Brevet FR2128431A1 — publié le 19721020

La présente invention concerne un procédé et une installation pour récupérer l'huile dans l'évaporateur d'une installation frigorifique à compression, utilisant un agent frigorifique soluble dans l'huile, avec de préférence un compresseur centrifuge et ramener l'huile dans'le circuit d'huile de a transmission montée en amont dans laquelle règne une pression plus élevée que dans ltévaporateur par l'extraction continue d'une veine partielle du mélange agent réfrigérant-huile hors de l'évaporateur et par séparation à l'aide de chaleur prise dans le circuit de l'agent réfrigérant, en utilisant un éjecteur dans lequel on envoie l'agent frigorifique gazeux, chaud, provenant du cbté haute pression de l'installation. Les compresseurs centrifuges d'installations frigorifiques comportent souvent des transmissions pour obtenir les vitesses de rotation élevées, nécessaires. Or, dans une telle transmission, l'agent frigorifique sous forme de vapeur pénètre par l'intermédiaire de l'arbre de sortie et de l'intervalle inévitable entre le rotor et le boitier et se mélange à l'huile circulant dans la transmission. Pour un fonctionnement sûr il faut que la pression dans la chambre de transmission ne soit pas notablement supérieure à la pression d'aspiration.A cet effet, il faut avoir une conduite de liaison vers le côté d'aspiration permettant l'écoulement de l'huile qui lors du fonctionnement est enrichie en gaz de fuite, dans le compresseur et lors du démarrage il faut en outre évacuer l'agent réfrigérant qui s'échappe à ce moment de l'huile par vaporisation, par suite de l'abaissement de la pression de l'évaporateur et du volume intérieur de la transmission. De ce fait, on a un enrichissement non recherché de l'huile dans l'évaporateur. Or, pour avoir une sécurité de fonctionnement il faut que l'huile revienne dans le circuit d'huile. Dans les installations frigorifiques à compresseur centrifuge, il est connu d'avoir un ajutage d'aspiration à double paroi et 11 entrée d'aspiration pénètre dans le carter du compresseur si bien que la chambre ainsi formée est reliée par l'intervalle annulaire à l'ajutage d'aspiration. Par la rotation de la colonne de gaz les goutelettes d'huile qui y sont en suspension, se séparent sur la paroi de cet ajutage d'aspiration et passent par l'intervalle annulaire dans la chambre entre les parois. Par le contact du mélange séparé agent réfri gérant-huile avec la paroi chaude du boîtier en spirale, l'agent réfrigérant liquide contenu dans le mélange se vaporise et est aspiré par un second intervalle annulaire. Un injecteur fonctionnant avec l'agent réfrigérant vaporisé envoie l'huile séparée dans le collecteur d'huile de la transmission.Du fait de la chaleur de l'agent réfrigérant, on peut vaporiser les restes d'agent réfrigérant contenus dans l'huile. La condition de fonctionnement de cette installation est que la vapeur d'agent réfrigérant aspiré par le compresseur contienne toujours une certaine quantité d'huile venant de l'évaporateur, cette quantité devant être dosée de façon extrêmement précise. Dans le cas d'un fonctionnement prolongé en charge partielle de l'installation frigorifique, pour un faible débit d'agent réfrigérant, la quantité d'huile qui est récupérée est trop faible. De cette façon, la concentration d'huile augmente dans l'évaporateur. Or cette quantité d'huile fait défaut dans le circuit d'huile de la transmission. Il est de plus connu d'extraire en continu d'un évaporateur une veine partielle d'un mélange liquide d'agent réfrigérant et d'huile, de vaporiser ce mélange et de ramener l'huile séparée dans le circuit d'huile. Pour l'apport de chaleur on prévoit plusieurs possibilités. C'est ainsi que l'on peut introduire par un échangeur de chaleur, de l'agent réfrigérant liquide provenant du condenseur, vers l'évaporateur. Il se produit dans l'échangeur de chaleur un sous refroidissement du réfrigérant liquide. La chaleur fournie sert à la vaporisation de l'agent réfrigérant hors de la veine partielle qui est le mélange d'huile et d'agent réfrigérant. Le mélange de vapeur d'agent réfrigérant et d'huile est alors ramené au compresseur, par la conduite d'aspiration. Ce procédé est onéreux. Il nécessite un échangeur de chaleur supplémentaire et un grand nombre de conduites.Dans les installations frigorifiques comportant des compresseurs centrifuges on ne peut utiliser tel quel ce procédé car comme mentionné ci-dessus, il règne dans la transmission une pression sensiblement plus élevée que dans l'évaporateur. Pour cela on munit la conduite d'aspiration du compresseur centrifuge d'un rétrécissement en forme de Venturi, ce qui a pour conséquence une vitesse plus élevée et ainsi une réduction de pression de l'agent réfrigérant, gazeux, aspiré. Une conduite de liaison allant vers la transmission est prévue à ce rétrécissement. Du fait de cette conduite, il règne dans la transmission une pression plus faible que dans 1' évapora- teur. Cela permet le retour du mélange agent réfrigérant-huile provoqué par la différence de pression ainsi établie. Ce procédé n'est toutefois pas d'une mise en oeuvre sûre lorsque la demande en frigories est réduite, c'est à dire en fonctionnement à charge partielle. Pour des débits réduits la chute de pression que l'on obtient dans le rétrécissement en Venturi est également réduite. Il n'est alors plus possible d'avoir dans la transmission une pression plus faible que dans 11 évaporateur, si bien que l'huile ne peut plus revenir. I1 en résulte des incidents' de fonctionnement de l'installation frigorifique par défaut d'huile dans la transmission et du fait des concentrations élevées en huile dans ltéva- porateur. l'échange thermique dans l'évaporateur se réduit et le mélange agent réfrigérant-huile commence à mousser ce qui provoque des incidents de fonctionnement par aspiration de mousse d'htai1e. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients connus et se propose de créer un procédé et une installation pour ramener l'huile de l'évaporateur dans le circuit d'huile du compresseur, qui est de préférence un compresseur centrifuge, afin d'aboutir à un fonctionnement sûr de 1' instal- lation frigorifique avec des moyens réduits. L'invention se propose alors de créer un procédé et une installation pour sa mise en oeuvre, qui, utilisant le procédé avantageux de l'extraction continue d'une veine partielle d'un mélange d'agent réfrigérant et d'huile et 1 'u- tilisation d'un éjecteur, qui pour tous les états de fonctionnement assure un retour sûr de l'huile à partir de l'évaporateur, dans le circuit d'huile où il règne une pression plus élevée, et cela sans nécessiter un échangeur de chaleur particulier pour vaporiser la fraction d'agent réfrigérant, liquide. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type ci-dessus caractérisé en ce qu'on aspire une veine partielle d'agent réfrigérant et d'huile hors de l'évaporateur, on la mélange dans l'éjecteur, on fait vaporiser la fraction d'agent réfrigérant liquide 3t on envoie le mélange vapeur-huile avec une pression plus élevée que la pression de vaporisation vers le circuit d'huile, où les deux composants se séparent et on envoie la vapeur d'agent réfrigérant dans la conduite d'aspiration du compresseur alors que l'huile revient vers le collecteur d'huile, le rapport de mélange entre l'agent réfrigérant gazeux, chaud et le mélange d'agent réfrigérant liquide et d'huile étant fixé de façon que seule la chaleur de surchauffe de 1 'agent réfrigérant chaud soit utilisée pour vaporiser l'agent réfrigérant liquide hors du mélange agent réfrigérant-huile sans qu'il ne se produise de condensation. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Cette installation se caractérise en ce que l'entrée d'agent moteur de éjecteur est reliée à la chambre de vapeur du condensateur ou à la conduite de pression du compresseur et la conduite de pression est reliée au circuit d'huile. Pour assurer une vaporisation complète de la fraction de liquide de agent réfrigérant, il est avantageux que la conduite de pression de l'éjecteur soit réaliste sous forme de chemin de mélange ou comporte un récipient de élance. Le fonctionnement de l'éjecteur est totalement indépendant de la zone de puissance réglée pour l'installation frigorifique. On assure ainsi que l'huile est extraite constamment de l'évaporateur pour être renvoyée dans la transmission. Cela exclut les incidents de fonctionnement par des concentrations élevées en huile dans l'évaporateur ou des défauts d'huile dans la transmission. la présente invention sera décrite plus en détails à l'aide d'un exemple de mise en oeuvre de procédés correspondant à une installation représentée schématiquement dans l'unique dessin annexé montrant une installation frigorifique avec un compresseur centrifuge. L'agent frigorifique gazeux venant de l'évaporateur 1 arrive par la conduite d'aspiration 2 dans le compresseur centrifuge 3. De ce compresseur 3, le gaz comprimé passe par la conduite de pression 4 pour aller dans le condenseur 5. L'agent réfrigérant qui y est liquéfié s'écoule par la conduite d'injection 6 et la soupape de détente 7 dans l'évaporateur 1. le circuit réfrigérant classique est ainsi fermé. le compresseur centrifuge 3 est relié à la transmission 8. le récipient collecteur d'huile 9 est prévu sous la transmission 8. Une pompe à huile 16 et un radiateur d'huile 17 sont alimentés par le collecteur 9 par l'intermédiaire de la conduite 18 qui alimente la transmission 8. le gaz de fuite s'échappe du compresseur par la transmission 8, et est ramené dans la conduite d'aspiration 2 par le collecteur 9 et la conduite de gaz de fuite 10. Ce gaz, séparé, contient de l'huile qui arrive par le compresseur 3 dans le condenseur 5 et l'évaporateur 1. Au cours de la vaporisation, on ne vaporise que l'agent frigorifique Si bien que la concentration en huile dans l'évaporateur augmenterait ce qui n'est pas souhaitable. Selon l'invention on extrait par la conduite de veine partielle 11 une certaine partie de l'agent fri gorifiaue hors de I'évaporateur,et on l'envoie à l'injecteur 13 en passant par la soupape de retenue 12. L'injecteur 13 est entratné par un gaz frigorifique chaud, qui traverse la conduite d'agent moteur 14. Dans l'injecteur 13 on a un mélange de gaz frigorifique chaud et d'agent frigorifique aspiré, contenant de l'huile. Le rapport de mélange est réglé de façon que le gaz chaud arrivant par la conduite de la veine partielle ne fournisse au mélange agent réfrigérant - huile que sa chaleur de surchauffe mais sans produire en aucun cas une condensation. L'injecteur 13 comprime le mélange gaz réfrigérant -huile à une pression plus élevée que la pression de vaporisation et envoie ce mélange par la conduite 15 vers le collecteur d'huile 9. La conduite 15 est réalisée sous forme de forme de chemin de mélange. On y effectue une séparation des deux composants. La vapeur d'agent réfrigérant s'écoule par la conduite de gaz de fuite 10 pour revenir dans la conduite d'aspiration 2. L'huile va dans le collecteur d'huile 9. le circuit d'huile est ainsi refermé. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N t I C A T I O N S 10) Procédé pour ramener l'huile de l'évaporateur d'une installation frigorifique à compression, fonctionnant avec un agent frigorifique soluble dans l'huile, comportant un compresseur tel que compresseur centrifuge, vers le circuit d'huile de la transmission montée en amont, dans laquelle règne une pression plus élevée que dans l'évaporateur, par l'extraction continue d'une veine partielle du mélange d'agent réfrigérant et d'huile hors de l'évaporateur et par séparation à l'aide de chaleur prise dans le circuit de l'agent réfrigérant, en utilisant un éjecteur dans lequel on envoie l'agent frigorifique gazeux, chaud, provenant du côté haute pression de l'installation, procédé caractérisé en ce qu'on aspire une veine partielle d'agent réfrigérant et d'huile hors de l'évaporateur, on la mélange dans l'éjecteur, on fait vaporiser la fraction d'agent réfrigérant liquide 3t on envoie le mélange vapeur-huile avec une pression plus élevée que la pression de vaporisation vers le circuit d'huile, où les deux composants se séparent et on envoie la vapeur d'agent réfrigérant dans la conduite d'aspiration du compresseur alors que l'huile revient vers le collecteur d'huile le rapport de mélange entre l'agent réfrigérant gazeux, chaud et le mélange d'agent réfrigérant liquide et d'huile étant fixé de façon que seule la chaleur de surchauffe de l'agent réfrigérant chaud soit utilisée pour vaporiser l'agent réfrigérant liquide hors du mélange agent réfrigérant-huile sans qu'il ne se produise de condensation. 20) Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'entrée d'agent moteur de l'éjecteur est reliée à la chambre de vapeur du condenseur ou à la conduite de pression du compresseur et la conduite de pression est reliée au circuit d'huile. 30) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la conduite de pression de l'éjecteur est réalisée sous forme de chemin de mélange ou comporte un récipient de mélange.