Brevet FR2564956A1 — publié le 19851129

ACCUMULATEUR DE REFRIGERANT PAR ASPIRATION, EN PARTICULIER POUR DES UNITES DE TRANSPORT FRIGORIFIQUES Cette invention concerne la technique des accumu- lateurs de réfrigérant par aspiration, et en particulier un type d'accumulateur de réfrigérant par aspiration qui convient spécialement, quoique non exclusivement, pour être utilisé dans une unité de transport frigorifique. Comme on le sait, un accumulateur par aspiration utilisé dans un système de réfrigération par compression de vapeur est intercalé entre l'évaporateur de réfrigé- rant et le compresseur de réfrigérant, et son but prin- cipal est d'empêcher des quantités indésirables de réfri- gérant liquide de retourner au compresseur, tout en per- mettant l'écoulement de réfrigérant gazeux de l'accumu- lateur vers le compresseur. Une réalisation typique d'un accumulateur par aspiration actuellement utilisé dans les systèmes de transport frigorifiques est décrite dans le brevet américain n 3 420 071. Comme il y est indiqué, un tube de retour de l'évaporateur envoie du réfrigérant O20 essentiellement sous forme gazeuse et, selon les conditions, dans une certaine mesure sous forme liquide, vers la partie interne supérieure de l'enveloppe d'accumulateur. Le réfrigérant liquide est destiné à goutter au fond du carter de l'enveloppe, tandis que du réfrigérant gazeux pénètre dans une extrémité d'un tube en U se trouvant dans la partie supérieure de l'enveloppe, et s'écoule à travers celle-ci vers un orifice de sortie au sommet de l'enveloppe et retourne vers le compresseur. Le tube en U possède un orifice de captage d'huile dans sa partie coudée qui permet à l'huile du réfrigérant liquide de pénétrer dans le tube en U pour retourner vers le compresseur. Comme il est d'usage dans un environnement de système de transport frigorifique, l'accumulateur possède au fond un bouchon ou une autre structure dans laquelle on fait circuler de l'eau chaude provenant du moteur à combustion interne pour 256 4956 évaporer par ébullition le réfrigérant liquide pouvant se trouver dansle carter. Comme c'est le cas dans un système de transport frigorifique, sous certaines conditions de fonctionnement, comme par exemple lors d'un passage d'un mode de réfrigé- ration à un mode de chauffage ou dégivrage, et en parti- culier lorsque l'évaporateur fonctionne à basse tempé- rature et par une faible humidité, une grande quantité de liquide se trouve déversée dans l'accumulateur. Parfois, ce liquide en peut être évaporé suffisamment vite par la chaleur dégagée par l'eau de moteur et commence à remplir la partie inférieure du tube en U, en rétrécissant ainsi la section de circulation de vapeur de ce tube, de sorte que la vapeur va s'écouler à de plus grandes vitesses et transporter plus de liquide vers le compresseur. En outre, lorsque la vapeur se volatilise, elle produit une ébul- lition violente du liquide dans le carter, un mélange liquide-vapeur moussant. Le niveau de cette mousse peut s'élever suffisamment haut pour pénétrer dans le tube en U directement par le sommet, en se mélangeant de ce fait avec le liquide entraîné vers le compresseur. Selon les conditions, la quantité de liquide retournant vers le compresseur est quelquefois suffisante pour produire un bouillonnement de liquide, avec pour résultat un endom- magement des pièces de compresseur, et même une destruc- tion du compresseur. C'est l'objectif principal de l'invention de fournir un accumulateur par aspiration perfectionné qui réduit de façon significative le problème de retour de réfrigé- rant liquide vers le compresseur. Ainsi, conformément à l'invention, on fournit un accu- mulateur possédant à l'intérieur une chambre secondaire ou de réception et de rétention de réfrigérant séparée du carter à liquide, et le réfrigérant retournant à l'ac- cumulateur est dirigé à l'intérieur de cette chambre secondaire, d'o on le laisse goutter dans le carter à travers un orifice doseur. L'orifice de sortie du tube de retour de réfrigérant venant de l'évaporateur est disposé pour diriger le réfrigérant retournant à l'accu- mulateur dans la chambre secondaire. En retenant un peu de liquide réfrigérant dans la chambre secondaire sous des conditions de retour massif de réfrigérant liquide vers l'accumulateur, la chaleur fournie au carter de l'accumulateur a de meilleures chances de vaporiser le réfrigérant liquide et ainsi de faire sortir de l'accu- mulateur le réfrigérant sous forme gazeuse à travers le tube en U usuel. De ce fait, les problèmes mentionnés plus haut et rencontrés jusqu'ici sont généralement évités. On va maintenant décrire à titre d'exemple unique- ment des réalisations préefrables de l'invention, en se i5 référant aux dessins annexes, sur lesquels la figure 1 est une illustration schématique d'un système de transport frigorifique du. type approprié pour l'utilisation de l'accumulateur de I'invention; la figure 2 est une coupe partiellement éclatée et essentiellement verticale d'une forme d'accumulateur conforme à. l'invention; la figure 3 est une vue de dessus de l'accumulateur de la figure 2; la figure 4 est urne vue isomatrique de la chambre - secondaire emp_,e d-pns accuuateur des figures 2 et 3; la fiaure 5 est essentiellement uine coupe verticale d'un accumulaLeur représentant une autre réalisation de l'invention; la figure 6 est une vue De dessFus de laccunmulat-eur de la figure 5; la figure 7 est une vue isometrique de la plaque et du tube faisant partie dl la eiambre secondaire de l'ac- cimulateur des figures 5 et 6. ars le s.st:e de tra-nsport f-iroCrifique représenté scme4tiquement - sur __ iu 1.re 1, un mot eur i0 combustion interne entreai.]n un 1c2]p. :essfur 12 de rFrigeran' qui pompe du gaz chaud vers une valve 14 à trois voies qui, lorsqu' elle est réglée en position de réfrigération, envoie le gaz chaud vers un condenseur 16. Le liquide réfrigérant parvient, du condenseur 16, par l'intermédiaire d'une valve 18 d'expansion, à un évaporateur 20, d'o le ré- frigérant s'écoule à travers un conduit 22 de retour d'évaporateur dans la partie supérieure d'un accumulateur 24. Principalement, le réfrigérant gazeux quitte l'accu- mulateur 24 et retourne au compresseur 12 par le conduit 26. On fait circuler de l'eau de réfrigération de moteur à travers un conduit 28 vers une chemise d'eau 30 au fond de l'accumulateur, d'o le réfrigérant retourne au radia- teur de moteur (non représenté) et au moteur 10 par un conduit 32. La description du système suppose jusqu'ici que le système fonctionne en mode réfrigération. Le système peut être placé en mode chauffage ou dégivrage, en positionnant la valve 14 à trois voies de façon qu'elle dirige le gaz chaud du compresseur 12 directement vers la valve d'expansion 18. La direction d'écoulement de réfri- gérant en mode réfrigération est indiquée par des flèches en traits pleins, et est indiquée par des flèches en traits pointillés en mode chauffage ou dégivrage. Tous les élé- ments présents dans un système de transport frigorifique réel ne sont pas représentés sur la figure 1, mais ceux que l:on a omis sont sans importance relativement au sujet de cette invention. Une forme de réalisation d'accumulateur conforme à l'invention est représentée sur les figures 2 à 4. L'accu- mulateur possède une enveloppe cylindrique 24 avec une paroi supérieure 36 et une paroi de fond 38. Le tube 22 de retour de l'évaporateur envoie du réfrigérant dans l'espace intérieur supérieur de l'enveloppe 24. Un moyen de sépa- ration est disposé dans cette dernière et forme une chambre secondaire ou de réception et de rétention de réfrigérant, généralement désignée sous la référence 40, cette chambre étant ouverte vers le haut et située à l'intérieur de l'enveloppe de sorte que l'extrémité 42 de déversement du tuyau 22 de retour de réfrigérant, désigné également ici sous le nom d'orifice d'entrée de l'enveloppe, soit située directement au-dessus de la chambre. Dans cette réalisation, le moyen de séparation défi- nissant la chambre 40 comprend une paroi 44 disposée selon une corde, une paroi courbe 46 et une paroi de fond 48 possédant à l'intérieur un petit orifice 50 d'égouttement. La chambre 40 est située à l'intérieur de l'enveloppe à une hauteur telle que sa paroi de fond 48 soit élevée re- lativement à l'espace de fond 52 de l'enveloppe, lequel espace de fond étant ci-après désigné sous le nom de carter. L'accumulateur contient un tube en U dont une branche 54 est ouverte sur l'espace intérieur supérieur de l'enve- loppe 24, et dont une autre branche 56 s'étend à travers la paroi supérieure 36 de l'enveloppe de façon étanche avec celle-ci, et possède un trou 58 casse-vide ou anti-siphon, et un coude 60 situé dans le carter 52, ainsi qu'un trou ou orifice 62 de retour d'huile, comme c'est l'usage dans de tels tubes. Comme on le voit sur la figure 3, l'extrémité 42 de déversement du tube 22 de retour de réfrigérant est décalée de l'extrémité supérieure ouverte de la branche 54 du tube en U, ou en dehors de l'alignement avec celle-ci, de façon à minimiser un déversement direct du tube de retour 22 dans le tube en U. Le liquide entraîné dans la vapeur réfrigérante pénétrant dans l'accumulateur et venant du tube de retour 22 va goutter dans la chambre secondaire 40 pendant que la vapeur est libre de pénétrer dans l'ex- trémité ouverte de la branche 54 du tube en U pour être envoyée au compresseur. Il peut être souhaitable, dans certains cas, de prévoir un déflecteur à l'extrémité de déversement 42 du tube de retour 22, de façon à dévier le réfrigérant vers le côté de l'enveloppe logeant la chambre secondaire 40. Des lignes de niveau de liquide sur la figure 2 indiquent des niveaux de liquide typiquement atteints dans le carter 52 et la chambre secondaire 40 sous certaines conditions de fonctionnement, résultant en un retour de liquide important vers l'accumulateur. Dans la deuxième réalisation de l'invention repré- sentée sur les figures 5 à 7, la chambre secondaire 64 occupe essentiellement toute la section intérieure de l'accumulateur à un niveau élevé par rapport au carter 52. On a attribué le même numéro de référence aux pièces qui sont les mêmes que celles des figures 2 à 4. Une plaque circulaire 66 est prévue à une positionrintermé- diaire et des trous 68 et 70 y sont prévus pour loger les branches 54 et 56 du tube en U, respectivement, et elle possède un orifice d'égouttement 72 pour doser le liquide réfrigérant et l'huile qu 'il contient tandis que le liquide s'égoutte vers le carter 52. La plaque porte aussi un conduit à vapeur qui s'étend vers le haut depuis la plaque et dont l'extrémité supérieure ouverte est située dans l'espace intérieur supérieur de l'accumulateur. Le tube 74 fonctionne pour permettre à la vapeur volatilisée dans le carter de s'élever dans l'espace intérieur supé rieur de la chambre secondaire 64, et ensuite de pénétrer dans l'extrémité ouverte de la branche 54 du tube en U. Dans la réalisation particulière représentée, le tube 22 de retour de l'évaporateur est directement au-dessus de l'extrémité supérieure ouverte de la branche 54 du tube en U. Pour cette raison, un déflecteur 76 est prévu à l'extrémité de déversement du tube 22 pour écarter de l'extrémité ouverte de la branche 54 le réfrigérant en- trant dans l'accumulateur. Une autre façon de minimiser une entrée directe dans la branche 54 serait de reposi- tionner l'extrémité de déversement du tube 22 dans le quadrant de la paroi supérieure 36 de l'enveloppe qui est diamétralement opposé à la position du conduit à vapeur 74. Avec un accumulateur selon l'invention, on évite le -64956 problème d'un excès de liquide dans le carter de l'accu- mulateur à tout instant. Ceci permet à la chaleur dispo- nible à la chemise d'eaui 30, selon la quantité de liquide dans le carter, de volatiliser la vapeur. Bien qu'un peu de liquide réfrigérant sera normalement introduit dans le tube en U à travers l'orifice de retour d'huile 62, il ne sera pas suffisant pour poser quel!u.e problème que ce soit avec le compresseur lorsqu'il 7 retournera. En outre, le niveau de liquide plus bas dans le carter réduit de façon significative la probabilité d'une agitation et d'un écumage violents, comme cela est possible avec les accu- - mulateurs conventionnels. Bien que la chaleur fournie au carter ait été décrite ici comme provenant du réfrigérant de moteur, elle pour- rait venir d'autres sources, telles que d'un dispositif de chauffage électricque ou du gaz rejeté par le moteuro De plus, bien que Ie la chaleur puisse être appliquée sur l'extérieur de la chai.bre secondaire, la source de chaleur unique envisage, ici pour le carter est considérée comme étant appropriée La prévention d'un niveau de liquide élevé dans le carter permise par l'accumulateur conforme à l'invention résulte en un mouvement de vapeur à travers le tube en U sans être fortement limité par l'accumulation de liquide dans le fond du tube en U. La diminution de la chute de pression de vapeur se pr-oduisant lorsque le réfrigérant traverse l'accumulateur augmentera potentiellement la capacité de chauf:fage du système tout entier. En outre, la capacité de chauffage du système sera automatiquement amnliorée lorsque mcins de réfrigérant liquide sera transporté vers le compresseurs REVENDICATIONS 1. Accumulateur de réfrigérant par aspiration com- prenant une enveloppe (24) possédant un espace intérieur qui définit un carter à liquide (52), un moyen (30) pour fournir de la chaleur au moins audit carter à liquide, un moyen (22) d'arrivée pour déverser le réfrigérant reçu d'un évaporateur de réfrigérant dans ladite enveloppe, et des moyens (54-62) de sortie communiquant avec un es- pace intérieur supérieur de l'enveloppe pour recevoir de celle-ci le réfrigérant essentiellement à l'état gazeux et l'envoyer vers un compresseur de réfrigérant, caracté- risé en ce que ladite enveloppe contient un moyen de sépa- ration définissant une chambre (40 ou 64), ouverte vers le haut, de réception de réfrigérant et de rétention de liquide, qui (a) est disposée pour recevoir le réfrigé- rant venant dudit moyen d'arrivée, (b) dont le fond est à une hauteur élevée relativement audit carter à liquide, et (c) comporte un orifice d'égouttement (50 ou 72) situé dans la partie inférieure de la chambre et de taille telle qu'il dose le liquide s'écoulant de celle-ci vers le carter à liquide (52) à une vitesse limitant l'accumula- tion de liquide dans le carter et. retenant temporairement le liquide en excès venant dudit moyen d'arrivée (22) dans ladite chambre lors des conditions de trop-plein temporaire de liquide venant de l'évaporateur. 2. Accumulateur de réfrigérant par aspiration selon la revendication 1, caractérise en ce que lesdits moyens de sortie (54-62) comprennent un tube essentiellement en forme de U contenu dans l'enveloppe (24) et possédant un orifice (62) de retour d'huile formé dans son coude (60), le coude dudit tube étant situé dans le carter (52), l'extrémité ouverte d'une (54) de ses branches étant située dans ledit espace intérieur supérieur, et son autre branche (56) s'étendant de fa-on étanche à l'extérieur de l'enveloppe pour la connection de celle-ci au côté aspirant du compresseur de réfrigérant, la disposition étant telle qu'elle minimise l'entrée directe de liquide venant dudit moyen d'arrivée (22) dans l'extrémité ouverte de ladite branche (54). 3. Accumulateur de réfrigérant par aspiration selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen de séparation comprend une paroi (44) s'étendant selon une corde à l'intérieur de l'enveloppe (24), ledit tube en U (54-62) s'étendant à travers l'espace situé entre ladite paroi et la portion adjacente (34) de paroi d'enveloppe extérieure à ladite chambre (40). 4. Accumulateur de réfrigérant par aspiration selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de séparation comprend une plaque (66) occupent essentiel- lement toute la section intérieure de l'enveloppe (24) et formant le fond de ladite chambre (64), ladite plaque possédant à l'intérieur ledit orifice d'égouttement (72) et possédant sur elle un conduit à vapeur (74) ouvert à i'extiémite, qui communique avec l'espace situé sous la plaque et qui s'étend depuis cette dernière vers le haut dans ledit espace intérieur supérieur de l'enveloppe. 5. Accumulateur de réfrigérant par aspiration selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que ladite plaque (66) possède à l'intérieur des ouvertures (68,70) à travers lesquelles s'étendent les branches respectives (54,56) dudit tube essentiellement en forme de U.