Brevet FR3145800A1 — publié le 20240816

L’invention est un procédé de pilotage d’une installation frigorifique, comprenant au moins un compresseur, une vanne d’aspiration motorisée, une vanne de refoulement motorisée et d’une vanne de dégazage caractérisé en ce que la commande de l’arrêt comporte les étapes suivantes : Arrêt du fonctionnement dudit compresseur Fermeture de la vanne de refoulement motorisée Après un délai prédéterminé à compter de l’arrêt du compresseur, fermeture de la vanne d’aspiration Lorsque la pression dans le carter du compresseur est stable, ouverture d’une vanne disposée entre le refoulement du compresseurs et un réservoir basse pression, et en cas d’augmentation de la pression, activation d’une alarme. Figure : 1 Procédé de pilotage d’une installation frigorifique, comprenant au moins un compresseur Domaine de l’invention La présente invention concerne le domaine des installations frigorifiques mettant en œuvre des compresseurs de fluide frigorifique tel que l’ammoniac et plus particulièrement des installations exploitant plusieurs compresseurs volumétriques associés en parallèle, de type alternatif à pistons pour des applications de recompressions de gaz ou de pompe à chaleur (PAC). Les frigorigènes couramment utilisés dans le passé, tels que les CFC (chlorofluorocarbures) et HFC, ont été progressivement interdits car nocifs pour l’environnement en raison d’un potentiel de réchauffement global (PRG) et un potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone (PACO) trop élevé, des fluides frigorigènes telles que les HFO et les fluides naturels tel l’ammoniac sont couramment utilisés aujourd’hui. Ces frigorigènes peuvent occasionner des dégâts lorsque, sous certaines conditions, en particulier lors des phases d’arrêts de la machine, le fluide frigorigène se condense au sein du carter d’un compresseur. Dans les installations connues, le mélange d’huile et de fluide frigorigène sous pression circulant dans le circuit frigorifique peut se condenser dans le carter. Les dégâts causés sont irréversibles. Ce phénomène est connu dans l’industrie frigorifique, est communément désigné comme un « coup de liquide », qui vient endommager les clapets, le haut de piston et souvent la chemise du compresseur. Pour réduire le risque de dommages occasionnés par des coups de liquide, on utilise généralement un détendeur thermostatique. On connaît aussi dans l’état de la technique le brevet CN103644109 divulguant un procédé pour empêcher l'huile de lubrification d'un compresseur d'ammoniac de type à piston d'être émulsifiée. Des vannes de vidange sont montées respectivement à l'extrémité avant d'une vanne d'entrée de gaz et à l’extrémité arrière d’une vanne d’évacuation de gaz du compresseur d'ammoniac de type à piston. Le procédé pour empêcher l'huile de lubrification du compresseur d'ammoniac de type à piston d'être émulsionnée comprend les étapes suivantes : (1) fermeture de la vanne de vidange à l'extrémité avant de la vanne d'entrée de gaz et de la vanne de vidange à l'extrémité arrière de la vanne d'évacuation de gaz du compresseur d'ammoniac avant de démarrer le compresseur d'ammoniac ; (2) décharger l'ammoniac liquide et ensuite ouvrir instantanément une soupape de libération de pression dans un système de pipeline d'origine pour libérer la pression dans le pipeline ; et (3) ouvrir la vanne de vidange à l'extrémité avant de la vanne d'entrée de gaz et la vanne de vidange à l'extrémité arrière de la vanne d'évacuation de gaz du compresseur d'ammoniac lorsque l'aiguille d'une jauge sur une canalisation d'entrée de gaz et d'évacuation de gaz du compresseur revient aux positions aérodynamiques. On connaît aussi le brevet chinois CN110425112B décrivant une solution pour éviter les coups de liquide dans une boucle de circulation de fluide frigorigène constituée d'au moins un compresseur, un robinet inverseur, un premier échangeur de chaleur, un dispositif d'étranglement, un second échangeur de chaleur et un réservoir de stockage de liquide qui sont reliés entre eux de manière séquentielle. L’installation comporte aussi un capteur de température ambiante extérieure et un capteur de retour de gaz de compresseur. Pour prévenir un coup de liquide au compresseur, cette solution consiste à comparer la température extérieure réelle mesurée T avec une température extérieure T config , configurée par un système de climatisation afin de déterminer l'opportunité d'ouvrir la vanne de commande ; et lorsque la température ambiante extérieure réelle mesurée T est inférieure à la température ambiante extérieure T config, ouvrir la vanne de commande afin qu'une partie d'un fluide frigorigène à haute température refoulé par un orifice de décharge de gaz du compresseur pénètre dans la conduite de dérivation pour préchauffer le compresseur, ce qui permet de prévenir un coup de liquide au compresseur. Le brevet chinois CN109863355B décrit un système comprenant un capteur et un dispositif de commande pour un système de réfrigération ou de climatisation ayant un compresseur. Le capteur détecte une température du compresseur pendant le fonctionnement du compresseur. Le dispositif de commande est configuré pour déterminer un taux de variation de la température par rapport au temps et pour effectuer une ou plusieurs procédures pour protéger le compresseur sur la base du taux de variation de la température. La ou les procédures pour protéger le compresseur comprennent l'arrêt du compresseur, l'étranglement d'une soupape de régulation de pression d'un évaporateur associé au compresseur, le réglage d'un détendeur associé à l'évaporateur, la réduction de la vitesse du compresseur, et le déchargement partielle ou entière du compresseur. Le but de cette solution de l’art antérieur est d'empêcher l'émulsion de l'huile de lubrification du compresseur d'ammoniac de type à piston, de garantir le fonctionnement normal du compresseur d'ammoniac et d'empêcher l'interruption de l'ammoniac liquide, ce qui permet de garantir un fonctionnement sûr. On connaît aussi le brevet européen EP3317596B1 proposant un procédé comprenant les étapes suivantes : la surveillance et le contrôle, avec un contrôleur de système, d'un système de réfrigération ou de CVC ayant un bâti de compresseurs avec au moins un compresseur ; la surveillance et le contrôle, avec un contrôleur de bâti, du fonctionnement du bâti de compresseurs ; la détermination, avec le contrôleur de système, d'une température de refoulement de retour correspondant à une condition de retour, qui est une température de refoulement admissible minimale déterminée sur la base d'entrées comprenant l'efficacité du compresseur, les propriétés du réfrigérant et les pressions de fonctionnement ; la réception, avec le contrôleur de système, d'une température de refoulement réelle associée au bâti de compresseurs ; la comparaison, avec le contrôleur de système, de la température de refoulement réelle avec la température de refoulement de retour ; la génération, avec le contrôleur de système, d'une notification au contrôleur de bâti sur la base de la comparaison ; et la génération, avec le contrôleur de système, de la notification lorsqu'une différence entre la température de refoulement de retour et la température de refoulement réelle est inférieure à un seuil prédéterminé. Inconvénients de l’art antérieur La solution de l’art antérieur n’est pas totalement satisfaisante car elle n’est pas adaptée au fonctionnement automatique d’une installation frigorifique industrielle composée d’un ou plus moto compresseurs à pistons montés en parallèle et utilisés en recompressions de gaz haute température ou pompe à chaleur (PAC). Solution apportée par l’invention Afin de remédier à cet inconvénient, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un procédé de pilotage d’une installation frigorifique, comprenant au moins un compresseur une vanne d’aspiration motorisée une vanne de refoulement motorisée et d’une vanne de dégazage caractérisé en ce que la commande de l’arrêt comporte les étapes suivantes : Arrêt du fonctionnement dudit compresseur Fermeture de la vanne de refoulement motorisée Après un délai prédéterminé à compter de l’arrêt du compresseur fermeture de la vanne d’aspiration En cas d’augmentation de la pression, activation d’une alarme. Lorsque la pression dans le carter du compresseur est stable, ouverture d’une vanne disposée entre le refoulement du compresseur et un réservoir basse pression. Selon un mode de réalisation préféré, la commande du démarrage du compresseur comporte les étapes suivantes : ouverture de ladite vanne d’aspiration motorisée qui permet l’aspiration par le compresseur de l’ammoniac contenu dans un réservoir sous pression commande du démarrage dudit compresseur et maintien de ladite vanne de refoulement motorisée reliant le premier compresseur au condenseur en position fermée, en cas de dépression dans le conduit de refoulement du premier compresseur ouverture de ladite vanne de refoulement motorisée lorsque la différence de pression PT2 mesurée par un capteur de pression en amont de ladite vanne de refoulement motorisée et la pression PT5 mesurée par un capteur de pression en aval de la vanne de refoulement motorisée dépasse une valeur prédéterminée. Selon un mode de réalisation préféré ladite installation frigorifique comprend une pluralité de compresseurs des vannes d’aspiration motorisées de vannes de refoulement et de vannes de dégazage et en ce que la commande de démarrage comporte les étapes suivantes : ouverture de ladite vanne d’aspiration motorisée qui permet commande l’aspiration par le compresseur de l’ammoniac contenu dans un réservoir sous pression commande du démarrage dudit compresseur et maintien de ladite vanne motorisée de refoulement reliant le second compresseur au condenseur en position fermée, en cas de dépression dans le conduit de refoulement du second compresseur Maintien en position fermée d’une vanne motorisée reliant ledit deuxième compresseur au condenseur en cas de dépression dans le conduit de refoulement du deuxième compresseur Ouverture de ladite vanne motorisée lorsque la différence de pression PT4 mesurée par un capteur de pression en amont de ladite vanne motorisée et la pression PT5 mesurée par un capteur de pression en aval de la vanne motorisée dépasse une valeur prédéterminée en cas de pression positive dans le conduit de refoulement du deuxième compresseur Selon une variante particulière, ladite installation frigorifique comprend une pluralité de compresseurs et en ce que la commande d’arrêt comporte les étapes suivantes : Arrêt du deuxième compresseur et fermeture de la vanne de refoulement motorisée disposée à la sortie au refoulement du compresseur avant le condenseur après un délai prédéterminé, fermeture de la vanne motorisée disposée à l’entrée du compresseur avant le réservoir sous pression mesure de la pression PT3 dans le carter du compresseur pour vérifier l’état des clapets de refoulement si la pression PT3 mesurée par le capteur de pression dans le carter augmente jusqu’à la consigne de pression haute alors activation d’une alarme « clapets de refoulement non étanche » si la pression PT3 mesurée par le capteur de pression dans le carter dans le carter du compresseur est stable, commande de l’ouverture de la vanne motorisée placée entre le refoulement du compresseur et un réservoir basse pression afin de faire chuter la pression jusqu’à atteindre une valeur de consigne. Avantageusement, ladite commande d’arrêt comporte en outre les étapes suivantes : Arrêt de l’autre compresseur et fermeture de la vanne de refoulement motorisée disposée à la sortie dudit compresseur avant le condenseur après un délai prédéterminé, fermeture de la vanne motorisée disposée à l’entrée du compresseur avant le réservoir sous pression mesure de la pression PT1 dans le carter du compresseur par un capteur de pression Si la pression PT1 dans le carter du premier compresseur augmente jusqu’à la consigne de pression haute, activation d’une alarme « Clapets de refoulement non étanches » Si la pression PT1 dans le carter du premier compresseur est stable alors on commande l’ouverture de la vanne placée entre la sortie du compresseur et un réservoir basse pression afin de faire chuter la pression jusqu’à atteindre une valeur de consigne Si la pression PT1 dans le carter du compresseur est inférieure à cette consigne, fermeture de la vanne Description détaillée d’un exemple non limitatif de réalisation La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, concernant un exemple non limitatif de réalisation illustré par les dessins annexés où : [FIG . 1] La représente une vue schématique des vannes sur les lignes d’aspiration et de refoulement des compresseurs. Principe général L’invention consiste à définir une procédure pour maintenir des conditions d’arrêts et de démarrage optimaux d’un ou de plusieurs compresseurs installés en parallèle, pour une installation de recompressions de gaz ou PAC dont le fluide frigorigène est préférentiellement de l’ammoniac. Son taux de saturation dans l’huile peut être réduit en abaissant la pression et/ou en augmentant la température. Ces actions favorisent l’évaporation du fluide frigorigène du mélange et, par conséquent, supprime tout risques de coup de liquide au redémarrage et de défaut de lubrification de pièces mécaniques en mouvement. Les tolérances de température et de pression acceptables seront dépendantes des préconisations de viscosités de l’huile utilisée nécessaires pour assurer une bonne lubrification de chaque compresseur. Fonctionnement de l’installation lors du démarrage La est une représentation schématique d’un exemple non limitatif de réalisation de l’invention, selon une variante d’installation mettant en œuvre deux compresseurs (300, 400) en parallèle et utilisant comme fluide frigorigène l’ammoniac. La description du cycle de démarrage qui suit commence au moment où l’installation est à l’arrêt. La procédure de démarrage est entamée par l’ouverture de la vanne motorisée (301) qui commande l’aspiration du premier compresseur (300) de l’ammoniac contenu dans un réservoir sous pression (500). Lorsque la vanne motorisée (301) est ouverte pour assurer l’alimentation en gaz du premier compresseur (300), on commande le démarrage de ce premier compresseur (300). Pour éviter le reflux d’ammoniac vers le premier compresseur (300) depuis le circuit haute pression, la vanne de refoulement motorisée (302) reliant le premier compresseur (300) au condenseur (200) est fermé, en cas de dépression dans le conduit de refoulement du premier compresseur (300), notamment si la différence entre : La pression PT2 mesurée par un capteur de pression (303) en amont de la vanne de refoulement motorisée (302) et la pression PT5 mesurée par un capteur de pression (210) en aval de la vanne de refoulement motorisée (302) est inférieure à un seuil, par exemple 0,2 bar. Mise en service des autres compresseurs Si le premier compresseur (300) fonctionne à sa puissance maximale, l’automate commandant l’installation autorise l’ouverture de la vanne motorisée (401) qui commande l’alimentation du deuxième compresseur (400) par l’ammoniac contenu dans le réservoir sous pression (500). Lorsque la deuxième vanne motorisée (401) est ouverte pour assurer l’alimentation en gaz du second compresseur (400), on commande le démarrage de ce deuxième compresseur (400). Pour éviter le reflux d’ammoniac vers le deuxième compresseur (400) depuis le circuit haute pression, la vanne motorisée (402) reliant le deuxième compresseur (400) au condenseur (200) est fermé, en cas de dépression dans le conduit de refoulement du premier compresseur (400), notamment si la différence entre : La pression PT4 mesurée par un capteur de pression (403) en amont de la vanne de refoulement motorisée (402) et la pression PT5 mesurée par un capteur de pression (210) en aval de la vanne motorisée (402) est inférieure à un seuil, par exemple 0,2 bar. Les deux compresseurs (300, 400) sont alors en service et protégés contre les reflux mutuels de gaz. Arrêt de l’installation Si le deuxième compresseur (400) fonctionne à sa puissance minimale pendant une durée prédéfinie, par exemple 5 minutes, l’automate de l’installation commande sa mise hors fonction. Le cycle de mise hors fonction comporte l’arrêt du deuxième compresseur (400) et la fermeture conjointe de la vanne de refoulement motorisée (402) disposée à la sortie du compresseur (400), avant le condenseur (200). Ensuite, après un délai prédéterminé, par exemple 60 secondes, on commande la fermeture de la vanne motorisée (401) disposée à l’entrée du compresseur (400), avant le réservoir sous pression (500). La fermeture de la vanne d’aspiration (401) évite la rentrée d’ammoniac en phase gazeuse et la fermeture de la vanne de refoulement (402) évite le refoulement venant des autres compresseurs), elles et réalisent l’isolement du compresseur à l’arrêt. Un capteur de pression (405) mesure la pression PT3 dans le carter du compresseur (400) pour vérifier l’état d’étanchéité entre la haute pression et la basse pression interne au compresseur. Si la pression PT3 mesurée par le capteur de pression (405) dans le carter augmente jusqu’à la consigne de pression haute alors une alarme « clapets de refoulement non étanche » est activée. Si la pression PT3 mesurée par le capteur de pression (405) dans le carter du compresseur (400) est stable alors on commande l’ouverture de la vanne motorisée (406) placée entre le refoulement du compresseur (400) et un réservoir basse pression (420) afin de faire chuter la pression jusqu’à atteindre une valeur de consigne (par exemple 8,5 bar à 20°C pour l’ammoniac) afin d’éviter la condensation du fluide frigorigène dans le compresseur (400). Si la pression PT3 mesurée par le capteur de pression (405) dans le carter dans le carter du compresseur (400) est inférieure à cette valeur de consigne, l’automate commande la fermeture de la vanne (406). A la fin du cycle de mise hors fonction du compresseur (400), celui-ci est isolé par des vannes (401, 402 et 406) fermées. Un contrôle de la pression PT4 par le capteur (403) placé à la sortie du second compresseur (400) est alors réalisé. Il permet de vérifier l’étanchéité de la vanne (402) placée entre le second compresseur (400) et le condenseur (200). Si la pression PT4 mesurée par le capteur (403) augmente jusqu’à la consigne de pression haute à l’arrêt alors une alarme « vanne non étanche » est activée. Arrêt du premier compresseur (300) Si la température du process à réchauffer est supérieure à la consigne de la demande d’arrêt de chauffage, l’automate de l’installation abaisse le premier compresseur (300) à sa puissance minimale. Si le premier compresseur (300) fonctionne à sa puissance minimale pendant une durée prédéfinie, par exemple 5 minutes, l’automate de l’installation commande sa mise hors fonction. Le cycle de mise hors fonction comporte l’arrêt du premier compresseur (300) et la fermeture conjointe de la vanne de refoulement motorisée (302) disposée à la sortie du compresseur (300), avant le condenseur (200). Ensuite, après un délai prédéterminé, par exemple 60 secondes, on commande la fermeture de la vanne motorisée (301) disposée à l’entrée du compresseur (300), avant le réservoir de liquide frigorigène sous pression (500). Un capteur de pression (305) mesure la pression PT1 dans le carter du compresseur (300) pour vérifier l’état d’étanchéité entre la haute pression et la basse pression interne au compresseur. Si la pression PT1 dans le carter du premier compresseur (300) augmente jusqu’à la consigne de pression haute alors une alarme « Clapets de refoulement non étanches » est activée. La pression sera considérée comme stable si les variations de pression ne dépassent pas une valeur prédéterminée, par exemple 0,1 bar, sur une fenêtre temporelle prédéterminée, par exemple 3 minutes. Si la pression PT1 dans le carter du premier compresseur (300) est stable alors on commande l’ouverture de la vanne (306) placée entre le refoulement du compresseur (300) et un réservoir basse pression (320) afin de faire chuter la pression jusqu’à atteindre une valeur de consigne (par exemple à 8,5 bar à 20°C pour l’ammoniac) afin d’éviter la condensation du fluide frigorigène dans le compresseur (300). Si la pression PT1 dans le carter du compresseur (300) est inférieure à cette consigne, on ferme la vanne (306). A la fin du cycle de mise hors fonction du compresseur (300), celui-ci est isolé par des vannes (301, 302 et 306) fermées. Un contrôle de la pression PT2 par le capteur (303) placé à la sortie du premier compresseur (300) est alors réalisé. Il permet de vérifier l’étanchéité de la vanne de refoulement motorisée (302). Si la pression PT2 augmente jusqu’à la consigne de pression haute à l’arrêt alors une alarme « Vanne non étanche » est activée. Pour chaque arrêt de compresseur, un réseau d’eau glycolée maintient les culasses des compresseurs à 50°C. Une résistance électrique maintient l’huile dans le carter à 60°C. – Procédé de pilotage d’une installation frigorifique, comprenant au moins un compresseur (300), une vanne d’aspiration motorisée (301), une vanne de refoulement motorisée (302) et d’une vanne de dégazage (306) caractérisé en ce que la commande de l’arrêt comporte les étapes suivantes : Arrêt du fonctionnement dudit compresseur (300) Fermeture de la vanne de refoulement motorisée (302) Après un délai prédéterminé à compter de l’arrêt du compresseur (300), fermeture de la vanne d’aspiration (301) Lorsque la pression dans le carter du compresseur (300) est stable, ouverture d’une vanne (306) disposée entre le refoulement du compresseurs (300) et un réservoir basse pression (320), et en cas d’augmentation de la pression, activation d’une alarme. – Procédé de pilotage d’une installation frigorifique, selon la revendication 1 caractérisé en ce que la commande du démarrage du compresseur (300) comporte les étapes suivantes : ouverture de ladite vanne d’aspiration motorisée (301) qui commande l’aspiration par le compresseur (300) de l’ammoniac contenu dans un réservoir sous pression (500) commande du démarrage dudit compresseur (300) et maintien de ladite vanne de refoulement motorisée (302) reliant le premier compresseur (300) au condenseur (200) en position fermée, en cas de dépression dans le conduit de refoulement du premier compresseur (300) ouverture de ladite vanne de refoulement motorisée (302) lorsque la différence de pression PT2 mesurée par un capteur de pression (303) en amont de ladite vanne de refoulement motorisée (302) et la pression PT5 mesurée par un capteur de pression (210) en aval de la vanne de refoulement motorisée (302) dépasse une valeur prédéterminée. – Procédé de pilotage d’une installation frigorifique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite installation frigorifique comprend une pluralité de compresseurs (300) (400), une vanne d’aspiration motorisée (301) (401), de vannes de refoulement (302) (402) et de vannes de dégazage (306) (406) et en ce que la commande de démarrage comporte les étapes suivantes : Ouverture de ladite vanne d’aspiration motorisée (401) qui commande l’aspiration par le compresseur (400) de l’ammoniac contenu dans un réservoir sous pression (500) commande du démarrage dudit compresseur (400) et maintien de ladite vanne motorisée de refoulement (402) reliant le second compresseur (400) au condenseur (200) en position fermée, en cas de dépression dans le conduit de refoulement du second compresseur (400) Maintien en position fermée d’une vanne motorisée (402) reliant ledit deuxième compresseur (400) au condenseur (200), en cas de dépression dans le conduit de refoulement du deuxième compresseur (400), Ouverture de ladite d’une vanne motorisée (402) lorsque la différence de pression PT4 mesurée par un capteur de pression (403) en amont de ladite vanne motorisée (402) et la pression PT5 mesurée par un capteur de pression (210) en aval de la vanne motorisée (402) dépasse une valeur prédéterminée. en cas de pression positive dans le conduit de refoulement du deuxième compresseur (400). – Procédé de pilotage d’une installation frigorifique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite installation frigorifique comprend une pluralité de compresseurs (300) (400) et en ce que la commande d’arrêt comporte les étapes suivantes : Arrêt du deuxième compresseur (400) et fermeture de la vanne de refoulement motorisée (402) disposée à la sortie au refoulement du compresseur (400), avant le condenseur (200) après un délai prédéterminé, fermeture de la vanne motorisée (401) disposée à l’entrée du compresseur (400), avant le réservoir sous pression (500) fermeture de la vanne de refoulement (402) mesure de la pression PT3 dans le carter du compresseur (400) pour vérifier l’état des clapets de refoulement si la pression PT3 mesurée par le capteur de pression (405) dans le carter augmente jusqu’à la consigne de pression haute alors activation d’une alarme « clapets de refoulement non étanche » si la pression PT3 mesurée par le capteur de pression (405) dans le carter dans le carter du compresseur (400) est stable, commande de l’ouverture de la vanne motorisée (406) placée entre le refoulement du compresseur (400) et un réservoir basse pression (420) afin de faire chuter la pression jusqu’à atteindre une valeur de consigne. – Procédé de pilotage d’une installation frigorifique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite commande d’arrêt comporte en outre les étapes suivantes : Arrêt de l’autre compresseur (300) et fermeture de la vanne de refoulement motorisée (302) disposée à la sortie dudit compresseur (300), avant le condenseur (200) après un délai prédéterminé, fermeture de la vanne motorisée (301) disposée à l’entrée du compresseur (300), avant le réservoir sous pression (500) mesure de la pression PT1 dans le carter du compresseur (300) par un capteur de pression (305). Si la pression PT1 dans le carter du premier compresseur (300) augmente jusqu’à la consigne de pression haute, activation d’une alarme « Clapets de refoulement non étanches » Si la pression PT1 dans le carter du premier compresseur (300) est stable alors on commande l’ouverture de la vanne (306) placée entre la sortie du compresseur (300) et un réservoir basse pression (320) afin de faire chuter la pression jusqu’à atteindre une valeur de consigne Si la pression PT1 dans le carter du compresseur (300) est inférieure à cette consigne, fermeture de la vanne (306).