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Installation de réfrigération.
La présente invention concerne l'évacuation par purge et l'équilibrage de fluides dans une installation de réfrigération et, plus particulièrement, la séparation de fluides mélangéspen- dant le fonctionnement de l'installation et le retour des fluides séparés on vue de les réutiliser dans l'installation.
Une installation de chauffage et de refroidissement est décrite dans la demande de brevet américain n 377.317 du 23 juin 1964, cédée à la Demanderesse. Cette installation comprend un turbo- compresseur actionné par de la vapeur et la capacité de refroi- dissement de l'installation est réglée en fonction du débit
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du turbocompresseur qui est réglé en masquant une fraction d'un condenseur de vapeur au moyen d'une vapeur incondensable (agent de refroidissement) pour modifier la pression de re- foulement du côté turbine du turbocompresseur.
Toute fuite de vapeur ou d'agent de refroidissement dans le turbocompresseur est envoyée au condenseur de vapeur et s'écoule dans ce dernier avec tout autre agent de refroidissement éven- tuel pour y être mélangée à de la vapeur d'aau y contenue, et un système de purge fait passer les vapeurs du, condenseur à un refroidisseur. Les fluides mélangés sont séparés dans le refroi- disseur et l'agent de refroidissement passe par le côté agent de refroidissement de l'installation tandis que le fluide motaur est renvoyé au côté moteur de l'installation en vue d'être ré- utilisé.
La vapeur condensée est renvoyée du condenseur à un générateur de vapeur au moyen d'une pompe de condensat et une pompe d'alimentation d'eau séparée est utilisée pour faire fonctionner le système de purge et pour-faire passer le fluide moteur à l'état d'eau du refroidisseur au c8té vapeur de l'in- stallation. Un excès de vapeur d'eau dans le refroidisseur peut diminuer légèrement l'efficacité du refroidisseur parcequecette! vapeur exerce une charge artificielle sur. le compresseur.
De plus, plusieurs pompes à'eau sont requises, ce qui augmente le prix de revient et la complexité de l'installation.
La présente invention a pour but de procurer une in- stallation de réfrigération nouvelle et perfectionnée ainsi qu'un procédé pour effectuer cette réfrigération.
L'invention a encore pour but de procurer un dispositif de purge et d'équilibrage nouveau et perfectionné dans une installation de réfrigération ainsi qu'un procédé pour purger et équilibrer une installation de réfrigération.
L'invention a encore pour but de procurer, dans une installation de réfrigération, un dispositif et un procédé nouveaux
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et perfectionnés pour séparer des'fluides mélangés dans l'instal- lation et pour renvoyer au moins un des fluides séparés en vue de le réutiliser dans l'installation.
Ces buts de l'invention et d'autres encore ressorti- ront clairement de la description détaillée donnée avec référence au dessin annexé qui est un schéma synoptique d'une installation de réfrigération montrant une forme d'exécution d'un appareil suivant l'invention.
L'installation de refrigération représentée est, de préférence, hermétique, pour contenir efficacement des fluides et empêcher toute rentrée d'air ambiant. L'installation peut être considérée comme comportant un côtemoteur comprenant un circuit de circulation pour un fluide moteur, un côté agent de refroidissement comprenant un circuit de circulation pour un fluide de refroidissement sous l'action d'un dispositif d'en- traînement entraîné par le fluide moteur, un dispositif ap- proprié étant prévu pour régler la capacité de l'installation de réfrigération.
L'invention sera décrite ci-après avec référence à un fluide moteur préféré, qui est 'eau, et un agent de refroidissement préféré qui est l'octafluorocyclobutane, habituellement appelé C318 et dont la formule chimique est
C4F8. Ces fluides sont particulièrement intéressants par suite de leur immiscibilité relative et parce qu'ils sont essentielle- ment très stables et ne tendent pas à se décomposer ou à réagir chimiquement l'un avec l'autre ou avec d'autres matières dans l'in- stallation ou à provoquer ou favoriser une corrosion et la for- mation de sous-produits indésirables.
De plus, cet agent de refroidissement est une vapeur relativement incondensable aux températures et aux pressions auxquelles le fluide moteur (l'eau) se condense ainsi que dans les conditions de température et de pression atmosphériques ambiantes habituelles. Mais, d'autres
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fluides moteurs et d'autres agents de refroidissement présentant les propriétés chimiques et physiques désirées peuvent être utilisés sans sortir du cadre de l'invention.
Comme décrit plus en détail dans la demande de brevet américain précitée, le dessin représenteune Installation de ré- frigération comprenant un turbocompresseur 11. Un côté moteur de l'installation de réfrigération comprend un générateur de vapeur
12 qui envoie de. la vapeur par une conduite do vapeur 13 , à une section turbine 14 du turbocompresseur 11 pour entraîner le turbocompresseur. A la sortie de la turbine 14, la vapeur passe par une conduite de sapeur 15 à un condenseur de vapeur
16 d'ou le condensat résultant pénètre dans une chambre de con- densat 17 formant une seconde zone.
A la sortie de la chambre de condensat 17, une pompe de condensat ou d'eau 18 dans une con- duite de condensat 19 renvoie le condensat par une valve de rete- nue 20 au générateur de vapeur 12 pour le remettre en circula- ' tion vers le côté moteur de l'installation. Le côté agent de refroidissement de l'installation comprend 10 compresseur d'agent de refroidissement 21 du turbocompresseur 11. Le compresseur 21 est entraîné par la turbine 14 pour faire passer de la vapeur d'agent de refroidissement à haute pression par une conduite haute pression 22 à un condenseur d'agent de refroidissement 23 d'où l'agent de refroidissement condensé passe par une conduite de condensat d'agent de refroidissement 24 et par un dispositif régulateur de débit 241 dans un refroidisseur ou un
évaporateur approprié 25 formant une première zone et comportant une conduite d'eau refroidie comprenant un serpentin 26 noyé dans l'agent de -' refroidissement liquide contenu dans le refroidisseur,pour refroidir. le,eau refroidie mise.en circulation vers une charge à refroidir.
En sortant du refroidisseur 25, la vapeur d'agent de refroidisse- ment revient au compresseur par une conduite d'aspiration 27 pour être remise en circulation par le côte agent de refroidissement de
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l'installation. Le dispositif servant à régler la capacité do refroidissement de l'installation peut être de n'importe quel type désiré et, dans la demande de brevet américain pré- citée, le réglage de la capacité 3'opère en masquant de façon réglée une partie du condenseur de vapeur au moyen d'une vapeur incon- densable (agent de refroidissement) pour diminuer la capacité de condensation du condenseur de vapeur en dessous de sa capacité maximum,afin de régler la pression de refoulement de la vapeur,
de la. turbine tandis que de la vapeur à une pression en sub- stance constante est, de préférence, fournie à la turbine afin de régler le débit d'agent de refroidissement du compresseur.
En variante, la capacité de l'installation peut être réziée, par exemple au moyen d'aubes de guidage d'entrée prévues sur le compresseur ou, comme on peut le voir-dans le dessin, en modifiant la chaleur fournie au générateur de vapeur 12, par exemple au moyen d'un détecteur approprié 28 branché sur la con- duite d'eau refroidie 26 qui actionne un régulateur 29 pour ré- gler la quantité de combustible et d'air fournie au brûleur 30 du générateur de vapeur.
Le turbocompresseur 11 comporte, de préférence, des paliers lubrifiés à l'eau 31 et une conduite d'eau 32 est bran- chée sur la conduite de condensat de vapeur 19 en aval de la pompe à eau 18 pour fournir de l'eau lubrifiante par une con- duite d'oau lubrifiante 33 au turbocompresseur 11. La conduite d'eau 32 comporte un échangeur de chaleur 34 pour refroidir l'eau qui passe dans cette conduite. L'eau lubrifiante ainsi que toute fuite de vapeur ou d'agent de refroidissement qui franchit des dispositifs d'étanchéité appropriés 35 dans le turbocompresseur 11, passe par une conduite d'évacuation 36 dans la chambre de con- densat de vapeur 17.
Les condenseurs 16 et 23 et l'échangeur de chaleur 34 reçoivent, de préférence, de l'eau de refroidissement provenant du circuit d'une toar de refroidissement appropriée
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qui, comme le montre le dessin, comporte une conduite d'amenée d'eau 37 provenant d'une tour de refroidissement appropriée (non représentée) et une conduite de retour 38 qui revient à la tour.
Tout agent de refroidissement Ou autre vapeur ' incondensalbe, comme l'air,contenu dans le côté moteur de l'in- stallation passe dans le condenseur de vapeur 16 d'où il est soutiré par un dispositif de purge. Le dispositif de purge com- prend une conduite de purge 40 qui s'ouvre dans la chambre de condensat de vapeur 17 pour soutirer la vapeur incondensable ainsi que toute vapeur d'eau entraînée par cette vapeur. incon- dendable et pour faire passer ces vapeurs mélangées à une pompe, à éjecteur 41 qui.reçoit de l'eau d'entraînement refroi- die par une conduite d'eau 42 branchée sur la conduite d'alimen- tation d'eau 32 en aval de l'échangeur de chaleur de refroidisse- ment 34.
La conduite de purge 40 comporte une valve de retenue 43 pour empocher tout écoulement vers le condenseur de vapeur 16.
La pompe 4l refoule le mélange d'eau d'entraînement et de vapeur incondensable dans une chambre de séparation formant une troisième zone à un niveau moins élevé que la chambre de vapeur condensée 17 pour établir une charge statique entre elles. L'échangeur de, chaleur 34 communique une température peu élevée appropriée à l'eau d'entraînement de sorte que la vapeur d'eau contenue dans la conduite de purge 40 se condense et se dépose avec l'eau d'en- traînement dans une masse d'eau 45 contenue dans une partie inférieure de la chambre de séparation à mesure que les gaz incon- densables 46 débités par la pompe à éjecteur 41 montent vers le dessus de la chambre de séparation 44 et, y sont retenus.
Les pressions de travail et les gammes de températures dans la cham- bre de séparation 44 sont telles que l'agent de refroidissement reste sous forme de vapeur avec d'autres gaz incondensalbes, tels que de l'air,introduits dans la chambre de séparation, séparant
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ainsi l'eau qui constitue le fluide moteur et les gaz inconden- sables 46 dans la partie supérieure de la chambre de séparation.
Pendant un cycle de purge, l'eau provenant de la masse d'eau 45 revient dans la chambre de condensat de vapeur 17 par une première conduite de retour d'eau 50 et par une valve à solénoxde normalement ouverte 51 dans la conduite 50. A mesure que la purge se poursuit, les gaz incondensables continuent à se déposer dans la chambre 44 et le volume d'eau dans la chambre 44 est lentement refoulé. Lorsque la quantité de gaz inconden- sables 46 recueillis est suffisante pour repous,ser le niveau de 19eau vers le bas jusqu'à une première sonde électrique 52, :la valvo à solénolde 51 se ferme.
Une seconde valve à solénoïde normalement fermée 52 dans une conduite de re- tour d'agent de refroidissement 53 entre la partie supérieure de la chambre de séparation 44 et le refroidisseur 25,est simultané- ment ouverte pour amorcer un cycle d'évacuation. Comme l'eau et les gaz incondensables continuent à pénétrer dans la chambre de séparation 44, le niveau de l'eau dans la chambre de sépara- tion monte et les gaz incondensables pénètrent dans le sépara- teur jusqu'à ce que, après environ 30 secondes, l'eau contenue dans la chambre de séparation vienne en contact avec une seconde sonde électrique 54 située près de l'extrémité supérieure de la chambre de séparation pour ouvrir à nouveau la valve à solénolde
51 et fermer la valve à solénolde 52.
Les gaz incondensables résiduels 46 contenus dans la chambre de séparation 44 se dilatent légèrement et font quelque peu descendre le niveau de l'eau lorsque la valve 51 s'ouvre et que la valve 52 se ferme et, par suite de la charge statique existant entre la chambre
17 du condenseur de vapeur et la chambre de séparation 44, la pression qui règne dans la chambre de séparation n'est que légère- ment supérieure à la pression régnant dans la chambre de condensat' de vapeur 17.
L'eau provenant de,la masse,d'eau 45 passe de la
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chambre de séparation à la chambre de condensat jusqu'à ce que, lorsqu'elle arecueilli à nouveau suffisamment de gaz incondensa- ! blés, le niveau de l'eau dans la chambre de séparation 44 descende j en dessous de la première sonde 52, ,après quoi le cycle,se répète...
Pendant l'opération de refroidissement, le refroidis- seur 25 est normalement à environ 0,35 kg/cm2 et le condenseur de vapeur 16 est normalement soumis à un vide d'environ 68,6 cm de Hg.
L'agent de refroidissement qui passe du condenseur d'agent de refroidissement 23 par la conduite d'agent de re- froidissement condensé 24 dans le refroidisseur 25 peut entraîner une certaine quantité d'eau et cette eau flotte normalement au- dessus de l'agent de refroidissement liquide plus lourd contenu dans le refroidisseur et se dépose dans une zone relativement tranquille 54' d'où elle s'écoule par-dessus un seuil approprié 55 oa un élément analogue dans une masse d'eau 56, comme décrit plus en détail dans la demande de brevet américain précitée.
De même, toute vapeur d'eau d'entraînée avec la vapeur d'agent de refroidissement par la conduite de vapeur d'agent de refroi- dissement 53 peut se condenser et se déposer sur la masse d'agent de refroidissement en ébullition d'ou elle passe de la même ma- nière dans la masse d'eau 56. Afin de renvoyer de l'eau de cette masse dans le condenseur de vapeur 16, une seconde conduite de re- tour d'eau 57 raccorde le refroidisseur 25 et la chambre de va- peur condensée 17 et comporte une troisième valve d'arrêt à so- lénolde normalement fermée 58 qui s'ouvre lorsque le niveau de l'eau de,la masse d'eau atteint une sonde détectrice électrique supérieure 59 et qui se ferme lorsque le niveau de l'eau descend en dessous d'une sonde électrique inférieure 60.
La différence de pression entre le refroidisseur 2?.et le condenseur de vapeur 16 refoule l'eau dans le condenseur.
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L'installation convient particulièrement pour des ma- chines à haute pression ayant une pression de travail de la va- peur de l'ordre de 5,25 kg/cm2 ou plus,car une telle installa- tion exige une pompe à charge élevée 18 pour traiter la vapeur condensée et une pression accrue est, par conséquent, disponible pour faire fonctionner la pompe à éjecteur 41 afin de soutirer les gaz incondensables du condenseur de vapeur 16 et de procurer une force suffisante pour purger le condenseur de vapeur pendant la mise en marche de l'installation lorsque les pressions dans l'in- stallation sont très élevées, par exemple de 3,5 kg/cm2.
L'installa- tion peut être utilisée avec de nombreux types de dispositifs de réglage de la capacité, par exemple, un dispositif de réglage par masquage, un dispositif de réglage qui étrangle le brûleur, un dispositif de réglage à aubes d'entrée ou une combinaison de ces dispositifs pour obtenir une efficacité de fonctionnement maximum.
Les fonctions de pompage sont combinées dans une pompe principale, c'est-à-dire la pompe à eau 18 qui fournit de l'eau lubrifiante auxpaliers 31 du turbocompresseur, de la vapeur condensée au géné- rateur de vapeur 12, et de l'eau d'entraînement à la pompe à éjecteur 41 pour actionner le dispositif de purge, ce qui diminue les frais d'investissement et d'entretien de l'installation.
De plus, en fournissant de la vapeur condensée à la pompe à éjec- teur 41, l'eau d'entraînement est presque entièrement exempte d'agent de refroidissement pour éviter une évaporation instantanée et la pompe à éjecteur peut être relativement petite car son efficacité est fortement accrue et uns pression élévatrice moindre est requise entre le condenseur de vapeur 16 et la chambre de séparation 44 qu'entre le condenseur et le refroi- disseur 25 qui est à une pression accrue* De plus, très peu d'eau est introduite dans le refroidisseur 25,
ce qui améliore les coefficients d'ébullition du refroidisseur et ce qui élimine efficacement la charge artificielle du compresseur de la vapeur
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d'eau située du c8té agent de refroidissement de l'installation tout en permettant d'utiliser un refroidisseur de construction simplifiée et plus souple. L'installation peut également être utilisée avec des refroidisseurs à détente' directe*
Bien entendu, l'invention n'est paslimitée aux détails d'exécution décrits auxquels des changements et des modifications peuvent être apportés sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS.
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