Brevet FR2599269A1 — publié le 19871204

La présente invention concerne la technique frigorifique et a, notamment, pour objet un séparateur d'huile. I1 est plus efficace d'appliquer la présen05 te invention dans des machines frigorifiques à groupe compresseur dans lesquelles on utilise comme agent frigorifique de l'ammoniac, des fréons, du gaz carbonique et de l'air. L'invention peut être appliquée dans diffé10 rentes branches de la technique o on utilise le froid artificiel ainsi que dans l'industrie chimique et dans la technique cryogénique. A l'heure actuelle, dans les installations frigorifiques à groupe compresseur, le captage de l'hui15 le entraînée par un courant d'agent frigorifique depuis des compresseurs, huile qui provoque, après sa pénétration dans le système d'évaporation d'une installation frigorifique, une consommation excessive d'énergie électrique pour la production de froid, présente un problè20 me qui n'est pas encore résolu. L'huile déposée sur la surface des conduites des appareils frigorifiques crée une résistance thermique complémentaire et rend difficile l'évacuation de la chaleur d'un objet à refroidir. Quant à l'effet frigorifique requis qu'on désire obte25 nir, cet inconvénient provoque une baisse de la température d'ébullition de l'agent frigorifique dans le système d'évaporation et impose d'augmenter la surface des appareils frigorifiques. La quantité d'énergie supplémentaire dépensée atteint 20 % de la consommation 30 totale d'énergie. Du fait que la tendance de l'économie des ressources énergétiques s'est accentuée, le problème du fonctionnement d'une installation frigorifique à groupe compresseur en régime économique est devenu 35 plus important. Les procédés utilisés à l'heure actuelle pour la séparation de l'huile de l'agent frigorifique gazeux ou liquide et les dispositifs pour leur mise en oeuvre ne permettent pas de résoudre ce problème pour une ou l'autre cause. L'efficacité des dispositifs connus est de 60 à 75 %. Il existe à l'heure actuelle, des séparateurs d'huile appliquant différents procédés de captage de l'huile et utilisant différents dispositifs pour leur mise en oeuvre. Quoiqu'il existe une vaste multitude de 10 procédés de captage de l'huile et des constructions nombreuses de séparateurs d'huile, on peut les réduire à un petit nombre de types et les classer en séparateurs mécaniques creux, séparateurs à épuration humide des vapeurs d'agent frigorifique et séparateurs fil15 trants. On connaît un séparateur d'huile (cf. certificat d'auteur de l'U.R.S.S. N 866361) d'un type à épuration humide ayant un circuit de circulation de liquide destiné à améliorer le processus de condensa20 tion des particules d'huile finement dispersées. L'inconvénient principal de ce séparateur d'huile réside en ce qu'il est difficile d'évacuer l'huile séparée. De plus, une pompe, montée dans le circuit de circulation de liquide, complique la conception, baisse sa fiabilité et nécessite une consommation complémentaire pour la production de froid. On connaît une installation frigorifique pourvue d'un séparateur d'huile (brevet d'invention DE-A-1 207 945), comportant un corps à l'intérieur du30 quel est logé un: élément de chauffage pour l'évaporation de l'agent frigorifique liquide et un dispositif d'évacuation d'huile. L'inconvénient de ce séparateur d'huile réside en la nécessité de dépenser une quantité supplémentaire d'énergie électrique pour l'évapora35 tion de l'agent frigorifique et pour l'aspiration des vapeurs formées. En outre, l'installation frigorifique nécessite plusieurs séparateurs d'huile pour qu'on puisse mettre au repos l'un d'eux en vue d'effectuer, dans celui-ci, le processus d'évaporation de l'agent frigorifique et d'évacuer ensuite'l'huile séparée. On connait un brevet d'invention des Etats05 Unis d'Amérique US-A-3 534 564 selon lequel le séparateur d'huile est constitué par deux parties. Dans l'une d'elles, sont refroidies les vapeurs d'agent frigorifique arrivant du compresseur et dans l'autre l'huile est séparée des vapeurs d'agent frigorifique par un mode mécanique. Pour le refroidissement, on utilise l'ammoniac liquide provenant du compresseur. La vapeur est recyclée dans le condensateur tandis que l'ammoniac liquide est véhiculé avec l'huile épaissie vers la deuxième partie du séparateur d'huile dans laquelle l'hui15 le est séparée de l'agent frigorifique liquide. Les inconvénients de ce séparateur d'huile comprennent une résistance hydraulique dans la zone de séparation de l'huile de l'agent frigorifique, une conception compliquée et un montage difficile du sytème pour l'amenée 20 de l'ammoniac liquide depuis le condensateur. On connait un séparateur d'huile pour machines frigorifiques dans lequel on sépare l'huile entraînée du compresseur de l'agent frigorifique, en changeant la direction du courant et en diminuant la vitesse de déplacement de l'agent frigorifique ("Installations frigorifiques" par E. S. Kurylev, N. A. Gerasimov, Leningrad, Mashinostroenie, 1970, pages 252 à 253). L'inconvénient de ce séparateur réside en une basse efficacité du fait qu'il ne capte que 65 % d'huile entraînée 30 par les vapeurs d'agent frigorifique. On connaît aussi un séparateur d'huile (cf. "Installations frigorifiques" par E. S. Kurylev, N. A. Gerasimov, L. Mashinostroenie, 1970, pages 253 a 254) comportant un corps, disposé verticalement et pourvu de 35 tubulures pour l'amenée et l'évacuation des vapeurs chaudes d'agent frigorifique et pour l'amenée de l'agent frigorifique liquide. Un séparateur est monté a la par- tie supérieure du corps. Le niveau d'agent frigorifique à travers lequel barbotent les vapeurs chaudes d'agent frigorifique, est maintenu constant. En passant par la couche d'agent frigorifique, les vapeurs d'agent frigo05 rifique se débarrassent de l'huile. Au moment initial du fonctionnement, l'efficacité du séparateur d'huile est de 95 à 97 % d'huile entraînée, ensuite elle décroit au fur et à mesure de la séparation de l'agent frigorifique de l'huile et se trouve au voisinage de 60%. 10 Le séparateur d'huile fonctionne de la manière suivante. Les vapeurs d'ammoniac entrent à partir du haut dans le séparateur d'huile à travers une tubulure 15 sous une couche d'ammoniac liquide. En circulant à travers le liquide, les particules d'huile se refroidissent, se condensent en formant de gros agglomérats et restent dans l'ammoniac liquide. Après être passées par le séparateur, les vapeurs épurées arrivent dans le con20 densateur. Après le fonctionnement du séparateur d'huile pendant une certaine période, la quantité d'huile dans l'ammoniac liquide croit et l'efficacité du séparateur d'huile baisse. Pour évacuer l'huile séparée, il est nécessaire d' interrompre l'amenée de l'ammoniac liquide dans le séparateur d'huile et d'évaporer tout l'ammoniac liquide pendant 3 à 10 heures et, ensuite, en opérant manuellement, on évacue l'huile dans un collecteur d'huile. Pendant cette période, le séparateur fonctionne comme un séparateur creux, c'est-à-dire son efficacité est 30 d'à peu près 60 %. Après avoir évacué l'huile, on recommence l'amenée de l'ammoniac liquide dans le séparateur d'huile et le cycle de fonctionnement recommence. Il s'ensuit que tous les séparateurs d'huile 35 sont caractérisés par un même inconvénient important, donc le problème de l'évacuation continue de l'huile séparée au cours du fonctionnement de l'installation frigorifique n'est pas résolu. L'huile est évacuée périodiquement à la main ce qui influe défavorablement sur l'efficacité de la séparation de l'huile. Il arrive bien souvent que l'huile évacuée dans le collecteur 05 d'huile contienne une quantité notable d'ammoniac liquide. Le processus d'évaporation de l'ammoniac nécessite un temps important pour sa réalisation et entraîne de ce fait, une baisse de la productivité de l'installation frigorifique. Il convient de noter que l'é10 vacuation de l'huile se fait à la main et qu'elle présente parfois un danger. Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients susmentionnés. On s'est donc proposé de mettre au point un séparateur d'huile, dont la conception permettrait d'évacuer de l'agent frigorifique, l'huile en continu pendant le fonctionnement de l'installation frigorifique. Le but de la présente invention est atteint 20 à l'aide d'un séparateur d'huile comportant un corps cylindrique vertical, pourvu d'une tubulure d'amenée de l'agent frigorifique liquide et de tubulures pour respectivement l'amenée et l'évacuation des vapeurs d'agent frigorifique, et un séparateur, monté dans la 25 partie supérieure du corps en amont de la tubulure d'évacuation, séparateur caractérisé, selon l'invention, en ce qu'un collecteur d'huile, pourvu d'une cloison annulaire verticale et d'une tubulure d'évacuation d'huile, est monté à la partie inférieure du 30 corps, la tubulure d'amenée des vapeurs d'agent frigorifique étant engagée dans le corps par le bas coaxialement à la cloison de manière à former avec celle-ci une barrière d'huile et porte, à son extrémité de sortie, disposée au-dessus du niveau de l'agent 35 frigorifique liquide dans le corps, un bottier de guidage avec un orifice prévu dans son fond et des orifices prévus dans ses parois latérales. Le séparateur d'huile proposé permet de capter l'huile d'une manière efficace et de l'évacuer en continu de l'agent frigorifique pendant le fonctionnement de l'installation frigorifique. On obtient cela 05 en introduisant la tubulure d'amenée des vapeurs d'agent frigorifique dans la partie inférieure du séparateur d'huile et en utilisant ainsi la chaleur (la température de la surface extérieure de la tubulure est de 80 à 150 C) des vapeurs chauffées d'agent frigori10 fique pour évaporer l'agent frigorifique de l'huile. La barrière d'huile empêche l'agent frigorifique de pénétrer à partir de l'enceinte de barbotage du séparateur d'huile dans le collecteur d'huile qui sert à recueillir l'huile épurée de l'agent frigorifique s'é15 chappant en continu à travers la tubulure d'évacuation d'huile depuis le collecteur d'huile ainsi qu'à collecter des impuretés mécaniques dégagées de l'huile chauffée évacuée périodiquement du collecteur d'huile. Le boîtier, monté sur l'extrémité de sortie 20 de la tubulure d'amenée des vapeurs d'agent frigorifique, sert à changer la direction du mouvement du courant d'agent frigorifique et à l'envoyer sous la couche d'agent frigorifique liquide. L'orifice percé dans le fond du bottier sert à égaliser la pression dans l'es25 pace de vapeur du séparateur d'huile et dans la tubulure d'amenée des vapeurs d'agent frigorifique, ce qui empêche l'agent frigorifique liquide de pénétrer dans ladite tubulure à l'arrêt de l'installation frigorifique. Selon la variante préférentielle de la réalisation de l'installation, on a monté des ajutaqes tangentiels à fente dans les orifices latéraux du boitier. Les ajutages servent à communiquer la rotation à l'agent frigorifique liquide dans le séparateur d'hui35 le. Pendant le mouvement rotatif de l'agent frigorifique liquide, l'huile se dirige, sous l'effet de la difference des densités de l'agent frigorifique et de l'huile, atteignant à peu près 30 %, vers la périphérie du corps du séparateur d'huile et s'écoule à travers la barrière d'huile dans le collecteur d'huile. Il est assez avantageux que le séparateur 05 d'huile soit muni d'un régulateur de niveau d'huile de type à flotteur, mis en communication avec la tubulure d'évacuation d'huile et d'un tube d'égalisation qui met en communication les espaces à vapeur du régulateur et du corps. Le régulateur utilisé à cet effet 10 est de construction simple et sert à évacuer automatiquement l'huile du collecteur d'huile et permet de maintenir une haute efficacité du-travail du séparateur d'huile quels que soient les régimes de fonctionnement de l'installation frigorifique. Le tube d'éga15 lisation sert à égaliser la pression dans les espaces à vapeur du régulateur et du corps du séparateur d'huile. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celles-ci apparaîtront 20 mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec référence aux dessins annexés non limitatifs, sur lesquels: - la Figure 1 représente, en coupe longitudina25 le, un schéma de principe du séparateur d'huile, selon l'invention; - la Figure 2 est une coupe suivant la ligne IIII de la Figure 1. Le séparateur d'huile comporte un corps cy30 lindrique vertical 1 (Figure 1) à la partie inférieure duquel est monté un collecteur d'huile 2 dans laquelle est logée une cloison annulaire 3 fixée d'une manière étanche sur le corps 1. Le corps 1 est muni d'une tubulure d'amenée 4 d'un agent frigorifique liquide, par exemple de l'ammoniac ainsi que de tubulures 5, 6 pour respectivement l'amenée et l'évacuation des vapeurs d'agent frigorifique. La tubulure 5 est engagée par le bas dans le creux du corps 1 à travers le collecteur d'huile 2 coaxialement à la cloison 3 en ménageant un espace annulaire 7 par rapport à ladite cloison. L'extrémité de sortie de la tubulure 5 est disposée au05 dessus du niveau de l'ammoniac liquide dans le corps 1 et est munie d'un boitier de guidage 8 ayant un orifice 9 percé dans le fond et des orifices latéraux 10 pourvus d'ajutages tangentiels à fente 11 (Figure 2). Conjointement avec la cloison 3 (Figure 1), la tubulu10 re 5 forme une barrière d'huile. Le séparateur d'huile comporte aussi un régulateur 12 de type à flotteur mis en communication par la tubulure 13 avec le collecteur d'huile 2. Le régulateur 12 est exécuté-sous forme d'une 15 chambre 14 dans laquelle est logé un flotteur 15 associé à une soupape à pointeau. L'huile est évacuée à travers une tubulure 16. Les espaces à vapeur du régulateur 12 et du corps 1 sont mis en communication l'un avec l'autre par un tube d'égalisation 17, monté dans le corps 20 1. La tubulure 6 pour l'évacuation des vapeurs d'agent frigorifique est disposée dans la partie supérieure du corps 1. Le séparateur, constitué par des cloisons coniques perforées 18, est monté lui aussi dans la partie supérieure du corps 1. Une cloison perforée 19, desti25 née à laminer le mouvement turbulent du mélange liquide huile-ammoniac est logée dans le creux du corps 1, rempli d'agent frigorifique liquide. Le collecteur d'huile 2 est pourvu d'une tubulure 20 pour l'évacuation périodique des impuretés mécaniques. Le séparateur d'huile faisant l'objet de l'invention fonctionne de la manière suivante. Les vapeurs d'agent frigorifique, contenant des particules d'huile, arrivent du compresseur puis sont amenées à travers la tubulure 5 du bas du sépara35 teur d'huile et sont dirigées vers le bottier de guidage 8 dans lequel la direction du courant de vapeur change. Ensuite, le courant de vapeur s'échappe des ajutages tangentiels à fente 11 à une grande vitess V voisine de 25 à 35 m/s et met l'agent frigorifique liquide en rotation dans le corps 1. En même temps, les vapeurs d'huile se trouvant dans le courant de vapeur se con05 densent et restent dans le liquide. Pendant la rotation de l'agent frigorifique, l'huile, dont la densité est supérieure de 30 % à celle de l'agent frigorifique liquide, est éjectée vers la périphérie, vers la paroi du corps 1 du séparateur d'huile et s'écoule 10 dans sa partie inférieure. Débarrassée de l'huile, les vapeurs d'agent frigorifique passent à travers les cloisons 18 et la tubulure 6 et parviennent dans le condensateur de l'installation frigorifique (non représentée sur les Figures). L'huile collectée dans la partie inférieure du séparateur d'huile o se trouve aussi l'agent frigorifique parvient dans l'espace annulaire 7, formé par la surface extérieure de la tubulure 5, dont la température est de 120 à 150 C et la surface inté20 rieure de la cloison annulaire 3. L'huile arrivée avec l'agent frigorifique dans l'espace annulaire 7 s'échauffe, l'agent frigorifique s'évapore et l'huile ainsi épurée se déplace à travers l'espace annulaire 7 à la vitesse V - 8-12 cm/h et parvient dans le col25 lecteur d'huile 2. Ensuite, en changeant le sens de déplacement l'huile parvient par la tubulure 13 dans la chambre à flotteur 14 du régulateur 12 et puis est évacuée automatiquement à travers la tubulure 16 dans le système d'approvisionnement en huile de l'installa30 tion frigorifique. En même temps, à la suite du changement de la direction de l'huile chauffée dans le séparateur d'huile 2, les impuretés mécaniques se déposent et sont évacuées périodiquement du collecteur d'huile 2 à travers la tubulure 20. C'est ainsi qu'on 35 effectue tout le cycle de captage, de déposition, de séparation de l'huile de l'agent frigorifique et de son évacuation automatique. L'huile est évacuée de la manière suivante. La colonne d'ammoniac liquide et la colonne d'huile sont égalisées dans le séparateur d'huile par la hauteur de la colonne d'huile entre le régulateur et le 05 collecteur d'huile. Quand la hauteur de la colonne d'huile augmente dans le séparateur d'huile, la hauteur de la colonne d'ammoniac liquide diminue et leur somme est supérieure à la hauteur de la colonne d'huile. A ce moment, l'huile est chassée dans la chambre 10 à flotteur, le flotteur 15 monte en actionnant par un tirant la soupape à pointeau, qui monte en ouvrant l'orifice du régulateur, et l'huile, s'échappe à travers la tubulure 16 dans le système d'approvisionnement en huile de l'installation frigorifique. REVENDICATIONS 1. Séparateur d'huile, comportant un corps cylindrique (1) pourvu d'une tubulure (4) d'amenée d'un agent frigorifique et de tubulures (5, 6) pour 05 respectivement l'amenée et l'évacuation de l'agent frigorifique et un séparateur, monté dans la partie supérieure du corps (1) en amont de la tubulure d'évacuation (6), caractérisé en ce qu'un collecteur d'huile (2), pourvu d'une cloison annulaire (3) et 10 d'une tubulure (13) d'évacuation d'huile, est monté à la partie inférieure du corps, la tubulure d'amenée (5) des vapeurs d'agent frigorifique étant engagée dans le corps (1) par le bas coaxialement à la cloison (3) de manière à former avec celle-ci une barriè15 re d'huile, et porte, à son extrémité, de sortie, disposée au-dessus du niveau de l'agent frigorifique dans le corps (1), un bottier de guidage (8) avec un orifice (9) prévu dans son fond et des orifices (10) prévus dans ses parois latérales. 2. Séparateur d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce que des ajutages (11) à fente sont montés dans les orifices latéraux (10) du bottier (8). 3. Séparateur d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est muni d'un régulateur 25 (12) de niveau d'huile de type à flotteur relié à la tubulure d'évacuation (13) et d'un tube d'égalisation (17) mettant en communication les espaces à vapeur du régulateur (12) et du corps (1).