Brevet FR2518662A1 — publié le 19830624

L'invention concerne un dispositif d'approvi- sionnement en huile pour un compresseur à vis dans une installation de réfrigération fonctionnant en particu- lier comme pompe à chaleur, l'huile circulant dans un circuit fermé et étant séparée dans un séparateur d'huile du mélange comprimé huile-agent de réfrigération et à partir de l'huile séparée une quantité partielle de l'agent de réfrigération étant dissoute dans l'huile en fonction de la pression et de la température, tandis qu'ensuite la chaleur de compression absorbée par l'huile est dérivée dans un refroidisseur et que la solution huile-agent de réfrigération est injectée sous pression dans le compresseur à vis - Il est connu Jdans des compresseurs à vis qui peuvent avoir un ou deux arbresd'injecter de l'huile sous pression dans le compresseur dans le but de lubrifier des paliers, le rotor, ou les rotors, des joints d'arbre et éventuellement le mécanisme d'engrenage, d'étanchéifier les intervalles se trouvant entre les rotors lorsqu'on a deux arbres et entre rotor ou rotors et le carter, et de dissiper une partie de la chaleur de compression. On sépare du mélange comprimé agent de réfrigé- ration-huile,dans un séparateur d'huilel'huile qu'on refroidit à nouveau dans un refroidisseur et qu'on réin- jecte dans le compresseur. Pour les utilisations habituelles de compresseurs à vis dans des installations de réfrigération ou éventuel- lement dans des installations à pompes à chaleur, o on atteint des températures de condensation relativement basses, par exemple des installations de chauffage à faible température, il n'y a pas de difficulté particu- lière avec ce type d'approvisionnement en huile. Comme dans ces cas l'huile séparée dans le séparateur d'huile conserve sa viscosité dans une gamme admissible, on peut encore garantir une formation sans problème des pellicules d'huile de lubrification dans le compresseur. Une telle forme de réalisation d'une installa- tion de réfrigération, qui peut fonctionner dans les-condi- tions données également comme pompe à chaleur, est repré- sentée schématiquement à la figure 1 des dessins annexés. L'installation comporte un circuit d'agent de réfrigération o un compresseur à vis 3 entraîné par un moteur électrique 1 par l'intermédiaire d'un accouplement 2, un séparateur d'huile 4, un condenseur 5 et un évapora- teur 6 sont disposés ' On peutcomme agent de réfrigération, utiliser' par exemple l'ammoniac. La vapeur d'agent de réfrigération comprimée dans le compresseur 3 et qui contient de l'huile comme composante du mélange est introduite dans le séparateur d'huile 4 A partir de celui-ci, la solution huile- agent de réfrigération qui en résulte est retirée et trahs- portée au moyen d'une pampe d'accroissement de pression 7 par un refroidisseur 8 etde là,injectée par des condui- tes de dérivation 9, 10 a, 10 b et 11 dans l'espace de compression, ou alimente les paliers non représentés et le joint d'arbre 12. Dans le cas présention peut par exemple utiliser de l'eau comme agent de réfrigération pour le refroidis- seur 8 et le condenseur 5, celle-ci étant conduite dans le sens de la flèche tout d'abord à travers le refroidisseur 8 et ensuite à travers le condenseur 5 Comme moyen de chauffage pour l'évaporateur 6 on peut utiliser par exem- ple de l'eau, une saumure ou de l'air. Lorsqu'on utilise cependant des compresseurs à vis dans des installations à pompe de chaleur, par exemple pour des installations de chauffage à température élevée, des températures de condensation élevéespar exemple de l'ordre de grandeur de 65-120 'C-sont requises. Il faut produire dans le compresseur une pres- sion finale relativement élevée à cause de -la température de condensation élevée du circuit d'agent de réfrigéra- tion de l'installation Ceci a pour conséquence que l'huile de lubrification qui se trouve sous la pression finale dans le séparateur d'huile s'enrichit fortement en agent de réfrigération, en particulier lorsque celui- ci est constitué par des hydrocarbures contenant du fluor et du chlore (par exemple R 12 ou R 22), par des hydrocarbures ou par des mélanges d'hydrocarbures. L'enrichissement d'agent de réfrigération dans l'huile peut diminuer si fortement la viscosité de la solution huile-agent de réfrigération/que la formation de films d'huile de lubrification dans le compresseur ne peut. plus être garantie. La solubilité de l'agent de réfrigération dans l'huile dépend du type d'agent de réfrigération, du type d'huile ainsi que de la pression terminale du compresseur et de la température de sortie du mélange agent de réfri- gération-huile après le compresseur. Plus est élevée la pression dans le séparateur d'huile,plus grande est la solubilité de l'agent de réfri- gération dans l'huileet plus élevée est la températute,_ plus faible est la solubilité. Le but de la présente invention est de dévelop- per un dispositif pour l'approvisionnement en huile d'un compresseur à vis qui maintient sous contrôle la viscosité en réduisant la proportion d'agent de réfrigération dans l'huile. Le problème de la présente invention est résolu en ce que le trajet d'écoulement de la solution huile- agent de réfrigération se trouvant dans le séparateur d'huile est subdivisé avant le refroidisseur en deux courants partiels, un premier courant partiel étant injecté au moins en un endroit à l'état non refroidi dans l'espace de compressiontandis que la chaleur de compres- sion provenant du second courant partiel dans le refroidis-, seur est dissipée et que le courant partiel refroidi ali- mente au moins les paliers du compresseur. Il est possiblessur la base des mesures prises selon la présente invention,que le courant partiel 251-8662 refroidi utilisé pour les paliers présente une viscosité qui garantisse la formation de films d'huile dans la pro- portion requise, tandis que d'autre partpar l'injection du courant partiel non refroidi directement dans l'espace de compressionla température de sortie est maintenue de façon correspondante élevée et qu'on obtient ainsi qu'aussi peu d'agent de réfrigération que possible soit dissous dans l'huile. La température de sortie du mélange comprimé 1-0 agent de réfrigérationhuile varie en fonction du rapport de pressions du compresseur Ce-rapport dépend d'une part de la température du moyen transmettant la chaleur dans l'évaporateur du circuit de refroidissement-etd'au- tre parte de la température à produire du moyen absorbant la chaleur dans le condenseur. En modifiant les conditions de pressionon fait varier également la quantité de la solution d'huile- agent de réfrigération injectée dans le compresseur. Si par exemple le rapport des pressions est plus faible, ainsi lorsque la pression dans l'évaporateur augmente et que la pression dans le condenseur reste constante, ou lorsque la pression dans l'évaporateur demeure constante et que la pression dans le condenseur baisse, la quantité de la solution injectée d'huile- agent de réfrigération devient aussi_ plus faible. Dans le cas le plus favorable on trouve, lorsque le rap- port des pressions devient plus faible, une telle réduc- tion de la solution injectée d'huile-agent de réfrigéra- tion,que la température de sortie demeure constante, ou varie dans une gamme telle que la viscosité du courant partiel refroidi n'est pas influencée de façon décisive. Il peut survenir aussi cependant des conditions de fonctionnement pour lesquelles, lors d'une modification du rapport des pressions, la quantité d'huile injectée varie de telle manière que la température de sortie baisse dans une proportion pour laquelle la viscosité de la solution d'huile-agent de réfrigération devient trop faible, ou également des cas pour lesquels la température de sortie monte au-delà d'une valeur qui aurait pour consé- quence par exemple une carbonisation ou une autre dégrada- tion des propriétés de l'huile de lubrification. Pour pouvoir garantir également ici un fonction- nement sans problème de l'installation pour ce qui concerne l'approvisionnement en huile du compresseur à vis, on pré- voit une forme de réalisation avantageuse de la présente invention qui consiste à réguler la quantité de passage d'au moins un courant partiel en fonction de la tempéra- ture de sortie du compresseur Une forme de réalisation alternative permettant d'influer sur la température de sortie prévoit que le dispositif selon la présente inven- tion comprend un détecteur de température de sortie du mélange agent de réfrigération-huile qui influe sur une soupape à trois voies raccordée à deux conduites d'amenée de la solution huile-agent de réfrigération, l'une des conduites débouchant avant le refroidisseur, l'autre après celui-ci, tandis que la conduite de sortie de la soupape à trois voies est dirigée vers l'espace de compression. Cette régulation de la température de sortie peut aussi trouver son emploi lorsque,lors d'un fonction- nement à charge partielledes rapports également inadmis- sibles ont lieu en ce qui concerne l'approvisionnement en huile du compresseur à vis. La présente invention va maintenant être décrite à propos d'exemples de réalisation et à la lumière des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 montre comme déjà indiqué et de façon schématique une forme de réalisation d'une instal- lation de réfrigération qui peut fonctionner également comme pompe à chaleur; la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un système d'approvisionnement en huile pour un compresseur à vis dans un circuit d'agent de réfrigération d'une installation de pompe à chaleur o la température de sortie est influencée par un réglage de quantité du courant partiel non refroidi; la figure 3 montre dans une forme de représen- tation analogue une deuxième forme de réalisation o la température de sortie est influencée par l'intermédiaire d'un réglage de température de la solution d'huile- agent de réfrigération injectée dans l'espace de compres- sion; et la figure 4 représente dans un schéma fonc- tionnel une troisième forme de réalisation o la tempéra- ture de sortie est influencée à l'aide d'une régulation de quantité de la solution d'huile-agent de réfrigération injectée dans l'espace de compression. Les éléments coincidants de l'installation ont aux figures 2 à 4 les mêmes numéros de référence qu'à la figure 1. On utilise comme agent de réfrigération par exemple un hydrocarbure contenant du fluor et du chlore, à savoir par exemple R 12 ou R 22. Selon la figure 2, le trajet d'écoulement 13 de la solution d'huile-agent de réfrigération se trouvant dans le séparateur d'huile est subdivisé après la pompe 7 avant le refroidisseur 8 en deux courants partiels dont- l'un est refroidi dans le refroidisseur 8 et est fourni par les conduites de dérivation 10 a, 10 b et 11 aux paliers non représentés et aux joints d'arbre 12 Le deuxième cou- rant partiel non refroidi est injecté par une conduite 14 o est disposée une soupape de régulation 15, dans l'es- pace de compression. On dispose dans la conduite de pression 16 du compresseur 3 un détecteur de température 17, qui agit sur la soupape de régulation 15 par l'intermédiaire d'un élément de positionnement 18. Comme il est déjà décrit dans un passage précé- dent, la température de sortie du mélange comprimé agent de réfrigérationhuile influe sur la solubilité de'l'agent de réfrigération dans l'huile dans le séparateur d'huile 4 et donc sur la viscosité du lubrifiant D'autre part, la température de sortie ne doit pas dépasser une certaine valeur limite. Si la température de sortie s'écarte de la valeur requise à cause de conditions d'emploi qui se modi- fient, la soupape de régulation 15 s'ouvre plus ou moins en correspondance, par l'intermédiaire d'un signal prove- nant du détecteur de température 17 et transmis à l'élé- ment de positionnement 18. Tandis que dans l'exemple de réalisation qui précède,la température de sortie est contrôlée par l'inter- médiaire d'une régulation de quantité, dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 3, la régulation de la température de sortie a lieu par l'intermédiaire d'un réglage de température du courant partiel injecté dans l'espace de compression On influe ici sur une soupape à trois voies 20 en fonction du signal transmis par le détecteur de température 17 à l'élément de positionnement 21, lorsque la température de sortie s'écarte de la valeur nominale; la soupape est raccordée à deux conduites d'ame- née de la solution d'huile-agent de réfrigération dont l'une 14 diverge avant le refroidisseur 8 et dont l'autre 19 s'écarte après le refroidisseur 8 depuis une conduite collectrice 22,tandis que la conduite de sortie 14 a mène dans l'espace de compression. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 4, la température de sortie est influencée par l'intermédiaire d'une régulation d'une quantité partielle du courant partiel refroidi, tandis que le débit de la solution d'huile-agent de réfrigération non refroidie injectée par la conduite 14 dans l'espace de compression demeure constant pour une condition déterminée de fonc-. tionnement. Lorsque la température de sortie s'écarte de la valeur nominale, on influence,par l'intermédiaire d'un - élément de positionnement 23 en fonction d'un détecteur de température 17, une soupape à deux voies 24 dont la conduite d'amenée 25 arrive à la conduite collectrice 22 et dont la-conduite de sortie 26 va dans l'espace de compression La soupape à deux voies se trouve à la-tempé- rature de sortie requise dans une position intermédiaire, si bien qu'une quantité partielle de solution refroidie d'huile-agent de réfrigération est mélangée constamment à la solution non refroidie d'huile-agent de réfrigération. Dès que la température de sortie dépasse la valeur nomi- nale, la quantité, injectée dans l'espace de compression, de solution refroidie d'huile-agent de réfrigération augmente ou bien, lorsque la valeur nominale de la tempé- rature de sortie baisse, la-quantité de solution d'huile- agent de réfrigération refroidie est freinée de façon correspondante Le mélange de la solution non refroidie et de la solution refroidie d'huile-agent de réfrigération- a lieu ici à l'intérieur de l'espace de compression. Il est à noter encore que dans toutes les formes de réalisation,le courant partiel non refroidi peut aussi être injecté en plusieurs endroits de l'espace de compres- sion. En outre, il peut être approprié d'alimenter le joint d'arbre en solution non refroidie d'huile-agent de réfrigération au lieu de la même solution refroidie. 18662 REVENDICATIONS 1 Dispositif pour-l'approvisionnement en huile d'un compresseur à vis ( 3) dans une installation de réfri- gération fonctionnant en particulier comme pompe à chaleur, l'huile circulant dans un circuit fermé et étant séparée dans un séparateur d'huile ( 4) du mélange comprimé d'agent de réfrigération-huiletandis qu'à partir de l'huile sépa- rée une quantité partielle d'agent de réfrigération est dissoute dans l'huile en fonction de la pression et de la température, et qu'ensuite la chaleur de compression absorbée par l'huile est dérivée dans un refroidisseur ( 8) et la solution d'huile-agent de réfrigération est injec- tée sous pression dans le compresseur à vis, dispositif caractérisé en ce que le trajet d'écoulement ( 13) de la solution d'huile-agent de réfrigération se trouvant dans le séparateur d'huile ( 4) est subdivisé avant le refroi- disseur ( 8) en deux courants partiels-( 14, 19), dont le premier courant partiel ( 14) est injecté dans l'espace de compression ( 3) à l'état non réfrigéré à au moins un endroit, tandis que, à partir du deuxième courant partiel dans le refroidisseur ( 8), on dissipe de la chaleur de compression et que le courant partiel refroidi est amené au moins aux paliers du compresseur ( 3). 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé par un détecteur ( 17) de la température de sortie du mélange agent de réfrigération-huile, dont le signal influe sur la quantité de passage d'au moins un courant partiel. 3 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé par un détecteur ( 17) de la température de sortie du mélange agent de réfrigération-huile qui influe sur une soupape à trois voies ( 20) raccordée à deux conduites d'amenée ( 19, 14) de la solution huile-agent de réfrigéra- tion, l'une des conduites d'amenée ( 14) divergeant avant le refroidisseur ( 8) et l'autre conduite d'amenée ( 19) s'écartant après le refroidisseur ( 8), et la conduite de sortie ( 14 a) de la soupape à trois voies ( 20) allant vers l'espace de compression ( 3) -