 38 s'élève, la soupape est désexcitée, permettant au liquide 20 dans la chambre d'être évacué dans le réservoir 19. Ainsi, la soupape à solénoîde et les commutateurs à flotteurs fonctionneront périodiquement pour remplir et vider d'huile la chambre 27. Une soupape d'échappement 33 commandée par la pression est fixée au sommet de l'enveloppe 26 et communique avec la chambre 27. 25 Cette soupape est actionnée par la pression qui règne dans la chambre 27 de sorte qu'elle s'ouvre par suite d'une augmentation de pression au-dessus d'une valeur prédéterminée et se ferme par suite d'une diminution de cette pression au-dessous de cette valeur prédéterminée. 30 On décrira maintenant le fonctionnement de l'appareil. Quand la machine de réfrigération fonctionne, la vapeur de réfrigérant et les gaz non condensables provenant du condenseur 11 peuvent entrer dans le fond de la chambre 27. La vapeur et les gaz s'élèveront dans l'huile de la chambre en bouillonnant. Les 35 vapeurs de réfrigérant tendront à se dissoudre dans l'huile, ou à se condenser sur le serpentin froid au-dessus de l'huile et seront entraînées vers le bas dans l'huile. N'importe quel gaz non conden-sable tendra à être piégé dans la chambre au-dessus de l'huile. Quand la soupape 35 est dans la seconde position, et que 40 l'huile est en train de remplir la chambre 27, tout gaz non con 71 22031 5 2095320 sable piégé au-dessus de l'huile diminue de volume. Ceci provoque l'augmentation de pression dans la chambre 27. Quand la pression dans la chambre 27 est égale à celle du condenseur 11, l'écoulement de vapeur et de gaz dans la chambre cesse et la soupape de retenue 5 29 se ferme. Un écoulement continu d'huile dans la chambre comprime le gaz non condensable au-dessus de l'huile de la chambre 27. Si la pression dans la chambre 27 excède la valeur pour laquelle la soupape d'échappement 33 est réglée, celle-ci s'ouvre et permet aux gaz non condensables d'être refoulés vers l'atmosphère (la sou-10 pape d'échappement 33 est réglée à une pression légèrement inférieure à la pression d'alimentation en huile). Irhulle s'élève presque jusqu'au sommet de la aharabre, expulsa.no la plus grande partie du gaz non condensable, commande ensuite le commutateur à flotteur 38, 39 qui ouvre le circuit (figure 2) par 1'interraédiai-15 re du relai R, ouvre les commutateurs R^ et R2, et amène la soupape 35 à sa première position, pour arrêter l'alimentation en huile et commencer l'évacuation de la solution réfrigérant-huile depuis la chambre 27 vers le réservoir 19. Comme le niveau du liquide dans la chambre 19 baisse, le 20 commutateur 39 se ferme et la pression diminue avec la dilatation de la petite quantité de gaz piégé restant. Quand la pression dans la chambre 27 tombe au-dessous de celle du condenseur 11, l'écoulement de vapeur de gaz depuis le condenseur jusqu'à la chambre 27 recommence. Cependant, l'évacuation de la solution huile-réfrigé-25 rant continue, car la pression dans le réservoir 19 est inférieure à celle du condenseur-. Le réfrigérant en solution dans l'huile évacué depuis l'unité de purge revient vers le réservoir 19 et se vaporise rapidement quand il atteint ce réservoir, car celui-ci fonctionne à une température élevée. Le réfrigérant vaporisé passe 30 à travers la canalisation d'évacuation 24 et revient vers le système de réfrigération. L'évacuation du liquide depuis la chambre 27 continue jusqu'à ce que le commutateur à flotteur 40, 41 soit déclenché, fermant ainsi le circuit par l'intermédiaire de R, fermant les commutateurs et R2 et ramenant la soupape 35 commandée 35 par solénoîde à sa seconde position, après quoi le cycle recommence. Par suite d'une élévation initiale du niveau, le commutateur 41 s'ouvre à nouveau, mais le relai est encore maintenu dans le même état au moyen du commutateur 39 fermé. Ce fonctionnement cyclique continue tant que la machine 40 est en fonctionnement.SI aucun gaz non condensable est présent dans 71 22031 6 2095320 le système, de la vapeur de réfrigérant seulement entrera dans la chambre 27 par la canalisation 28, et cette vapeur ne provoquera pas l'établissement d'une pression au-dessus de l'huile car elle se condensera au fur et à mesure que son volume diminuera. Ainsi, 5 la soupape d'échappement 33 ne s'ouvrira pas. Mais le remplissage et l'évacuation de l'huile de la chambre 27 s'effectueront comme cela a été décrit précédemment. La purge des gaz non condensables du dispositif est effectuée avec un minimum de perte de réfrigérant dans le système 10 car le gaz est expulsé de la chambre 27 à une pression élevée et à une température basse. Ce sont des critères dont il faut tenir compte pour minimiser la fraction de masse de réfrigérant se trouvant dans le gaz expulsé. Le cycle décrit continue durant le fonctionnement de la 15 machine de réfrigération. Quand cette machine de réfrigération, comprenant la pompe à lubrifiant, s'arrête, l'appareil de purge 25 cesse automatiquement de fonctionner puisqu'il n'y a plus de pression d'huile. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de 20 réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 71 22031 7 2095320 REVENDICATIONS 1 - Système de réfrigération à circuit fermé comprenant un évaporateur, un condenseur, un compresseur entraîné, qui sont reliés pour permettre le passage du réfrigérant ; des moyens pour 5 fournir du lubrifiant sous pression au compresseur, comprenant un circuit à lubrifiant ; des moyens pour purger le système des gaz non condensables contenus dans celui-ci et comprenant des moyens qui (^finissent une chambre comportant une entrée dans sa partie inférieure pour recevoir les vapeurs de réfrigérant et les gaz non 10 condensables du système, un passage pour le liquide dans sa partie inférieure et une sortie de gaz dans sa partie supérieure j et des moyens, comprenant un serpentin à échange de chaleur situé dans cette chambre, pour faire circuler le réfrigérant du système à travers la chambre afin de condenser la vapeur de réfrigérant 15 s'écoulant depuis l'entrée, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour contrôler l'écoulement de lubrifiant à travers le circuit et ces moyens servant à détourner le lubrifiant sous pression du circuit à lubrifiant pour le faire passer dans ladite chambre par le passage pour le liquide afin de comprimer les gaz non conden-20 sables dans cette chambre ; et des moyens pour contrôler l'évacuation du gaz comprimé à travers la sortie de gaz vers l'atmosphère. 2 - Système de réfrigération selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande de l'écoulement du lubrifiant comprennent une soupape située dans le circuit de fluide 25 ayant une première position de fonctionnement destinée à détourner le lubrifiant sous pression du circuit vers la chambre et ayant une seconde position de fonctionnement destinée à fournir un écoulement de lubrifiant à travers le circuit et de ce fait, à entraîner le mélange de réfrigérant condensé et de lubrifiant refroidi de-30 puis la chambre dans le circuit ; des moyens étant prévus pour ramener le réfrigérant condensé dans le circuit vers le système. 3 - Système de réfrigération selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande pour la soupape dépendant du niveau du mélange réfri- 35 gérant condensé et lubrifiant dans la chambre afin de commander le fonctionnement de la soupape vers sa première ou sa seconde position. 4 - Système de réfrigération selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyenB de commande de soupape compren- 40 nent un solénoîde relié de manière opérative à la soupape, un cir 71 22031 8 2095320 cuit électrique pour ce solénoîde, comprenant un commutateur commandant l'excitation du solénoîde, et des moyens de flotteurs situés dans la chambre et commandant le fonctionnement de ce commutateur en fonction des différents niveaux du mélange dans la chambre.