Brevet FR2518719A1 — publié le 19830624

La présente invention, concernant des appareils fréfrigérateurs, est plus spécifiquement relative à un procédé pour faire fonctionner une installation compre- nant un compresseur, un condenseur, une valve de détente et un évaporateur, qui forment un circuit de circulation contenant comme réfrigérant, c'est-à-dire comme premier fluide, NôH, le compresseur étant lubrifié par un deuxième fluide, de l'huile, une partie de la quantité d'huile étant évacuée de façon continue à partir du com- presseur, conjointement avec du gaz EH) comprimé dans le circuit de circulation, pour réintroduire de l'huile dans le compresseur, de façon continue ou par intervalles à partir de la région à basse pression du circuit de cir- culation, c'est-à-dire à partir de la région de ce cir- cuit qui est située entre la valve de détente et le compresseur. Dans les installations de réfrigération com- prenant un compresseur lubrifié par de l'huile, une certaine quantité d'huile accompagne le réfrigérant, soit dans le cas présent NIH 3, lorsque celui-ci, sous la forme d'un gaz à pression et température relativement élevées, quitte le compresseur et entre dans le circuit de circulation Afin de faire recirculer cette quantité d'huile vers le compresseur, on a prévu un séparateur d'huile dans lequel la plus grande partie de l'huile transférée est séparée, puis recirculée dans le com- presseur Mais de petites quantités d'huile passeront au travers du séparateur d'huile et seront transférées, au travers du condenseur et de la valve de détente, avec le réfrigérant, dans la région à basse pression du circuit de circulation Habituellement il est prévu un séparateur de liquide relié à l'évaporateur et ayant pour. objet de séparer le liquide du gaz dans l'écoulement du réfrigérant qui est évacué de l'évaporateur au compres- seur Dans ce séparateur, dans lequel le réfrigérant atteint sa plus basse température dans le circuit de circulation, l'huile s'accumule Dans les installations à NH 3, cette huile ne peut être réintroduite par les moyens habituels, car la viscosité de l'huile est trop élevée à la tempé- rature régnante La relation entre la viscosité de l'huile et la température est telle, pour les huiles de lubrifi- cation du commerce, que l'huile coule à peine à 45 0, température qui est habituelle dans cette partie du cir- cuit de circulation d'une installation de réfrigération travaillant avec NH 3 La viscosité de l'huile est bien au-dessus de la valeur maximale admissible pour effectuer sa remise en circuit Ceci est réalisé de manière conti- nue en dispersant l'huile dans le réfrigérant, ce qui fait que l'huile forme de petites gouttelettes ou un aérosol, qui sont aspirés avec le réfrigérant sous une forme gazeuse dans le compresseur Dans le brevet suédois No 198 732 on expose des-moyens, prévus avec un évaporateur comportant un séparateur à liquide pour la recirculation de l'huile, qui est dispersée sous forme liquide dans le réfrigérant dans cette partie d'une installation de réfrigération Les moyens sont cons- titués par un échangeur de chaleur, qui est chauffé par le liquide réfrigérant relativement chaud provenant du condenseur, un écoulement partiel de réfrigérant avec de l'huile dispersée étant amené à passer au travers de l'échangeur de chaleur et à y être par suite échauffé, de sorte que le réfrigérant est transformé sous une forme gazeuse et entraîne l'huile avec lui sous la forme de petites gouttelettes ou d'un aérosol jusqu'à la sortie du compresseur prévue pour les gaz L'huile peut être- également recueillie et recirculée par intervalles dans le compresseur et si celui-ci est du type à piston, en arrivant dans son carter. En plus de l'inconvénient que l'huile dans les installations à NH 3 ne permet pas la recirculation à cause d'une viscosité trop élevée, l'huile exerce une influence désavantageuse sur le transfert de la chaleur dans l'évaporateur, car elle revêt ses surfaces de transfert de chaleur et détériore ainsi partiellement le rendement de la transmission de chaleur'et aplanit partiellement la rugosité superficielle, de sorte que le transfert de chaleur est affecté par l'ébulition du réfrigérant. Aussi aurait-on besoin d'un procédé simple et fonctionnellement sûr permettant la recirculation de l'huile dans les installations de réfrigération du type défini dans l'introduction. Conformément à l'invention, dans un tel pro- cédé, la quantité d'huile, transférée dans la région à basse pression du circuit de circulation, est amenée à former, conjointement avec un troisième fluide ajouté dans le circuit de circulation et qui est pratiquement insoluble dans NH 3 liquide, une phase liquide qui s'écoule relativement facilement à la température régnant dans la région à basse pression du circuit de circulation, à la suite de quoi ladite phase liquide, éventuellement - après séparation d'avec le troisième fluide, alimente le compresseur, de façon en soi connue. Dans un mode de réalisation convenable de l'invention, l'huile est amenée à former une phase li- quide conjointement avec un troisième fluide sous la forme d'un hydrocarbure ou d'un mélange d'hydrocarbures, à point d'ébullition relativement bas. On peut mentionner, comme exemple de tels hydrocarbures, le propane, le n-butane ou l'isobutane. On décrira maintenant plus en détail le prô- cédé de l'invention en se référant à l'a figure unique ci-annexée, qui montre une installation de réfrigération dans laquelle le procédé est mis en oeuvre Une telle installation de réfrigération comprend un compresseur 1, un séparateur d'huile ou "déshuileur" 2, un condenseur 3, une valve de détente 4, un évaporateur 5 associé à un séparateur de liquide 6 Un conduit 7 réinjecte l'huile provenant du déshuileur 2 dans le compresseur 1. L'évaporateur 5 est relié au séparateur de liquide 6 par des conduites 8 et 9, de façon à former un circuit de circulation comprenant l'évaporateur 5 et le sépa- rateur de liquide 6 En outre ce circuit de circulation se prolonge par un recirculateur d'huile, sous la forme d'un conduit 10 qui se raccorde à une conduite 11 allant du séparateur de liquide 6 au compresseur 1 Le conduit passe dans un échangeur de chaleur 12-qui est chauffé par l'écoulement d'une conduite 13 par laquelle un réfrigérant relativement chaud va du condenseur à la valve de détente NSE est utilisé comme réfrigérant. Le compresseur est lubrifié par de l'huile Une petite quantité d'un hydrocarbure à point d'ébullition relati- vement bas a été ajoutée à titre de troisième fluide. L'installation fonctionne de la manière suivante: NH comprimé quitte le compresseur 1, accom- pagnée par de l'huile éjectée qui est pratiquement sé- parée par le déshuileur 2 et réintroduite par la conduite 7 dans le compresseur Mais une petite quantité d'huile accompagne le gaz ammoniac dans le condenseur et arrive, en passant par la valve de détente 4, dans le circuit de circulation contenant l'évaporateur 5 et le séparateur de liquide 6 A cet endroit l'hydrocarbure et l'huile forment une phase liquide séparée, qui s'écoule avec assez de fluidité et qui est maintenue en dispersion dans l'ammoniac liquide Une faible partie de la phase liquide est amenée à passer par l'échangeur de chaleur 12, dans lequel elle est chauffée par évaporation de l'ammoniac par du gaz ammoniac relativement chaud pro venant du condenseur L'huile en dispersion est ensuite transférée avec le gaz ammoniac au c&té basse pression du compresseur en passant par le conduit 11. Comme exemple d'une opération exécutée par ce procédé, on peut citer une installation du type re- présenté sur la figure qui a été ch argée par 2 tonnes d'ammoniac 120 kg d'huile minérale ont été ajoutés pour la lubrification du compresseur-qui était du type à vis. En outre on a ajouté 30 kg de butane commercial. Pendant l'opération continue, l'ammoniac comprimé contient environ 100 millionièmes d'huile qui sont évacués de manière continue à partir du compresseur. La même quantité d'huile doit être réintroduite par l'intermédiaire du conduit d'aspiration Ceci est réalisé à l'aide du recirculateur d'huile 10, 12 au travers duquel il passe environ 1 yo du gaz qui sera comprimé par le compresseur Ceci signifie que la concentration d'huile dans l'ammoniac, dans la région à basse pression de l'installation, est de 10 000 millionièmes, corres- pondant à 20 kg d'huile Le reste de l'huile se trouve dans l'ensemble du compresseur, et principalement dans le séparateur d'huile, o la température est voisine de 850 C Une pression de gaz habituelle serait d'environ 10 à 13 bars qui correspond à des températures de condensation de 25 à 350 C. L'expérience montre qu'indépendamment de la très basse pression partielle du butane dans le sépara- teur d'huile, la concentration de butane dans l'huile est de 3 à 5 %, ce qui correspond, dans l'exemple indiqué, à 4 kg environ Une telle pollution n'a pas d'effet défavorable sur les propriétés lubrifiantes de l'huile, et elle est tout à fait admissible. Le reste du butane, soit 26 kg, se trouve dans la région à basse pression de l'installation, dans laquelle il forme une solution avec l'huile, d'environ kg, existant à cet endroit Cette solution contient ainsi plus de 50 % de butane La viscosité de la solution est inférieure à 10 e St, même à -450 C La densité de la solution est un peu plus élevée que celle de l'ammoniac liquide, ce qui signifie que la solution s'accumulera principalement dans la partie inférieure du séparateur de liquide 6 à partir duquel elle peut être récirculée à l'aide du recirculateur d'huile 10, 12 dans le conduit d'aspiration et renvoyée au compresseur. Le gaz aspiré, comme le gaz sous pression, contient 100 millionièmes d'huile et plus de 100 mil- lionièmes de butane Les quantités d'huile et de butane dans les conduits 11 et 13 et dans le condenseur 3 peuvent être complètement négligées en ce qui con- cerne la teneur dans le déshuileur 2, dans le sépa- rateur de liquide 6 et dans l'évaporateur 5. La pression partielle du gaz d'aspiration peut atteindre au plus une limite qui est fournie par la capacité du recirculateur d'huile et la concentration de butane dans l'ammoniac liquide, c'est-à-dire qu'elle correspond à 1 % de 13 000 millionièmes ou-à 130 millionièmes L'huile accompagnant le gaz d'aspiration rejoindra le reste de l'huile utilisé pour la lubri- fication du compresseur En dépit du fait que l'huile qui arrive contient plus de 50 % de butane, il ne se produira pas d'élévation de la concentration de-butane dans le séparateur d'huile, mais tout le butane est chassé de l'huile dans le déshuileur, dans lequel la- concentration est de 3 à 5 % dans ladite région. Dans l'exemple représenté, on n'utilise qu'un compresseux Or les installations de réfrigération pour basses températures sont souvent conçues sous forme d'installations à deux ou trois étages qui compriment le gaz réfrigérant venant de l'évaporateur ou de son séparateur de liquide en deux ou trois étages à l'aide de deux ou de trois compresseurs Même dans des installations de ce type le procédé selon l'invention peut être utilisé avec avantage. i REVENDICATIONS 1 Procédé pour faire fonctionner une instal- lation de réfrigération, comprenant un compresseur, un condenseur, une valve de détente et un évaporateur, qui forment un circuit de circulation contenant comme réfrigérant, c'est-à-dire comme premier fluide, NH 3, le compresseur étant lubrifié par un deuxième fluide, de l'huile, dont une partie est évacuée de manière continue à partir du compresseur, conjointement avec du gaz NHô 3, comprimé dans le circuit de circulation, pour réintroduire de l'huile dans le compresseur, de façon continue ou par intervalles à-partir de la région à basse pression du circuit de circulation O'-est-à- dire à partir de la région de ce circuit qui est située entre la valve de détente et le compresseur, ledit pro- cédé étant caractérisé en ce que la partie de l'huile qui est transférée dans la région à basse pression ( 5, 6, 8, 9, 10, 11) du circuit de circulation est - amenée à former conjointement avec un troisième fluide ajouté au circuit de circulation et qui est prati- quement insoluble dans NH 3 liquide une phase liquide, qui s'écoule relativement facilement à la température régnant dans la région à basse pression du circuit de circulation, à la suite de quoi ladite phase liquide, éventuellement après séparation du troisième fluide, alimente le compresseur ( 1) d'une manière en soi connue. 2 Procédé selon la revendication 1, *caracté- risé en ce que l'huile est amenée à former une phase liquide avec un troisième fluide ayant la forme d'un hydrocarbure ou d'un mélange d'hydrocarbures à point d'ébullition relativement bas. 3 Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que lthuile est amenée à former une phase liquide avec du propane, du n-butane, de l'isobutane ou avec un mélange de ces corps.