EP0053536B1 - Perfectionnement au procédé de production de froid mettant en oeuvre un cycle à démixtion - Google Patents

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EP0053536B1
EP0053536B1 EP81401815A EP81401815A EP0053536B1 EP 0053536 B1 EP0053536 B1 EP 0053536B1 EP 81401815 A EP81401815 A EP 81401815A EP 81401815 A EP81401815 A EP 81401815A EP 0053536 B1 EP0053536 B1 EP 0053536B1
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EP
European Patent Office
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phase
refrigerant fluid
solution
solvent
content
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EP81401815A
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German (de)
English (en)
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EP0053536A2 (fr
EP0053536A3 (en
Inventor
Alexandre Rojey
Joseph Larue
Alain Barreau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Publication date
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Priority to AT81401815T priority Critical patent/ATE20278T1/de
Publication of EP0053536A2 publication Critical patent/EP0053536A2/fr
Publication of EP0053536A3 publication Critical patent/EP0053536A3/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0053536B1 publication Critical patent/EP0053536B1/fr
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/02—Compression-sorption machines, plants, or systems

Definitions

  • the invention relates to refrigeration machines using, to produce cold, the vaporization of a refrigerant.
  • the refrigerant in the vapor phase is compressed, condensed by yielding heat to an external fluid, most often water or air, then expanded and sent to the vaporization stage.
  • the refrigerant is vaporized in the exchanger E2 by cooling an external fluid. It is recycled to the compressor K1 either directly or through the exchanger E1 (this last arrangement is illustrated in fig. 1).
  • the compressed vapor phase VFC is mixed with a solvent phase S.
  • the mixture of vapor phase VFC and solvent phase passes through the exchanger C1 in which the vapor phase is condensed in the presence of the solvent.
  • the liquid phase thus obtained is cooled in the exchanger E1.
  • a demixing takes place which leads to the formation of two liquid phases, including a phase rich in solvent and a phase rich in refrigerant which are collected in the settling tank B1.
  • the solvent phase is driven by the pump P1 and recycled through the exchanger E1.
  • the liquid phase rich in refrigerant is expanded through the expansion valve V1 and sent to the exchanger E2.
  • the temperature T l of the mixture of refrigerant and solvent leaving the exchanger E1 and collected in the tank B1 is an essential parameter.
  • the lower this temperature T the lower the concentration of refrigerant in the solvent phase recycled from tank B1.
  • this temperature T d is lowered, the possibility of reducing the rate of solvent recirculation and also the dissolution pressure.
  • said vaporization of the part (F i ) is carried out simultaneously with the heat exchange of step (d).
  • said vaporization of the part (F,) is carried out in contact with the solution originating from step (a) after the latter has undergone the cooling of step (b).
  • the improved method according to the invention consists in separating the refrigerant leaving the tank B1 into two fractions.
  • a first fraction F 1 passes through the expansion valve V2 then is placed in heat exchange contact with the mixture of solvent and refrigerant, to lower the temperature to the required level. In particular, to lower this temperature T , it is necessary to increase the fraction F 1 of refrigerant passing through the expansion valve.
  • the remaining fraction F 2 is expanded through the expansion valve V3 and vaporized through the exchanger E2 to cool the external fluid which arrives in the exchanger E2.
  • the fraction F is expanded to an intermediate pressure between the low pressure and the high pressure of the cycle.
  • the mixture of solvent and refrigerant leaving the exchanger C1 is successively cooled in the exchanger E4 by heat exchange with the recycled solvent phase and then in the exchanger E5 by heat exchange with the fraction F 1 which is vaporized.
  • the vapor phase obtained by mixing the vapor fractions from the vaporization of the liquid fractions F 1 and F 2 is returned directly to the compressor K1. In this way, it is possible to use for the exchangers E4 and E5 conventional tube and shell exchangers.
  • a variant consists in exchanging heat between the fraction F 2 leaving the exchanger E2 and the solution leaving the condenser C1. This can be done, for example, in the exchanger E4 which is then a triple exchanger.
  • the invention applies to all mixtures of refrigerant and solvent which make it possible to carry out the dissolving step with transmission of the heat of dissolution to an external fluid and the liquid-liquid demixing step by lowering the temperature.
  • the solvent consists of the same liquid as that used to lubricate the compressor.
  • the dissolution step can advantageously be carried out at a temperature close to ambient temperature, this temperature being obtained by heat exchange with water or air.
  • This temperature can be, for example, between 20 and 50 ° C.
  • the solvent is a preferably polar solvent, which can be, for example, an alcohol, a ketone, an aldehyde, an ether, an ester, a nitro derivative, a nitrile, an amide or an amine.
  • the chemical formulas of such a solvent will for example be of the form R-OH, R-CO-R ', R-CHO, RO-R', R-NO z , R-CN, R-CONH 2 , R- NH 2 , R-NH-R 'or NRR'R ", R, R' and R" denoting alkyl radicals containing from 1 to 3 carbon atoms.
  • solvents may be suitable in some cases.
  • a hydrocarbon or a fluorinated and / or chlorinated hydrocarbon can be used as solvent.
  • the solvents can be used pure or as a mixture. In particular by using a mixture of two solvents whose solvent powers are different, it is possible, by modifying the relative proportions of these solvents, to adjust the concentration of refrigerant.
  • the solvent consists of the lubricant used in the compressor.
  • This lubricant can consist of a hydrocarbon base.
  • the refrigerant will preferably consist of a halogenated hydrocarbon or a “fluorocarbon” fluid of the “Freon” type such as R-22, R-23, R-13, R-115, R-13Bl or R-14.
  • This hydrocarbon base can be of the naphthenic type or of the paraffinic type. It has been observed that by lowering the temperature, the liquid-liquid demixing phenomena are more marked and the separation of the two liquid phases more advanced in the case of a paraffinic base than in the case of a naphthenic base.
  • lubricant by mixing the two types of lubricants, it is possible to adjust the mutual solubility so as to obtain a sufficient dissolution of the refrigerant at the temperature of the condenser C1 and a separation by demixing sufficiently advanced at the temperature T d . It is also possible to use a synthetic librifying agent as solvent. Different types of polymers can be used.
  • the lubricant can be, for example, of the polyolefin type or of the alkylphenyl type.
  • the low pressure of the cycle is generally between 1 and 10 atm.
  • the high pressure of the cycle is generally between 10 and 70 atm.
  • the compressor can be, for example, a piston compressor, a screw compressor, a centrifugal compressor, an axial compressor with one or more stages, intermediate coolings being able to be operated between the stages.
  • the exchangers used can be, for example, tube and shell exchangers, wound or plate.
  • Surface coatings can be used to facilitate vaporization or condensation of the products.
  • the expansion members can be regulated automatically.
  • the expansion valve V3 can be controlled so as to produce a refrigeration temperature imposed in the exchanger E2 and the expansion valve V2 can be controlled so as to produce a temperature T, imposed at the outlet of the exchanger E1.
  • the light phase leaves the balloon B1 through the conduit 3.
  • Part of this light phase (conduit 4) is expanded through the valve V3, which lowers its temperature, and enters the exchanger E2 through the conduit 5.
  • the refrigerant is vaporized by supplying cold to an external fluid entering the exchanger E2 by the conduit 16 and leaving by the conduit 17.
  • the other part of the light phase is sent by the conduit 7 to the valve V2 where it is relaxed, which lowers its temperature; it leaves via the conduit 8 to be mixed with the gaseous refrigerant which comes from the exchanger E2 by the conduit 6.
  • the gas-liquid mixture thus formed enters via the conduit 9 in the exchanger E1, in which the refrigerant vaporizes .
  • the refrigerant is entirely gaseous; it is sucked in by compressor K1, in which it undergoes two-stage compression with intermediate cooling.
  • the high pressure gas is sent through line 11 to the exchanger C1.
  • the heavy fraction of the balloon B1 is evacuated through the conduit 12 and passes into the exchanger E1 from where it exits through the conduit 13; it is taken up by the pump P1 and returned by the pipe 14 to be mixed in line with the high pressure refrigerant coming from the compressor K1, in the pipe 15.
  • the exchanger C1 there is a dissolution of the refrigerant in the solvent which is accompanied by an evolution of heat which is evacuated by an external fluid.
  • the light phase leaves the balloon B1 through the conduit 23. Part of this light phase enters through the conduit 24 in the sub-cooling exchanger E3. It exits through the conduit 25, is expanded through the valve V3 and enters the exchanger E2 through the conduit 26. In this exchanger, the refrigerant vaporizes by supplying cold to an external fluid which enters the exchanger E2 through the conduit 38 and out through the conduit 39.
  • the light phase leaves the exchanger E2 through the conduit 27 and enters the exchanger E3, from which it emerges through the conduit 28; by this same conduit, it enters the exchanger E1, it leaves it, entirely gaseous. This gas is sucked by the first stage of the compressor K1 through the conduit 31.
  • the gas passes through an intermediate cooler C2.
  • the second part of the light phase (line 29) coming from line 23, is expanded through valve V2, which lowers its temperature: it enters the exchanger E1 through line 30, it comes out entirely vaporized through the line 32: it is then mixed with the part which comes from the first compression stage.
  • the entire light gas phase is sucked in through the second stage of the K2 compressor.
  • the high pressure gas is sent through line 33 to the exchanger C1.
  • the heavy fraction of the balloon B1 is evacuated through the conduit 34 and passes through the exchanger E1; it comes out through the conduit 35; it is taken up by the pump P1 and returned by the conduit 36 to be mixed in line with the high pressure refrigerant coming from the compressor, in the conduit 37.
  • the exchanger C1 there is a dissolution of the gaseous refrigerant in the solvent which is accompanied by a release of heat, which is discharged by an external fluid.
  • the gas mixture (line 41) enters the exchanger E4 and then into the exchanger E5. It passes into the liquid state in the pipe 42 and settles in the tank B1. Part of the light phase is expanded in valve V2 and is sent to line 43; another part is expanded in the valve V3 and reaches the exchanger E2 via the conduit 44. It supplies cold to the fluid flowing in the conduits 46 and 47. It is evacuated via the conduit 45 and arrives at the compressor K1 after mixing with the light phase of the pipe 43. The resulting gas mixture is recompressed and is sent via the pipe 48 to the exchanger C1. The heavy liquid phase of the balloon B1 passes through the pipe 49, the exchanger E4 and the pipe 50 where its pressure is raised by the pump P1. It is then mixed with the light phase of line 48.

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Description

  • L'invention a trait aux machines frigorifiques utilisant, pour produire du froid, la vaporisation d'un fluide frigorigène. Dans les installations conventionnelles à un étage, le fluide frigorigène en phase vapeur est comprimé, condensé en cédant de la chaleur à un fluide extérieur, le plus souvent eau ou air, puis détendu et envoyé à l'étape de vaporisation.
  • Lorsque l'on cherche à obtenir par un tel procédé des températures de réfrigération relativement basses, par exemple inférieures à -40°C, on observe que le rendement de l'installation, qui peut être défini par le rapport de la puissance frigorifique réalisée à la puissance mécanique consommée, diminue rapidement lorsque la température de réfrigération requise baisse. Pour améliorer ce rendement, il est possible de réaliser une cascade de deux étages montés en série, ce qui permet de descendre jusqu'à une température d'environ -100°C.
  • Afin d'éviter de doubler les équipements, il est également possible de recourir à la solution qui a fait l'objet du brevet français N° 2 314 456. Cette solution est schématisée sur la fig. 1.
  • Le fluide frigorigène est vaporisé dans l'échangeur E2 en refroidissant un fluide extérieur. Il est recyclé au compresseur K1 soit directement, soit à travers l'échangeur E1 (cette dernière disposition est illustrée par la fig. 1). La phase vapeur comprimée VFC est mélangée avec une phase solvant S. Le mélange de phase vapeur VFC et de phase solvant passe à travers l'échangeur C1 dans lequel la phase vapeur est condensée en présence du solvant. La phase liquide ainsi obtenue est refroidie dans l'échangeur E1. Avec des couples solvant-soluté correctement choisis, il se produit une démixtion qui conduit à la formation de deux phases liquides, dont une phase riche en solvant et une phase riche en fluide frigorigène qui sont recueillies dans le bac B1 de décantation. La phase solvant est entraînée par la pompe P1 et recyclée à travers l'échangeur E1. La phase liquide riche en fluide frigorigène est détendue à travers la vanne de détente V1 et envoyée à l'échangeur E2.
  • Si l'on analyse le fonctionnement de ce procédé, on constate que la température Tl du mélange de fluide frigorigène et de solvant sortant de l'échangeur E1 et recueilli dans le bac B1 est un paramètre essentiel. En particulier plus cette température T, est basse, plus la concentration en fluide frigorigène de la phase solvant recyclée à partir du bac B1 est faible. Il en résulte, lorsque cette température Td est abaissée, la possibilité de réduire le taux de recirculation de solvant et également la pression de dissolution.
  • Dans le cas du fonctionnement schématisé sur la fig. 1, le refroidissement du mélange de solvant et de soluté sortant du condenseur C1 est assuré par échange avec la phase solvant sortant du bac B1 et la phase vapeur sortant de l'échangeur E2. Dans ces conditions, il n'y a pas de possibilité de réglage de la température Td et d'autre part la capacité calorifique du fluide frigorigène en phase vapeur étant nettement inférieure à la capacité calorifique du fluide frigorigène en phase liquide, cette température T ne peut pas être abaissée jusqu'à une valeur proche de la température atteinte dans l'échangeur E2.
  • Le procédé perfectionné de l'invention comprend les étapes suivantes:
    • a) on comprime, dans une zone de compression, une phase gazeuse d'un fluide réfrigérant, de manière à obtenir une phase gazeuse comprimée, on dissout au moins partiellement la phase gazeuse comprimée dans une phase solvant liquide, pour obtenir une solution et on transfère au moins une partie de la chaleur de compression et de la chaleur de dissolution à un fluide externe de refroidissement,
    • b) on refroidit la solution provenant de l'étape (a) comme indiqué à l'étape (d), pour obtenir la séparation de la solution en deux phases liquides distinctes, une phase riche en solvant et une phase riche en fluide réfrigérant,
    • c) on sépare la phase riche en solvant de la phase riche en fluide réfrigérant.
    • d) on met la phase riche en solvant de l'étape (c) en relation d'échange de chaleur avec la solution à refroidir de l'étape (b) et on envoie ensuite ladite phase riche en solvant, comme phase solvant, à l'étape (a) pour dissoudre une nouvelle quantité de phase gazeuse comprimée,
    • e) on détend la phase riche en fluide réfrigérant de l'étape (c) et on la vaporise pour produire du froid,
    • f) on renvoie la phase vaporisée, riche en fluide réfrigérant, de l'étape (e) à la zone de compression comme phase gazeuse de fluide réfrigérant, ledit procédé étant caractérisé en ce que le solvant est constitué par le même liquide que celui utilisé pour lubrifier le compresseur et en ce que, à l'étape (e), on divise la phase riche en fluide réfrigérant en au moins deux parties (F, et F2), on vaporise la première partie (F,) de la phase riche en fluide réfrigérant en contact d'échange thermique avec la solution provenant de l'étape (a), pour abaisser davantage la température de ladite solution et favoriser ainsi sa démixtion, et une deuxième partie (F2) de ladite phase riche en fluide réfrigérant en contact d'échange thermique avec un milieu externe à refroidir autre que la solution provenant de l'étape (a).
  • Selon une première réalisation, ladite vaporisation de la partie (Fi) est effectuée simultanément à l'échange de chaleur de l'étape (d).
  • Selon une autre réalisation, ladite vaporisation de la partie (F,) est effectuée au contact de la solution provenant de l'étape (a) après que celle-ci ait subi le refroidissement de l'étape (b).
  • Le procédé perfectionné selon l'invention, tel qu'il est schématisé sur la fig. 2, consiste à séparer le fluide frigorigène sortant du bac B1 en deux fractions. Une première fraction F1 passe à travers la vanne de détente V2 puis est mise en contact d'échange thermique avec le mélange de solvant et de fluide frigorigène, pour en abaisser la température jusqu'au niveau requis. En particulier, pour abaisser cette température T,, on est amené à augmenter la fraction F1 de fluide frigorigène passant par la vanne de détente. La fraction restante F2 est détendue à travers la vanne de détente V3 et vaporisée à travers l'échangeur E2 pour refroidir le fluide extérieur qui arrive dans l'échangeur E2.
  • Une telle disposition est particulièrement avantageuse lorsque la température Td est proche de la température moyenne T, à laquelle on vaporise le fluide frigorigène dans l'échangeur E2. Par contre, si cette température est intermédiaire entre la température Tc du mélange sortant du condenseur et la température Tf, la disposition schématisée sur la fig. 2 conduit à détendre la fraction F1 jusqu'à une pression inutilement basse. Il est alors possible d'opérer selon le schéma représenté sur la fig. 3.
  • Dans ce schéma, la fraction F, est détendue à une pression intermédiaire entre la pression basse et la pression haute du cycle. Dans ce cas, pour réduire la consommation d'énergie de compression, il est avantageux, si la compression du fluide frigorigène est effectuée en plusieurs étages, d'introduire la phase vapeur obtenue par vaporisation de la fraction F1 en un point intermédiaire de l'étape de compression.
  • Différentes dispositions sont possibles pour fournir le refroidissement complémentaire du mélange de solvant et de fluide frigorigène qu'apporte la vaporisation de la fraction F,. Ce refroidissement peut être assuré dans le même échangeur que celui qui assure l'échange avec la phase solvant recyclée (figs 2 et 3). Ceci nécessite un échangeur à plusieurs passes. De tels échangeurs sont disponibles dans l'industrie du froid. Il peut s'agir par exemple d'échangeurs à plaques tels que les échangeurs à plaques d'aluminium brasées ou d'échangeurs bobinés.
  • Il est également possible d'assurer le refroidissement du mélange de solvant et de fluide frigorigène sortant de l'échangeur C1 en deux étapes successives comme indiqué par exemple sur le schéma de la fig. 4.
  • Sur ce schéma le mélange de solvant et de fluide frigorigène sortant de l'échangeur C1 est refroidi successivement dans l'échangeur E4 par échange de chaleur avec la phase solvant recyclée puis dans l'échangeur E5 par échange de chaleur avec la fraction F1 qui est vaporisée. Sur ce schéma, la phase vapeur obtenue en mélangeant les fractions vapeur provenant de la vaporisation des fractions liquides F1 et F2 est renvoyée directement au compresseur K1. De cette manière, il est possible d'utiliser pour les échangeurs E4 et E5 des échangeurs à tubes et calandre conventionnels.
  • Une variante consiste à échanger de la chaleur entre la fraction F2 sortant de l'échangeur E2 et la solution sortant du condenseur C1. Ceci peut être réalisé, par exemple, dans l'échangeur E4 qui est alors un échangeur triple.
  • L'invention s'applique à tous les mélanges de fluide réfrigérant et de solvant qui permettent de réaliser l'étape de dissolution avec transmission de la chaleur de dissolution à un fluide extérieur et l'étape de démixtion liquide-liquide par abaissement de la température sous réserve que le solvant soit constitué par le même liquide que celui utilisé pour lubrifier le compresseur.
  • L'étape de dissolution peut avantageusement être réalisée à une température voisine de la température ambiante, cette température étant obtenue par échange de chaleur avec de l'eau ou de l'air. Cette température peut être comprise, par exemple, entre 20 et 50 °C. Toutefois en vue de réaliser des températures de réfrigération très basses en utilisant un fluide frigorigène à très bas point d'ébullition, il est possible de réaliser cette dissolution à une température plus basse en utilisant une installation de réfrigération auxiliaire.
  • Le fluide frigorigène peut être choisi parmi les fluides suivants, sans que cette liste constitue une limitation du domaine de l'invention:
    • 1. Hydrocarbures ayant de préférence 1 à 3 atomes de carbone par molécule, par exemple: . méthane, éthane et propane
    • 2. Hydrocarbures halogénés ou fluides «fluoro- carbonés» du type «Fréons» ayant de préférence 1 ou 2 atomes de carbone par molécule. On utilisera par exemple les fluides suivants:
      • . R-22 chlorodifluorométhane
      • . R-23 trifluorométhane
      • . R-13 chlorotrifluorométhane
      • . R-115 chloropentafluoroéthane
      • . R-13B1 trifluorobromométhane
      • . R-14 tétrafluorométhane
    • 3. Autres gaz utilisés communément dans les procédés de réfrigération
      • . dioxyde de carbone
      • . ammoniac
  • Aux niveaux de température les plus bas, d'autres fluides tels que azote, hélium, hydrogène qui sont utilisés pour atteindre de telles températures peuvent être également envisagés.
  • Le solvant est un solvant de préférence polaire, qui peut être, par exemple, un alcool, une cétone, un aldéhyde, un éther, un ester, un dérivé nitré, un nitrile, un amide ou une amine. Les formules chimiques d'un tel solvant seront par exemple de la forme R-OH, R-CO-R', R-CHO, R-O-R', R-NOz, R-CN, R-CONH2, R-NH2, R-NH-R' ou NRR'R", R, R' et R" désignant des radicaux alkyles renfermant de 1 à 3 atomes de carbone.
  • D'autres types de solvants peuvent convenir dans certains cas. Par exemple un hydrocarbure ou un hydrocarbure fluoré et/ou chloré peut être utilisé comme solvant.
  • Les solvants peuvent être utilisés purs ou en mélange. En particulier en utilisant en mélange deux solvants dont les pouvoirs solvants sont différents, il est possible, en modifiant les proportions relatives de ces solvants, d'ajuster la concentration en fluide frigorigène.
  • Le solvant est constitué par le lubrifiant utilisé dans le compresseur. Ce lubrifiant peut être constitué par une base hydrocarbure. Dans ce cas, le fluide frigorigène sera constitué de préférence par un hydrocarbure halogéné ou un fluide «fluorocar- boné» du type «Fréon» tels que le R-22, le R-23, le R-13, le R-115, le R-13Bl ou le R-14. Cette base hydrocarbure peut être du type naphténique ou du type paraffinique. On a observé que par abaissement de la température, les phénomènes de démixtion liquide-liquide sont plus marqués et la séparation des deux phases liquides plus poussée dans le cas d'une base paraffinique que dans le cas d'une base naphthénique. On conçoit que par mélange des deux types de lubrifiants, on puisse ajuster la solubilité mutuelle de manière à obtenir une dissolution suffisante du fluide frigorigène à la température du condenseur C1 et une séparation par démixtion suffisamment poussée à la température Td. Il est également possible d'utiliser comme solvant un librifiant de synthèse. Différents types de polymères peuvent être utilisés. Le lubrifiant peut être par exemple du type polyoléfine ou du type alkylphényle.
  • La pression basse du cycle est généralement comprise entre 1 et 10 atm.
  • La pression haute du cycle est généralement comprise entre 10 et 70 atm.
  • Différents équipements peuvent être utilisés pour effectuer les différentes étapes du procédé.
  • Le compresseur peut être par exemple un compresseur à pistons, un compresseur à vis, un compresseur centrifuge, un compresseur axial à un ou plusieurs étages, des refroidissements intermédiaires pouvant être opérés entre les étages.
  • Les échangeurs utilisés peuvent être, par exemple, des échangeurs à tubes et calandre, bobinés ou à plaques. Des revêtements de surface peuvent être utilisés pour faciliter la vaporisation ou la condensation des produits.
  • Lorsque la phase solvant et le fluide frigorigène sont mis en contact, la chaleur de dissolution étant évacuée par l'intermédiaire de l'échangeur C1, ce contact peut être favorisé par des dispositifs destinés à améliorer le mélange de la phase liquide et de la phase vapeur, tels que hélices, garnissages, etc...
  • Les organes de détente peuvent être régulés automatiquement. Ainsi la vanne de détente V3 peut être asservie de manière à réaliser une température de réfrigération imposée dans l'échangeur E2 et la vanne de détente V2 peut être asservie de manière à réaliser une température T, imposée à la sortie de l'échangeur E1.
    • EXEMPLE 1
  • Dans cet exemple on procède selon le schéma représenté sur la fig. 2. Dans la conduite 1, à la sortie de l'échangeur C1, le mélange liquide traverse l'échangeur E1 d'où il sort par la conduite 2. L'abaissement de température produit dans le mélange une démixtion en deux phases liquides qui sont séparées dans le ballon B1.
  • La phase légère sort du ballon B1 par le conduit 3. Une partie de cette phase légère (conduite 4) est détendue à travers la vanne V3, ce qui abaisse sa température, et entre dans l'échangeur E2 par le conduit 5. Dans l'échangeur E2, le fluide frigorigène est vaporisé en fournissant du froid à un fluide extérieur entrant dans l'échangeur E2 par le conduit 16 et en ressortant par le conduit 17. L'autre partie de la phase légère est envoyée par le conduit 7 à la vanne V2 où elle est détendue, ce qui abaisse-sa température; elle sort par le conduit 8 pour être mélangée au fluide frigorigène gazeux qui provient de l'échangeur E2 par le conduit 6. Le mélange gaz-liquide ainsi formé entre par le conduit 9 dans l'échangeur E1, dans lequel le fluide frigorigène se vaporise. A la sortie de l'échangeur E1, dans le conduit 10, le fluide frigorigène est entièrement gazeux; il est aspiré par le compresseur K1, dans lequel il subit une compression en deux étapes avec refroidissement intermédiaire. Le gaz à haute pression est envoyé par le conduit 11 vers l'échangeur C1.
  • La fraction lourde du ballon B1 est évacuée par le conduit 12 et passe dans l'échangeur E1 d'où elle sort par le conduit 13; elle est reprise par la pompe P1 et renvoyée par le conduit 14 pour être mélangée en ligne avec le fluide frigorigène à haute pression issu du compresseur K1, dans le conduit 15. Dans l'échangeur C1, il se produit une dissolution du fluide frigorigène dans le solvant qui s'accompagne d'un dégagement de chaleur qui est évacué par un fluide extérieur.
    • EXEMPLE 2
  • Dans cet exemple, on procède selon le schéma représenté sur la fig. 3. Dans le conduit 21, à la sortie de l'échangeur C1, le mélange liquide traverse l'échangeur E1 d'où il sort par le conduit 22. L'abaissement de température produit dans le mélange une démixtion en deux phases liquides qui sont séparées dans le ballon B1.
  • La phase légère sort du ballon B1 par le conduit 23. Une partie de cette phase légère pénètre par le conduit 24 dans l'échangeur de sous-refroidissement E3. Elle en ressort par le conduit 25, est détendue à travers la vanne V3 et entre dans l'échangeur E2 par le conduit 26. Dans cet échangeur, le fluide frigorigène se vaporise en fournissant du froid à un fluide extérieur qui entre dans l'échangeur E2 par le conduit 38 et en ressort par le conduit 39. La phase légère sort de l'échangeur E2 par le conduit 27 et entre dans l'échangeur E3, dont elle ressort par le conduit 28; par ce même conduit, elle entre dans l'échangeur E1, elle en ressort, entièrement gazeuse. Ce gaz est aspiré par le premier étage du compresseur K1 par le conduit 31. A la sortie du premier étage de compression, le gaz traverse un refroidisseur intermédiaire C2. La deuxième partie de la phase légère (conduit 29) provenant du conduit 23, est détendue à travers la vanne V2, ce qui abaisse sa température: elle entre dans l'échangeur E1 par le conduit 30, elle en ressort entièrement vaporisée par le conduit 32: elle est ensuite mélangée à la partie qui est issue du premier étage de compression. La totalité de la phase légère gazeuse est aspirée par le deuxième étage du compresseur K2. Le gaz haute pression est envoyé par le conduit 33 vers l'échangeur C1.
  • La fraction lourde du ballon B1 est évacuée par le conduit 34 et traverse l'échangeur E1; elle en ressort par le conduit 35; elle est reprise par la pompe P1 et renvoyée par le conduit 36 pour être mélangée en ligne avec le fluide frigorigène à haute pression issu du compresseur, dans le conduit 37. Dans l'échangeur C1, il se produit une dissolution du fluide frigorigène gazeux dans le solvant qui s'accompagne d'un dégagement de chaleur, qui est évacué par un fluide extérieur.
    • EXEMPLE 3
  • On opère selon le schéma de la fig. 4. Le mélange gazeux (conduite 41) pénètre dans l'échangeur E4 puis dans l'échangeur E5. Il passe à l'état liquide dans la conduite 42 et décante dans le ballon B1. Une partie de la phase légère est détendue dans la vanne V2 et est envoyée à la conduite 43; une autre partie est détendue dans la vanne V3 et parvient à l'échangeur E2 par le conduit 44. Elle fournit du froid au fluide circulant dans les conduites 46 et 47. Elle est évacuée par le conduit 45 et parvient au compresseur K1 après mélange avec la phase légère de la conduite 43. Le mélange gazeux résultant est recomprimé et est envoyé par le conduit 48 à l'échangeur C1. La phase liquide lourde du ballon B1 passe dans la conduite 49, l'échangeur E4 et la conduite 50 où sa pression est remontée par la pompe P1. Elle est mélangée ensuite avec la phase légère de la conduite 48.

Claims (7)

1. Procédé perfectionné de production de froid dans un cycle à démixtion, dans lequel:
a) on comprime, dans une zone de compression, une phase gazeuse d'un fluide réfrigérant, de manière à obtenir une phase gazeuse comprimée, on dissout au moins partiellement la phase gazeuse comprimée dans une phase solvant liquide, pour obtenir une solution et on transfère au moins une partie de la chaleur de compression et de la chaleur de dissolution à un fluide externe de refroidissement,
b) on refroidit la solution provenant de l'étape (a) comme indiqué à l'étape (d), pour obtenir la séparation de la solution en deux phases liquides distinctes, une phase riche en solvant et une phase riche en fluide réfrigérant,
c) on sépare la phase riche en solvant de la phase riche en fluide réfrigérant,
d) on met la phase riche en solvant de l'étape (c) en relation d'échange de chaleur avec la solution à refroidir de l'étape (b) et on envoie ensuite ladite phase riche en solvant, comme phase solvant, à l'étape (a) pour dissoudre une nouvelle quantité de phase gazeuse comprimée,
e) on détend la phase riche en fluide réfrigérant de l'étape (c) et on la vaporise pour produire du froid,
f) on renvoie la phase vaporisée, riche en fluide réfrigérant, de l'étape (e) à la zone de compression comme phase gazeuse de fluide réfrigérant, ledit procédé étant caractérisé en ce que le solvant est constitué par le même liquide que celui utilisé pour lubrifier le compresseur et en ce que, à l'étape (e), on divise la phase riche en fluide réfrigérant en au moins deux parties (F1 et F2), on vaporise la première partie (F,) de la phase riche en fluide réfrigérant en contact d'échange thermique avec la solution provenant de l'étape (a), pour abaisser davantage la température de ladite solution et favoriser ainsi sa démixtion, et une deuxième partie (F2) de ladite phase riche en fluide réfrigérant en contact d'échange thermique avec un milieu externe à refroidir autre que la solution provenant de l'étape (a).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite vaporisation de la première partie (Fi) de la phase riche en fluide réfrigérant est effectuée simultanément à l'échange de chaleur de l'étape (d).
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite vaporisation de la première partie (Fi) de la phase riche en fluide réfrigérant est effectuée au contact de la solution provenant de l'étape (a) après que celle-ci ait subi le refroidissement de l'étape (b).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la deuxième partie (F2) de la phase riche en fluide réfrigérant, après détente et vaporisation au contact du milieu externe à refroidir, est mise en contact d'échangethermi- que avec une nouvelle quantité de la même deuxième partie (F2) avant détente de cette dernière.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la deuxième partie (F2) de la phase riche en fluide réfrigérant, après détente et vaporisation au contact du milieu externe à refroidir est mise en contact d'échange thermique avec la solution à refroidir provenant de l'étape (a) avant son fractionnement de l'étape (c).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le fluide réfrigérant est un ou plusieurs hydrocarbures, un ou plusieurs hydrocarbures halogénés, le dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone, l'ammoniac, l'azote, l'hélium, l'hydrogène ou un mélange de certains de ces fluides, et le solvant est un composé appartenant à la classe des alcools, cétones, aldéhydes, éthers, esters, dérivés nitrés, nitriles, amides, amines, hydrocarbures, hydrocarbures fluorés et/ ou chlorés, ou un mélange de certains de ces composés.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'échange thermique entre la première partie (F1) de phase riche en fluide réfrigérant vaporisée et la solution provenant de l'étape (a) est réalisé à contre-courant.
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