Brevet FR2663722A1 — publié le 19911227

La présente invention concerne de façon générale un système de réfrigération et plus particulièrement, des systèmes de récupération de purge pour enlever les gaz non condensables du circuit de réfrigération de ces systèmes. En enlevant l'eau et les gaz non condensables tels que l'air des systèmes de réfrigération, les uni- tés de purge améliorent le rendement de réfrigération en assurant que la pression du condenseur n'est pas artificiellement élevée du fait de la présence de com- posants non condensables. Une telle unité de purge concentre classiquement l'air qui provient du système de réfrigération en uti- lisant la différence de température entre l'évaporateur et le condenseur (c'est-à-dire une purge thermique) Le réfrigérant qui contient une faible quantité d'air est évacué du condenseur au travers d'un orifice et à l'in- térieur d'une petite chambre qui contient un refroi- disseur tubulaire qui est maintenu à la température de l'évaporateur par vaporisation du liquide de réfrigé- ration qui provient du condenseur à la température de l'évaporateur Comme le réfrigérant se condense et est ramené à l'évaporateur au travers d'une soupape à flotteur, l'air reste dans la chambre de purge et devient concentré Au fur et à mesure que l'air s'accu- mule, la pression augmente et éventuellement, l'air est évacué au moyen d'une petite pompe à vide Avec ce procédé, il est difficile d'ôter en totalité le réfri- gérant des gaz non condensables au moyen du procédé de condensation et il résulte de cela qu'une certaine quantité de réfrigérant est relâchée dans l'atmosphère en même temps que les gaz non condensables Non seulement ceci constitue un gaspillage du réfrigérant qui doit éventuellement être remplacé mais ceci contri- bue également à des émissions non souhaitables dans l'atmosphère de la terre. Un procédé connu pour accroître le rendement du processus de condensation dans la chambre de purge consiste à utiliser un compresseur pour accroître la pression dans la chambre de purge Ceci a pour effet de permettre à davantage de réfrigérant de se condenser et de ce fait, une concentration moindre de réfrigérant reste dans les gaz non condensables qui sont déchargés dans l'atmosphère Cependant, ce concept d'enrichis- sement est quelque peu limité par les considérations pratiques des pressions relativement élevées qui sont nécessaires afin d'obtenir une condensation complète de tous les réfrigérants dans la chambre de purge. Par conséquent, un objet de la présente invention consiste à fournir un système de récupération de purge perfectionné pour un circuit de réfrigération. Cet objet est atteint au moyen d'un procédé et d'un appareil selon la présente invention. Brièvement, selon un aspect de l'invention, un filtre en carbone est introduit à l'intérieur du cir- cuit de purge de telle sorte que la décharge des gaz de la chambre de purge passe à l'intérieur du filtre en carbone o le réfrigérant est absorbé Eventuellement, les gaz non condensables sont relâchés du conteneur du filtre et le conteneur est ensuite évacué par pompage afin d'ôter le réfrigérant du filtre et de le ramener au circuit de réfrigération. Selon un autre aspect de l'invention, un compresseur est utilisé pour augmenter la pression dans la chambre de purge et ainsi, il accroît la quantité de 3 S réfrigérant qu'il condense La chambre de purge est en- suite purgée de son air au moyen d'une soupape de surpression actionnée à la pression, l'air étant récu- péré dans le conteneur du filtre en carbone Ce conte- neur est à son tour amené à évacuer les gaz non conden- sables au moyen d'une électrovanne lorsque la pression atteint un niveau prédéterminé dans le conteneur Le conteneur du filtre en carbone activé est ensuite périodiquement évacué en direction de l'évaporateur de manière à réactiver le filtre en carbone Le degré d'activation peut être augmenté en utilisant une pompe à vide En outre, un chauffage électrique peut être utilisé pour améliorer encore le processus de réacti- vation. L'invention concerne aussi un procédé perfec- tionné de purge des gaz non condensables qui provien- nent d'un système de réfrigération contenant un évapo- rateur, un condenseur et une chambre de purge ayant une bobine de condenseur, une ligne d'entrée de gaz mélangé, une ligne de déchage de réfrigérant liquide et une ligne de décharge de mélange de gaz Selon l'inven- tion, le procédé comporte les étapes de: fourniture d'un filtre qui permet d'absorber le réfrigérant; ame- née d'un mélange de gaz non compressibles et d'un réfrigérant compressible en provenance de la ligne de décharge de gaz mixte à l'intérieur dudit filtre qu'il traverse de telle sorte que sensiblement tout le réfrigérant provenent du mélange de gaz soit absorbé par ledit filtre; et enlèvement périodique d'une par- tie dudit réfrigérant absorbé dudit filtre afin de réactiver ledit filtre pour un cycle d'absorption sui- vant. La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation particulier que l'on lira en relation avec les dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un système de réfrigération typique qui inclut la présente invention; et la figure 2 est une représentation schématique du circuit de commande électrique du système de réfri- gération de la figure 1. Si l'on se reporte maintenant à la figure 1, l'invention est représentée de façon générale en 10 et elle est incluse à l'intérieur d'un système de purge 11 d'un circuit de réfrigération qui comprend un évapo- rateur ou refroidisseur 12, un condenseur 13 et une chambre de purge 14 Le refroidisseur 12 et le conden- seur 13 sont installés d'une manière classique pour former une partie d'un circuit de réfrigération (non représenté) qui comprend un dispositif de détente pour introduire de la vapeur de réfrigérant à l'intérieur du refroidisseur 12 et un compresseur qui comprime ensuite la vapeur chauffée qui provient du refroidisseur 12 avant qu'elle ne passe au niveau du condenseur 13. La chambre de purge 14 contient un serpentin de condensation 16 qui fonctionne d'une manière classique pour refroidir le mélange constitué par les gaz non condensables et par le réfrigérant condensable de telle sorte que le réfrigérant soit condensé et soit ainsi séparé des gaz non condensables Le serpentin de condensation 16 est refroidi au moyen d'un réfrigérant qui provient du condenseur 13 et qui passe, sous forme liquide, au travers d'un filtre 17 et d'un conduit 18 pour arriver à un orifice 19 o il est vaporisé en va- peur qui s'écoule ensuite au travers du serpentin de condensation 16 o elle remplit une fonction de refroi- dissement, puis elle passe le long du conduit 21 et va jusqu'au refroidisseur 12. Le réfrigérant qui a besoin d'être purgé de son air provient du condenseur 13 à partir duquel le réfri- gérant ainsi que le mélange constitué par les gaz non condensables et par la vapeur d'eau vont du condenseur 13 dans un conduit 22, passent au travers d'une vanne 23 et d'un compresseur 24 o la pression du mélange gazeux est augmentée jusqu'à environ 2,8 kg/cm 2 Puis ils arrivent à une vanne 25, à un déshuileur 26, à une ligne d'entrée de gaz mélangé 27, à une vanne 28 et finalement à la chambre de purge 14 Puisque la plus grande partie du mélange gazeux peut être condensée et est à une température voisine de celle du refroidisseur 12 ainsi qu'à une pression supérieure à celle de ce refroidisseur, la vapeur et le gaz réfrigérant se con- denseront et tomberont au fond de la chambre de purge 14 Puisque l'eau est plus légère que le réfrigérant, elle se séparera dans un compartiment supérieur 29 à partir duquel elle peut être entraînée au travers d'une vanne 31 Le réfrigérant plus lourd passe à l'intérieur d'une chambre à niveau constant plus basse 32 et lors- que le niveau de réfrigérant augmente dans la chambre, une soupape à flotteur 33 est automatiquement ouverte pour permettre au réfrigérant liquide de passer le long de la ligne 21 pour aller jusqu'au refroidisseur 12. Au sommet de la chambre de purge 14 se trouve une ligne de décharge de gaz mixte 33 qui conduit à une soupape de surpression à 2,8 kg/cm 2 34 et de là à un réservoir de filtre 36 Le réservoir de filtre 36 est rempli avec un matériau en carbone absorbant 35 qui fonctionne pour absorber tout réfrigérant qui peut res- ter dans le mélange de gaz qui s'écoule depuis la ligne de décharge 33 Le charbon actif sous forme granulaire, type BPL-F 3 qui est disponible commercialement auprès de Calgon Carbon Corporation, s'est avéré être un maté- riau qui convient pour être utilisé dans le réservoir de filtre 36 A l'extrémité de décharge du réservoir de filtre en carbone 36 se trouve un conduit 37 qui conduit à une électrovanne d'échappement d'air 38 Un avertisseur de pression 39 est installé de manière opérationnelle dans la ligne de décharge 37 et il peut être actionné pour ouvrir l'électrovanne d'échappement d'air 38 lorsque la pression dans la ligne de décharge 37 atteint un niveau prédéterminé tel que 0,70 kg/cm 2. Par souci de sécurité, une soupape de surpression 41 est prévue au niveau de l'autre extrémité de la ligne de décharge 37 et elle est établie à une pression plus élevée, telle que 1,05 kg/cm 2 de telle sorte que dans l'éventualité o l'avertisseur de pression 39 et l'électrovanne 38 n'arrivent pas à fonctionner, la sou- pape de surpression 41 entre éventuellement en jeu. Une pompe à vide 43 est également reliée à la ligne de décharge 37 par la ligne 42 et elle conduit à une électrovanne 44 et pour finir au conduit 21 qui re- vient au refroidisseur 12 Son rôle consiste à réacti- ver le filtre en charbon d'une manière qui sera décrite ci-après Un dispositif de chauffage 40 peut être fixé de manière opérationnelle au réservoir de filtre 36, comme représenté, afin de pousser le processus de réactivation. Si l'on se reporte maintenant à la figure 2, le circuit de commande électrique est représenté sous une forme schématique et il comprend des lignes de courant 46, 47, 48, 49, 51 et 52 en parallèle entre des lignes d'alimentation LI et L 2, ces lignes étant automatique- ment traversées par le courant chaque fois que le compresseur fonctionne Le moteur 53 du compresseur 24 est connecté à la ligne 46 Dans la ligne 47, les contacts d'avertisseur de pression 54 de l'avertisseur de pression 38 sont en série avec la bobine de relais KI 56 qui à son tour est en parallèle avec l'électro- vanne d'échappement 38 Dans la ligne 48, la bobine de relais K 2 58 est en série avec les contacts de relais normalement ouverts de KX 59 sur lesquels sont branchés en parallèle les contacts de relais normalement ouverts de K 2 61 Dans la ligne 49, la bobine de relais K 3 62 est en série avec les contacts normalement ouverts 63 et les contacts de relais normalement fermés de Kl 64. Une minuterie 66 est connectée au travers des lignes 49 et 51 comme représenté Pour finir, le moteur 67 de la pompe à vide 43 est connecté dans la ligne 52, en série avec les contacts de relais normalement ouverts de K 3 69 en parallèle avec l'électrovanne 44. Lors du fonctionnement, le moteur de compresseur 53 travaille en continu chaque fois que le compresseur 1 o fonctionne afin d'extraire la vapeur de réfrigérant et le mélange des gaz non condensables hors du condenseur 13 au moyen de la ligne 22 pour ainsi mettre en pression la chambre de purge 14 Au fur et à mesure que l'air s'accumule, la pression dans la chambre de purge 14 croît jusqu'à ce que la soupape de surpression 34 s'ouvre (par exemple à 2,8 kg/cm 2), ce qui permet au mélange réfrigérant pressuré/gaz non condensables de s'écouler à l'intérieur du conteneur du filtre en carbone 36 Le filtre en carbone 35 contenu dans le conteneur 36 absorbe la vapeur du réfrigérant et l'air accumulé augmente la pression dans le conteneur 36. Lorsque la pression atteint un niveau prédéterminé (par exemple 0,070 kg/cm 2), les contacts d'avertisseur de pression 54 se ferment pour ainsi exciter l'électro- vanne d'échappement d'air 38 afin de purger l'air et d'activer la bobine de relais Kl 56 A leur tour, les contacts de relais normalement ouverts de Kl 59 sont amenés à se fermer pour ainsi exciter la bobine de relais K 2 58 et les contacts normalement fermés de Kl 64 dans la ligne 49 sont amenés à se fermer L'acti- vation de la bobine de solénoïde de K 2 58 à son tour ferme les contacts normalement ouverts de K 2 61 et 63. A cet instant, les lignes 47, 48 et 51 ont des circuits complets et les lignes 49 et 52 ont des circuits ouverts. Du fait que l'électrovanne d'échappement d'air 38 est ouverte pour évacuer l'air du réservoir de filtre en carbone 36, la pression dans le réservoir chute éventuellement jusqu'à 0,07 kg/cm 2, ce qui fait que les contacts d'avertisseur de pression 54 s'ouvrent et désactivent ainsi la bobine de relais K 2 56 Ceci a pour effet d'ouvrir les contacts de relais de K 1 59 et de fermer les contacts de KI 64 pour ainsi démarrer la minuterie 66 et pour activer la bobine de relais K 3 62. Les contacts normalement ouverts de K 3 69 se ferment alors pour activer le moteur de pompe à vide 67 et l'électrovanne 44 La minuterie 66 est ensuite établie pour fonctionner pendant 10 minutes, temps pendant le- quel la pompe à vide 43 fonctionne pour abaisser la pression dans le réservoir 36 depuis la condition 0,070 kg/cm 2 jusqu'à un vide d'environ 68,58 cm de mercure afin d'expulser les vapeurs de réfrigérant qui ont été piégées dans le carbone 35 et de les retourner au refroidisseur 12 au moyen de l'électrovanne 44. Après 10 minutes de fonctionnement, la minuterie 66 s'arrête de fonctionner, la bobine de relais 62 est désactivée pour ouvrir les contacts 69 et pour mettre hors fonction le moteur de pompe à vide 67 et le cycle est terminé. Il est à noter qu'avec le procédé décrit ci- avant, le filtre en carbone 35 contenu dans le conte- neur 36 ne retourne pas à son état initial du fait du procédé de pompage à vide mais il continue plutôt à conserver en son sein une concentration résiduelle élevée de réfrigérant Le fonctionnement de la pompe à vide 43 réduit cependant la concentration de réfrigé- rant suffisamment de manière à ainsi réactiver le filtre en carbone pour le cycle suivant. Diverses modifications et diverses constructions autres sont naturellement possibles pourvu que l'on reste dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Système de récupération de purge perfectionné du type qui comporte une chambre de purge ( 14), une bobine ( 16) pour condenser du réfrigérant dans la chambre de purge ( 14) et un circuit d'échap- pement pour ôter les gaz non condensables de la chambre de purge, ce système de récupération de purge étant inclus dans un système de réfrigération qui comprend un évaporateur ( 12), un condenseur ( 13) et un circuit de réfrigération, caractérisé par: un filtre ( 35) placé dans le circuit d'échap- pement ( 33) pour absorber du réfrigérant qui ne se condense pas dans la chambre de purge ( 14); et un moyen de réactivation de filtre ( 43) pour ôter périodiquement une partie du réfrigérant absorbé dudit filtre et pour le ramener au circuit de réfrigération. 2 Système de récupération de purge perfec- tionné selon la revendication 1, dans lequel ledit filtre ( 35) est constitué par un matériau en carbone. 3 Système de récupération de purge perfec- tionné selon la revendication 2, dans lequel ledit filtre en carbone ( 35) est constitué par du charbon actif sous forme granulaire. 4 Système de récupération de purge perfec- tionné selon la revendication 1, dans lequel ledit moyen de réactivation de filtre comprend une pompe à vide ( 43) ayant une aspiration ( 42) qui est reliée par écoulement audit filtre ( 35) et comprend une décharge ( 44) qui est reliée par écoulement au circuit de réfri- gération. 5 Système de récupération de purge perfec- tionné selon la revendication 1, comprenant un compres- seur ( 24) qui est relié de manière opérationnelle à la chambre de purge ( 14) afin de comprimer le gaz à l'intérieur de manière à pousser la condensation du réfrigérant. 6 Système de récupération de purge perfectionné selon la revendication 5, dans lequel ledit compresseur ( 24) prend une aspiration qui provient du condenseur ( 13). 7 Système de récupération de purge perfec- tionné selon la revendication 5, comprenant une vanne ( 34) entre la chambre de purge et ledit conteneur de filtre. 8 Procédé perfectionné de purge des gaz non condensables qui proviennent d'un système de réfri- gération contenant un évaporateur ( 12), un condenseur ( 13) et une chambre de purge ( 14) ayant une bobine de condenseur ( 16 y, une ligne d'entrée de gaz mélangé ( 18), une ligne de déchage de réfrigérant liquide ( 21) et une ligne de décharge de mélange de gaz ( 33), caractérisé par: la fourniture d'un filtre ( 35) qui permet d'absorber le réfrigérant; l'amenée d'un mélange de gaz non compressibles et d'un réfrigérant compressible en provenance de la ligne de décharge de gaz mixte à l'intérieur dudit filtre ( 35) qu'il traverse de telle sorte que sensiblement tout le réfrigérant provenant du mélange de gaz soit absorbé par ledit filtre ( 35); et l'enlèvement périodique d'une partie dudit réfrigérant absorbé dudit filtre ( 35) afin de réactiver ledit filtre ( 35) pour un cycle d'absorption suivant. 9 Procédé perfectionné selon la revendication 8, dans lequel ladite étape d'enlèvement périodique d'une partie dudit réfrigérant absorbé est réalisée au moyen d'une pompe à vide ( 43). il Procédé perfectionné selon la revendication 8, comprenant une étape supplémentaire de compression ( 24) du gaz contenu dans la chambre de purge pour ainsi pousser le degré de la condensation qui se déroule à l'intérieur. 11 Procédé perfectionné selon la revendication 8, comprenant une étape de fourniture d'une vanne ( 34) dans ladite ligne de décharge de gaz mixte ( 33) et l'ouverture de ladite vanne ( 34) pour permettre audit mélange de passer à l'intérieur dudit filtre en carbone ( 35) seulement après que la pression dans ladite chambre de purge ( 14) a atteint un niveau prédéterminé. 12 Procédé perfectionné selon la revendication 8, comprenant une étape de fourniture d'un conteneur ( 36) pour ledit filtre en carbone ( 35) de telle sorte que lorsque ledit mélange passe à l'intérieur dudit filtre en carbone ( 35), les gaz non compressibles ten- dent à s'accumuler dans ledit conteneur ( 36). 13 Procédé perfectionné selon la revendication 12, comprenant un moyen de captage de pression ( 39) pour capter la pression à l'intérieur dudit conteneur ( 36), le procédé comprenant en outre l'étape supplémen- taire d'évacuation ( 38) du conteneur ( 36) jusqu'à l'atmosphère lorsque la pression dans le conteneur ( 36) atteint un premier niveau prédéterminé. 14 Procédé perfectionné selon la revendication 13, comprenant une étape d'enlèvement périodique ( 38) d'une partie dudit réfrigérant absorbé seulement après que la pression dans ledit conteneur ( 36) a atteint un second niveau prédéterminé inférieur audit premier niveau prédéterminé.