Brevet FR2834553A1 — publié le 20030711

différences de pression de fluide. 1 2834553 SEPARATEUR GAZ-LIQUIDE POUR CYCLE D'EJECTEUR La présente invention se rapporte à un séparateur gaz liquide pour un cycle d'éjecteur. Dans un cycle d'éjecteur, qui est un type de cycle de réfrigération de compression vapeur, un éjecteur tire un réfrigérant de gaz d'un évaporateur en comprimant et en détendant le réfrigérant. En outre, l'éjecteur augmente la pression du réfrigérant qui doit être aspiré dans un compresseur en convertissant l'énergie de détente en énergie de pres s ion, afin de diminuer une consommat ion d'énergie du compresseur. Le réfrigérant évacué dans l'éjecteur s'écoule dans un corps de réservoir d'un séparateur gaz-liquide. Le séparateur gaz-liquide 50 sépare le réfrigérant en réfrigérant gazeux et référence liquide en utilisant des différences de densité, à savoir, des différences de gravité s'exerçant sur le réfrigérant liquide et le réfrigérant gazeux. Dans le corps du réservoir, il existe une région de réfrigérant mélangé o un réfrigérant gaz- liquide provenant de l'éjecteur existe et une région de réfrigérant séparé o un réfrigérant complètement séparé existe. La région de réfrigérant mélangé est situce au sommet du corps du réservoir et la région de réfrigérant 2s séparé est située dans un fond du corps de réservoir. Du fait qu'il est préférable d' augmenter une distance de courant de réfrigérant de la région de réfrigérant mélangé vers la région de réfrigérant séparé, un corps de réservoir du type latéral dont la longueur verticale est supérieure à une longueur horizontale est généralement utilisé pour le séparateur. Ici, la distance de courant de réfrigérant n'est pas une distance la plus courte entre la région de réfrigérant mélangé et la région de réfrigérant séparé, mais est la distance sur laquelle le réfrigérant 3s s'écoule pour être séparé en réfrigérant gazeux et 2 2834553 réfrigérant liquide. Ci-après, cette distance de courant de réfrigérant est appelée distance de séparation gaz-liquide. Il est un but de la présente invention de proeurer un séparateur gazliquide qui augmente une distance de S séparation gaz-liquide du réfrigérant. Il est un autre but de la présente invention de procurer un séparateur gaz-liquide diminué en hauteur. Dans un séparateur gaz-liquide pour un cycle d'éjecteur qui inclut un éjecteur destiné à tirer un réfrigérant gazeux d'un évaporateur et à augmenter une pression de réfrigérant à aspirer dans un compresseur, un réfrigérant s'écoule dans un corps de réservoir à partir de l'éjecteur et est séparé en réfrigérant gazeux et réfrigérant liquide dans le corps du réservoir. Le réfrigérant gazeux est évacué d'un orifice de sortie du réfrigérant gazeux vers le compresseur. Le réfrigérant liquide est évacué d'un orifice de sortie du réfrigérant liquide vers l'évaporateur. Le corps de réservoir définit un orifice d'entrée de rétrigérant à travers lequel le réfrigérant est évacué dans le corps de réservoir. Le corps du réservoir est construit de telle sorte que le réfrigérant s'écoule en spirale dans le corps du réservoir. Puisque le réfrigérant forme un courant en spirale dans le corps du réservoir, une distance de séparation gaz liquide augmente. En conséquence, méme dans un corps du réservoir du type horizontal, le réfrigérant est séparé de manière adéquate en réfrigérant liquide et en réfrigérant gazeux. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la Fig. lA est une illustration simplifice d'une vitrine ayant un séparateur gazliquide en conformité avec des modes de réalisation de la présente invention; 3 2834553 la Fig. 1B est une vue de haut du fond de la vitrine de la Fig. 1A; la Fig. 2 est un diagramme simplifié d'un cycle d'éjecteur en conformité avec les modes de réalisation de la présente invention; la Fig. 3 est une illustration simplifiée d'un éjecteur, partiellement en coupe, en conformité avec les modes de réalisation de la présente invention; la Fig. 4A est une illustration simplifiée d'un séparateur gaz-liquide, vu d'un côté, en conformité avec le premier mode de réalisation de la présente invention; la Fig. 4B est une illustration simplifiée du séparateur gazliquide, vu d' en haut, en conformité avec le premier mode de réalisation de la présente invention; IS la Fig. 4C est une illustration simplifiée du séparateur gaz-liquide, vu d'une extrémité, en conformité avec le premier mode de réalisation de la présente invention; la Fig. 5 est une illustration simplifiée du séparateur gaz-liquide en conformité avec le second mode de réalisation de la présente invention; la Fig. 6 est une illustration simplifiée du séparateur gaz-liquide en conformité avec le troisième mode de réalisation de la présente invention; et 2s la Fig. 7 est une lllustratlon simpllfiée du séparateur gaz-liquide en conformité avec le quatrième mode de réalisation de la présente invention. Le premier mode de réalisation sera décrit ci-après en référence aux Figs. 1 à 4C. Comme montré aux Figs. 1A et 1B, un séparateur gaz liquide 50 est appliqué à un cycle d'éjecteur pour une vitrine 1 qui stocke de la nourriture à des faibles températures, par exemple. Un évaporateur 30 et un souffleur 2 sont disposés au fond de la vitrine 1. 4 2834553 La Fig. 2 est un diagramme simplifié du cycle d'éjecteur. Un compresseur 10 est entraîné électriquement. Le compresseur 10 aspire et comprime le rétrigérant. Un radiateur 20 est un échangeur de chaleur côté haute pression. Le radiateur 20 effectue un échange de chaleur entre un réfrigérant à haute température, haute pression évacué du compresseur 10 et l'air extérieur, pour refroidir le réfrigérant. Ici, du flon est utilisé comme réfrigérant. La pres s ion du ré frigérant sur le côté haute pres s ion est inférieure à une pression critique du réfrigérant. Ainsi, le réfrigérant est condensé dans le radiateur 20. L'évaporateur 30 est un échangeur de chaleur courant basse pression pour améliorer la capacité de réfrigération. L'évaporateur 30 effectue un échange de chaleur entre de l' air à souffler dans la vitrine 1 et le réfrigérant liquide, et évapore le réfrigérant liquide. L'éjecteur 40 aspire le rétrigérant gazeux évaporé dans l'évaporateur 30 en décomprimant et en détendant le rétrigérant évacué du radiateur 20. En outre, l'éjecteur 40 convertit l'énergie de détente en énergie de pression pour augmenter la pression du réfrigérant à aspirer dans le compresseur 10. L'éjecteur 40 comporte une buse 41, une partie de mélange 42, un difEuseur 43 et analogues, comme montré à la 2s Fig. 3. La buse 41 décomprime et détend le rétrigérant en convertissant l'énergie de pression du réfrigérant à haute pression évacué depuis le radiateur 20 en énergie de vitesse. La partie de mélange 42 aspire le réfrigérant gazeux évaporé dans l'évaporateur 30 par un écoulement à haute vitesse du réfrigérant exqulsé depuis la buse 41. Le diffuseur 43 augmente la pression du réfrigérant en convertissant l'énergie de vitesse en énergie de pression tout en mélangeant le réfrigérant expulsé depuis la buse 41 et le réfrigérant aspiré depuis l'évaporateur 30. La buse 41 comporte une partie d'étranglement 41a au niveau de s 2834553 laquelle une aire de section de passage, à savoir un diamètre interne, est minimisée. La buse 41 est une buse divergente de telle sorte que son diamètre interne augmente vers la partie de mélange 42 en provenance de la partie S d'étranglement 4la. Dans la partie de mélange 42, le réfrigérant expulsé de la buse 41 se mélange avec le réfrigérant aspiré depuis l'évaporateur 30 de telle sorte que la somme de moment de ces réfrigérants est maintenue. En conséquence, la pression du réfrigérant augmente dans la partie de mélange 42. Dans le diffuseur 43, un diamètre interne augmente réqulièrement vers son extrémité (vers le côté droit à la Fig. 3) de sorte que l'énergie de vitesse du rétrigérant est convertie en énergie de pression. En conséquence, la pression du réfrigérant augmente dans la partie de mélange 42 et le diffuseur 43. Ici, la partie du mélange 42 et le diffuseur 43 sont appelés partie d'augmentation de pression. Le réfrigérant évacué dans l'éjecteur 40 s'écoule dans le séparateur gazliquide 50, comme montré à la Fig. 2. Le séparateur gaz-liquide 50 sépare le réfrigérant en réfrigérant gazeux et en rétrigérant liquide et stocke le rétrigérant. Le séparateur gaz-liquide 50 évacue le réfrigérant gazeux vers le compresseur 10 et évacue également le réfrigérant liquide vers l'évaporateur 30. En se référant aux Figs. 4A à 4C, le séparateur gaz liquide 50 comporte un corps du réservoir 51, un orifice d'entrée 52 de réfrigérant, un orifice de sortie 53 de réfrigérant gazeux, un orifice de sortie 54 de réfrigérant liquide et un orifice de retour d'huile 55. Le réservoir 51 a une forme sensiblement cylindrique et ses extrémités sont fermoes avec des surfaces sphériques. Le réfrigérant s'écoule dans le corps du réservoir 51 à travers l' orifice d'entrce de réfrigérant 52. Le réfrigérant gazeux est évacué à partir de l' orifice de sortie 53 de réfrigérant gazeux vers le compresseur 10. Le rétrigérant liquide est 6 2834553 évacué à partir de l' orifice de sortie 54 de réfrigérant liquide vers l'évaporateur 10. Le réfrigérant liquide incluant l'huile de réfrigération retourne vers le compresseur 10 à partir de la partie de retour d'huile 55. Le corps du réservoir 51 est une cuve à pression du type horizontal de telle sorte qu'une longueur horizontale W est égale à ou supérieure à une longueur verticale (hauteur) H. Le corps du réservoir 51 est constitué de métal ayant une haute résistance à la corrosion, tel que l'acier. le corps du réservoir 51 est construit de telle sorte que le réfrigérant s'écoule en spirale dans le corps du réservoir 51, comme montré à la Fig. 4A. Spécifiquement, l' orifice d'entrée 52 de réfrigérant est situé désaxé du corps du réservoir 51, comme montré à la Fig. 4C. ceci revient à dire que l' orifice d'entrée 52 du réfrigérant est situé à une distance à partir d'un axe longitudinal horizontal du corps du réservoir 51, de sorte que le réfrigérant pulvérisé à partir de l' orifice d'entrce 52 de réfrigérant s'écoule vers l'axe longitudinal du corps du réservoir 51 et provoque une force de rotation. En outre, l' orifice d'entrce 52 de rétrigérant est dirigé de telle sorte qu'un axe de la direction de pulvérisation de réfrigérant provenant de l' orifice d'entrce 52 du réfrigérant croise une paroi interne du corps du réservoir 2s 51 selon un angle obtus. La surface d'extrémité 51a du corps du réservoir 51 est bombse vers l'extérieur. Avec ceci, l'axe de la direction de pulvérisation de rétrigérant croise la surface d'extrémité 51a selon un angle obLus. De même, la surface d'extrémité bombée améliore une résistance à la pression du corps du réservoir 51. Une paroi de séparation 56 est agencce dans le corps du réservoir 51 audessus d'un niveau de liquide afin de diviser l'espace de réservoir en un espace de réfrigérant gazeux et un espace de réfrigérant liquide. La paroi de séparation 56 empêche le rétrigérant liquide de se remélanger avec le réfrigérant gazeux. La paroi de séparation 56 ne divise pas complètement l'espace de réservoir, mais des espaces de communication 56 demeurent entre la paroi de séparation 56 et la paroi interne du corps du réservoir 51 pour permettre la communication entre l'espace de réfrigérant gazeux et l'espace de rétrigérant liquide. L'orifice d'entrce 52 du rétrigérant et l 'orifice de sortie 53 du réfrigérant gazeux sont situés au-dessus de la paroi de séparation 56. L'orifice de sortie 54 du rétrigérant liquide et l' orifice de retour d'huile 55 sont situés sous la paroi de séparation 56. Cet agencement empêche la surface du rétrigérant liquide d'être perturbée IS par le réfrigérant pulvérisé à partir de l' orifice d'entrée 52 de réfrigérant. Un tuyau d'admission 52a raccordant l' orifice d'entrée 52 du réfrigérant et un côté évacuation de réfrigérant de l'éjecteur 40 et un tuyau d'échappement 53a raccordant l' orifice de sortie 53 de rétrigérant gazeux et le côté aspiration du compresseur 10 sont insérés dans le corps de réservoir 51 à travers la surface d'extrémité 51a, comme montré aux Figs. 4A et 4B. Par la suite, le fonctionnement du cycle d'éjecteur sera décrit. Lorsque le compresseur 10 commence le fonctionnement, le compresseur 10 tire le réfrigérant gazeux du séparateur gaz-liquide 50. Le compresseur 10 décomprime le réfrigérant et l'évacue vers le radiateur 20. Ensuite, le radiateur 20 retroidit le réfrigérant et l'évacue vers l'éjecteur 40. L'éjecteur 40 décomprime et détend le rétrigérant au niveau de la buse 41 et tire le rétrigérant gazeux à partir de l'évaporateur 30. La partie de mélange 42 mélange le réfrigérant provenant de l'évaporateur 30 et le réfrigérant provenant de la buse 41. Le diffuseur 43 convertit la pression dynamique en pression statique. Ensuite, le réfrigérant revient vers le séparateur gaz-liquide 50. Lorsque l'éjecteur 40 tire le réfrigérant provenant de s l'évaporateur 30, le rétrigérant liquide dans le séparateur gaz-liquide 50 est évacué dans l'évaporateur 30. Le réfrigérant absorbe la chaleur provenant de l' air à souffler dans la vitrine 1 et s'évapore dans l'évaporateur 30. IO Le corps du réservoir 51 est construit de telle sorte que le rétrigérant forme un courant en spirale. Avec ceci, la distance de séparation gaz- liquide, qui est la longueur de courant du courant de rétrigérant à séparer en rétrigérant gazeux et en rétrigérant liquide, augmente. En IS conséquence, même dans la cuve du type horizontal, le réfrigérant est séparé de manière adéquate en réfrigérant gazeux et en réfrigérant liquide. En conséquence, le séparateur gaz-liquide 50 peut être monté dans un espace o une hauteur est limitée, tel que dans la vitrine 1. Le réfrigérant évacué dans le corps du réservoir 51 tend à se détendre dans toutes les directions. Toutefois, puisque l' orifice d'entrée 52 de réfrigérant est ouvert à une position séparée de l'axe longitudinal du corps du réservoir 51, le réfrigérant s'écoule vers l' axe du corps 2s du réservoir 51. A cet instant, le rétrigérant provoque la force de rotation, formant, par cet effet, l'écoulement en spirale dans le corps du réservoir 51. De même, l' orifice d'entrce 52 du rétrigérant est dirigé de telle sorte que l'axe de la direction de pulvérisation du réfrigérant croise la paroi interne du corps du réservoir 51 selon un angle obLus. En outre, la surface d'extrémité 51a du corps du réservoir 51 est bombée. En conséquence, le courant d'évacuation du réfrigérant heurte la paroi interne du corps du réservoir 51, et génère la force de rotation. En conséquence, le courant de réfrigérant tourne dans le corps du réservoir 51. Du fait que le tuyau d' admission 52a est disposé horizontalement dans le corps du réservoir 51, le S réfrigérant est pulvérisé horizontalement à partir de l' orifice d'entrée 52. Ainsi, le réfrigérant s'écoule en spirale autour de l'axe horizontal du corps du réservoir 51. Toutefois, le réfrigérant peut être pulvérisé dans la direction verticale. Ainsi, le réfrigérant s'écoule en spirale autour de l'axe vertical. Le côté évacuation du réfrigérant de l'éjecteur 40 se raccorde à la surface d'extrémité 51a du corps du réservoir 51. Ceci revient à dire que l'éjecteur 40 se raccorde horizontalement avec le corps du réservoir 50. En ]5 conséquence, l'éjecteur 40, qui est relativement long dans la direction horizontale, peut être facilement monté dans un espace dont la hauteur est limitée, tel que dans la vitrine 1. Puisque le séparateur gaz-liquide 50 comporte la paroi de séparation 56, le réfrigérant gazeux est empêché de se remélanger avec le réfrigérant liquide. Dans le second mode de réalisation, l' orifice de sortie 54 du rétrigérant est prévu pour s'ouvrir dans la direction horizontale, comme montré à la Fig. 5. Dans le troisième mode de réalisation, l'éjecteur 40 est monté à l'intérieur du corps du réservoir 51, comme montré à la Fig. 6. Bien que l'éjecteur 40 soit presque enfermé dans le corps du réservoir 51 à la Fig. 6, l'éjecteur 40 peut être raccordé de sorte que seule une partie de l'éjecteur 40 soit située à l'intérieur du corps du réservoir 51. Avec cet agencement, un espace de montage de l'éjecteur 40 diminue. Dans le quatrième mode de réalisation, le corps du réservoir 51 comporte deux compartiments 51b, 51c de réservoir différents comme montré à la Fig. 7. Ceci revient à dire que le corps du réservoir 51 comporte un compartiment 51b du réfrigérant gazeux et un compartiment 51c de réfrigérant liquide, à la place de la séparation de l'espace de réservoir avec la paroi de séparation 56. Dans les modes de réalisation précédents, le séparateur gaz-liquide 50 est appliqué au cycle d'éjecteur de la vitrine 1. Toutefois, le séparateur gaz-liquide 50 de la présente invention peut être utilisé à d'autres fins. Bien que l' orifice d'entrée 52 du rétrigérant soit agencé au-dessus de la paroi de séparation 56, l' orifice d'entrée 52 du réfrigérant peut être agencé sous la paroi de séparation 56, par exemple. En outre, des matières telles que du dioxyde de carbone et des hydrocardures peuvent être utilisoes comme rétrigérant. lS La présente invention ne devra pas être limitée aux modes de réalisation divulgués, mais peut être mise en _uvre d'autres manières sans sortir de l' esprit de l' invention. REVENDICATIONS 1. Séparateur gaz-liquide (50) pour un cycle d'éjecteur caractérisé en ce qu'il inclut un éjecteur (40) pour tirer un rétrigérant gazeux provenant d'un évaporateur (30) en décomprimant le réfrigérant et en augmentant la pression du réfrigérant à aspirer dans un compresseur (10), le séparateur gaz-liquide (50) comprenant: un corps du réservoir (51) pour séparer le réfrigérant en rétrigérant gaseux et rétrigérant liquide, le corps du réservoir (51) détinissant un orifice d'entrée (52) de rétrigérant à travers lequel le réfrigérant est évacué dans le corps du réservoir (51) à partir de l'éjecteur (40), un orifice de sortie (53) de réfrigérant gazeux à travers lequel le réfrigérant gaseux est évacué vers le compresseur (10) et un orifice de sortie (54) de rétrigérant liquide à travers lequel le rétrigérant liquide est évacué vers l'évaporateur (30), dans lequel le corps du réservoir (51) est construit de telle sorte que le rétrigérant s'écoule en spirale dans le corps du réservoir (51). 2. Séparateur gaz-liquide (50) selon la revendication (1), caractérisé en ce que le corps du réservoir (51) a un axe horizontal plus grand qu'un axe vertical. 3. Séparateur gaz-liquide (50) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l' orifice d'entrée (52) du réfrigérant est situé à une distance d'un axe horizontal, longitudinal du corps du réservoir (51). 4. Séparateur gaz-liquide (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps du réservoir (51) se raccorde avec l'éjecteur (40) dans une direction horizontale. s 5. Séparateur gaz-liquide (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps du réservoir (51) se raccorde à l'éjecteur (40) de telle sorte qu'au moins une partie de l'éjecteur (40) est situce dans le corps du réservoir (51). lO 6. Séparateur gaz-liquide (50) selon l'une quelsonque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le corps du réservoir (51) comporte une paroi de séparation (56) destince à diviser un espace de réservoir en un espace de réfrigérant gazeux et un espace de rétrigérant liquide, dans lequel la paroi de séparation (56) est situce au- dessus d'un niveau de liquide du réfrigérant liquide. 7. Séparateur gaz-liquide (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l' orifice d'entrée (52) du réfrigérant est dirigé de telle sorte qu'un axe de la direction d'évacuation du réfrigérant provenant de l' orifice d'entrce (52) du rétrigérant croise une paroi interne du corps du réservoir (51) selon un angle obLus. 2s 8. Séparateur gaz-liquide (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le corps du réservoir (51) déLinit une paroi interne incurvoe (51a) de telle sorte que le réfrigérant évacué à partir de l' orifice d'entrce (52) de réfrigérant heurte la paroi interne incurvoe (51a) selon un angle obtus. 9. Séparateur gaz-liquide (50) pour un cycle d'éjecteur comprenant un éjecteur (40), le séparateur gaz-liquide étant caractérisé en ce qu'il comprend: un corps du réservoir (51) destiné à séparer le réfrigérant s en réfrigérant gazeux et en rétrigérant liquide, le corps du réservoir (51) comprenant une partie de paroi sensiblement cylindrique ayant un axe horizontal longitudinal et des première et seconde surfaces d'extrémité (51a), et le corps du réservoir (51) détinissant un orifice de sortie (53) de rétrigérant gaseux à travers lequel le réfrigérant gazeux s'écoule hors du corps du réservoir (51) et un orifice de sortie (54) de rétrigérant liquide à travers lequel le rétrigérant liquide s'écoule hors du corps du réservoir (51); un toyau d' admission (52a) de réfrigérant faisant communiquer le corps du réservoir (51) et l'éjecteur (40), dans lequel le tuyau d' admission (52a) de réfrigérant déLinit une ouverture de rétrigérant (52) au niveau de son extrémité, l'ouverture de rétrigérant (52) étant ouverte à l'intérieur du corps du réservoir (51) de telle sorte que le rétrigérant évacué à partir de l'ouverture (52) est pulvérisé pour former un courant en spirale dans le corps du réservoir (51). 10. Séparateur gaz-liquide (50) selon la revendication 9, 2s caractérisé en ce que l'ouverture de réfrigérant (52) est situce à une distance de l'axe horizontal longitudinal du corps du réservoir (51). 11. Séparateur gaz-liquide (50) selon la revendication 9 ou , caractérisé en ce que l'axe horizontal longitudinal du corps du réservoir (51) est plus long qu'un axe vertical du corps du réservoir (51). 12. S4paraLeu gaz-liquide (50) selon l'une quelconque des evendications 9 11, caracLris en ce qu'il compend, en ouLe: une paroi de Apaation (56) sparant un espace de servoir en un espace de frig4ant liquide et un espace de 4frigrant gazeux, dans lequel la paroi de sApaation (56) est place hoizontalement au-dessus d'un niveau de liquide. 13. SAparateur gazliquide (50) selon l'une quelconque des evendication 9 12, dans leqUel l'ouverture de Pfigrant (52) est dirige de telle sorte qu'un axe de la direction de pulvALisation du rfrigrant croise une paroi inLerne du corps du rAservoi (51) elon un angle obtus. 14. SAparateur gaz-liquide (50) selon l'une quelconque des revendications 9 11, caractris en ce que le tuyau d' admission (52a) du rfrigrant pase horizontalement travers la premire surface d'extrmit (Sla) du corps du rservoir (51). 15. S{parateur gaz-liquide (50) selon l'une quelconque des revendication 9 14, caractAriA en ce que l'4jecteur (40) et raccord la premire surface d'extrmit (Sla) du corp du rAservoir (51). 16. SAparateur gaz-liquide (50) selon l'une quelconque des revendications 9 15, caractris en ce que la seconde surface d'extrmit (Sla) du corps du rservoir (51) est incurve de telle sorte qu'un courant de rfrigArant pulvrisA partir de l'ouverture de rfrigArant (52) heurte une paroi interne du corps du rservoir (51) selon