FR3016688A1 - Compresseur, installation de refroidissement comprenant un tel compresseur et procede de refroidissement - Google Patents

Compresseur, installation de refroidissement comprenant un tel compresseur et procede de refroidissement Download PDF

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Abstract

Ce compresseur (4) comporte des organes de compression (4.1) pour comprimer du fluide frigorigène de façon à liquéfier le fluide frigorigène. Le compresseur (4) comporte en outre un réceptacle (4.2) contenant une huile adaptée pour lubrifier les organes de compression. L'huile est sensiblement non miscible dans le fluide frigorigène à l'état liquide.

Description

La présente invention concerne un compresseur destiné à comprimer un fluide frigorigène circulant dans une installation de refroidissement. De plus, la présente invention concerne une installation de refroidissement d'un fluide calorigène par un fluide frigorigène comprenant un tel compresseur. La présente invention concerne aussi un procédé de refroidissement mettant en oeuvre une telle installation de refroidissement. La présente invention peut s'appliquer à tout domaine industriel nécessitant un refroidissement d'un fluide calorigène par un fluide frigorigène. En particulier, la présente invention peut s'appliquer à la condensation du dioxyde de carbone gazeux par échange thermique avec de l'ammoniac.
Dans un procédé et une installation de refroidissement conventionnel, on vaporise du fluide frigorigène dans un échangeur fonctionnant en thermosiphon. Les vapeurs du fluide frigorigène sont ensuite comprimées par un compresseur, puis liquéfiées à température ambiante avant d'être détendues et redirigées vers l'échangeur fonctionnant en thermosiphon. Cependant, une telle installation de refroidissement est très volumineuse et elle nécessite une grande quantité de fluide frigorigène, car il faut assurer la séparation diphasique du fluide sortant de l'échangeur et la recirculation du liquide dans l'échangeur. En raison du coût du fluide frigorigène, du coût des installations ainsi que des réglementations applicables, on cherche généralement à limiter la quantité du fluide frigorigène dans l'installation de refroidissement. Pour diminuer la quantité de fluide frigorigène liquide, une solution connue de l'art antérieur consiste à utiliser un procédé et une installation de refroidissement, en vaporisant l'essentiel ou la totalité (dite « vaporisation à sec ») du fluide frigorigène dans l'échangeur, au lieu d'établir un thermosiphon.
L'installation de refroidissement comprend un compresseur permettant de comprimer les vapeurs du fluide frigorigène sortant de l'échangeur, puis de les liquéfier. Le compresseur est souvent de type lubrifié. Il en résulte qu'en sortie de compresseur, une partie de l'huile utilisée pour la lubrification est entrainée par la phase vapeur du fluide frigorigène sous formes de vésicules. Un filtre à coalescence permet d'éliminer l'essentiel de l'huile entraînée, mais une petite partie de l'huile parvient à franchir le filtre à l'état liquide ou vapeur. Puis, après que le fluide frigorigène s'est condensé, l'huile est transportée par la phase liquide dans l'installation de refroidissement.
Habituellement, la vaporisation à sec met en oeuvre une huile miscible dans le fluide frigorigène, par exemple de type polyalkylèneglycol (PAG), avec une limite de solubilité dans le fluide frigorigène supérieure à 1% dans les conditions de service de l'installation de refroidissement (-30 à -40°C sous 1 barA, dans le cas de l'ammoniac). Une telle huile miscible a généralement, et en particulier dans l'ammoniac, une viscosité élevée à basse température qui limite le procédé de refroidissement à des températures généralement supérieures à -20°C. En effet, à cause de la viscosité élevée à basse température, le fluide frigorigène gazeux ne peut pas évacuer cette huile hors de l'échangeur. La couche d'huile déposée réduit le transfert thermique et la section débitante, ce qui diminue les performances de l'échangeur et augmente les pertes de charge. De plus, une telle huile présente l'inconvénient d'être hygroscopique, ce qui rend le procédé et l'installation de refroidissement sensibles aux pollutions par l'humidité. La présente invention vise notamment à résoudre, totalement ou partiellement, les problèmes mentionnés ci-avant. À cet effet, l'invention a pour objet un compresseur, destiné à comprimer un fluide frigorigène circulant dans une installation de refroidissement d'un fluide calorigène par échange thermique avec un fluide frigorigène, par exemple pour condenser du dioxyde de carbone gazeux par échange thermique avec de l'ammoniac, le compresseur comportant : - des organes de compression pour comprimer du fluide frigorigène, - un réceptacle contenant une huile adaptée pour lubrifier les organes de compression, le compresseur étant caractérisé en ce que ladite huile est sensiblement non miscible dans le fluide frigorigène à l'état liquide. Ainsi, cette huile non miscible dans le fluide frigorigène peut se séparer du fluide frigorigène et être entraînée, sous forme de vésicules, hors de la zone dite active qui est la zone de l'échangeur où se produit l'échange thermique, excluant des boîtes de distribution et des collecteurs dudit échangeur. Donc un tel compresseur permet d'éviter l'accumulation d'huile dans l'échangeur, ce qui permet de conserver un rendement optimal de l'échange thermique.
Dans la présente demande, le terme « échangeur » désigne un échangeur thermique, c'est-à-dire un échangeur de chaleur. Dans l'échangeur, pendant que le fluide calorigène transfère des calories au fluide frigorigène, le fluide frigorigène transfère des frigories au fluide calorigène. À cet effet, l'échangeur présente au moins : une entrée de fluide frigorigène, une sortie de fluide frigorigène, une entrée de fluide calorigène et une sortie de fluide calorigène. Dans la présente demande, les verbes « raccorder », « relier », « alimenter » et leurs dérivés se rapportent à la mise en communication de fluide d'au moins deux volumes distants entre eux, pour permettre un écoulement de fluide entre ces deux volumes distants. Cet écoulement de fluide peut se faire par l'intermédiaire d'aucun, d'un ou de plusieurs composant(s), c'est-à-dire directement ou indirectement. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'huile est sélectionnée avec une limite de solubilité dans le fluide frigorigène inférieure à 1%, de préférence inférieure à 0.1% et à une température comprise entre -30°C et -40°C. Ainsi, cette faible limite de solubilité permet de sélectionner une huile non miscible, car une telle huile peut se séparer du fluide frigorigène et être entraînée, sous forme de vésicules, hors de la zone dite active qui est la zone de l'échangeur où se produit l'échange thermique, excluant des boîtes de distribution et des collecteurs. Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite huile est sélectionnée avec une viscosité dynamique inférieure à 100000 cP (cent mille centipoise), de préférence inférieure à 10000 cP (dix mille centipoise) à une température comprise entre -30°C et -40°C.
Ainsi, une telle viscosité dynamique permet de limiter l'adhérence des vésicules d'huiles sur les parois de l'échangeur et facilite leur entrainement par le fluide frigorigene gazeux hors de la zone de l'échangeur où se produit l'échange thermique. Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite huile est sélectionnée avec un point de figeage (pour point) inférieur à -40°C, de préférence inférieur ou égal à -60°C, le point de figeage étant mesuré suivant la norme ISO 2207. Ainsi, un tel point de figeage permet de s'assurer que l'huile est suffisament non visqueuse pour être entrainée sous formes de vésicules par le fluide frigorigène vaporisé dans l'échangeur, hors de la zone de l'échangeur où se produit l'échange thermique. Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite huile est sélectionnée avec une volatilité inférieure à 1 x 10-5 mmHg, la volatilité étant mesurée à 93°C. Ainsi, comme l'huile a une faible volatilité à la température de décharge du compresseur, le fluide frigorigène a une teneur en huile faible voire nulle en phase vapeur en sortie compresseur, ce qui diminue la quantité d'huile à évacuer hors de l'échangeur. Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite huile est sélectionnée avec une masse volumique supérieure à la masse volumique du fluide frigorigène liquide, par exemple ladite huile est sélectionnée avec une masse volumique supérieure à 800 kg/m3 pour un fluide frigorigène liquide de masse volumique environ égale à 670 kg/m3 tel que l'ammoniac liquide à une température comprise entre -30°C et -40°C. Ainsi, cette différence entre masses volumiques favorise la récupération de l'huile entraînée en sortie de l'échangeur par décantation dans un réservoir de 40 collecte.
Selon une variante de l'invention, ladite huile est sélectionnée faiblement hygroscopique. Ainsi, une telle huile faiblement hygroscopique évite de se charger en eau ou autre impureté liquide et ainsi conserve durablement ses qualités de lubrification.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite huile est une huile synthétique composée de poly-alpha-oléfine (PAO). Ainsi, une telle huile présente des caractéristiques appropriées, en particulier le caractère sensiblement non miscible, pour un coût relativement faible. Par ailleurs, la présente invention a pour objet une installation de refroidissement, destinée à refroidir un fluide calorigène par échange thermique avec un fluide frigorigène, par exemple pour condenser du dioxyde de carbone gazeux par échange thermique avec de l'ammoniac, l'installation de refroidissement comportant au moins un échangeur adapté pour transférer de la chaleur du fluide calorigène au fluide frigorigène, l'installation de refroidissement étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un compresseur selon l'invention. Ainsi, une telle huile sensiblement non miscible peut se séparer du fluide frigorigène et être entraînée, sous forme de vésicules, hors de la zone dite active qui est la zone de l'échangeur où se produit l'échange thermique, excluant des boîtes de distribution et des collecteurs. Donc l'utilisation d'une telle huile dans l'installation de refroidissement évite l'accumulation d'huile dans l'échangeur, ce qui permet de conserver un rendement optimal de l'échange thermique. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de refroidissement comporte en outre une unité de commande configurée pour faire fonctionner l'installation de refroidissement selon un mode dit de vaporisation à sec, dans lequel on alimente l'échangeur en fluide calorigène et en fluide frigorigène liquide, et dans lequel on vaporise tout le fluide frigorigène sortant de l'échangeur. Ainsi, un tel mode de vaporisation à sec permet de limiter la quantité de fluide frigorigène présente dans l'échangeur et de faciliter également l'installation 30 de l'échangeur dans des zones peu accessibles ou encombrées (notament en hauteur). Selon un mode de réalisation de l'invention, l'échangeur est un échangeur à plaques, de préférence en aluminium brasé. Ainsi, un tel échangeur peut traiter efficacement des débits importants de 35 fluides frigorigène et calorigène et peut assurer une vitesse de fluide frigorigène permettant l'entraînement de l'huile, tout en présentant un encombrement, un poids et un coût réduit. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de refroidissement comprend en outre un dévésiculeur adapté pour collecter des vésicules de ladite 40 huile.
Ainsi, un tel dévésiculeur permet de capter l'essentiel de l'huile présente sous forme de gouttelettes, donc de réduire encore la quantité d'huile circulant dans l'installation de refroidissement. Selon une variante de l'invention, l'installation de refroidissement comprend en outre une conduite de dérivation raccordant le pot séparateur directement à la sortie de l'échangeur, le procédé de refroidissement comprenant une étape consistant à dériver du fluide frigorigène gazeux depuis le pot séparateur vers la sortie de l'échangeur. Ainsi, la conduite de dérivation permet de renvoyer la fraction vaporisée par détente libre de la moyenne pression à la basse pression (procédé dit « flash ») vers l'aspiration du compresseur. Selon une variante de l'invention, l'installation de refroidissement comprend en outre un réservoir de collecte adapté pour opérer une séparation diphasique du fluide frigorigène de façon à séparer le fluide frigorigène liquide du fluide frigorigène gazeux, le procédé de refroidissement comprenant en outre une étape de canalisation dans laquelle le fluide frigorigène gazeux est canalisé depuis le réservoir de collecte à destination du compresseur. Ainsi, une telle séparation de phases du fluide frigorigène permet de récupérer le fluide frigorigène gazeux puis de le recondenser avant de le rediriger vers l'échangeur.
Selon une variante de l'invention, l'installation de refroidissement comporte en outre des moyens de régulation pour transférer de la chaleur au fluide frigorigène, de façon à surchauffer le fluide frigorigène sortant de l'échangeur, de préférence par régulation du débit du fluide frigorigène et du débit du fluide calorigène de sorte que la température du fluide frigorigène sortant de l'échangeur est supérieure d'au moins 3°C à la température de point de rosée du fluide frigorigène, calculée à la pression opératoire, par exemple de 1,2 barA. En d'autres termes, on surchauffe le fluide frigorigène dans l'échangeur ou à sa sortie. Ainsi, de tels moyens de régulation permettent de fournir au fluide frigorigène une quantité de chaleur qui excède l'enthalpie de vaporisation pour la quantité de fluide frigorigène entré dans l'échangeur, ce qui permet à l'installation de refroidissement de fonctionner selon le mode de vaporisation à sec. Alternativement ou concomitamment à la surchauffe par les moyens de régulation, on peut réguler les débits du fluide frigorigène et du fluide calorigène entrant dans l'échangeur, de sorte que la quantité de chaleur fournie par le fluide calorigène excède l'enthalpie (chaleur latente) de vaporisation pour la quantité de fluide frigorigène entré dans l'échangeur, de sorte que la température du fluide frigorigène sortant de l'échangeur est supérieure d'au moins 3°C à la température de point de rosée dudit fluide frigorigène, calculée à la pression opératoire, par exemple de 1.2 barA.
En pratique pour réaliser cette surchauffe, le procédé de refroidissement peut comprendre en outre une étape de commande dans laquelle la section débitante de la vanne de détente est régulée de façon à assurer la surchauffe du fluide frigorigène en sortie de l'échangeur, notamment en régulant l'écart de température du fluide frigorigène sortant de l'échangeur avec la température de point de rosée dudit fluide frigorigène. L'écart d'au moins 3°C entre la température du fluide frigorigène sortant de l'échangeur et la température de l'équilibre diphasique permet de garantir la vaporisation de tout le fluide frigorigène liquide, en s'affranchissant des incertitudes 10 de mesure. Selon une variante de l'invention, le réservoir de collecte comprend un orifice de vidange de l'huile décantée par gravité dans le réservoir de collecte. Ainsi, on peut recueillir l'huile évacuée de l'échangeur. Cet orifice de vidange est situé dans le bas du réservoir de collecte. 15 Selon une variante de l'invention, l'installation de refroidissement comporte en outre : - un pot séparateur adapté pour séparer le fluide frigorigène liquide du fluide frigorigène gazeux sous une pression dite basse, par exemple de 1,2 barA, qui est inférieure à la pression moyenne, le pot séparateur reliant le réservoir de 20 collecte à l'échangeur de façon à recevoir du fluide frigorigène et à alimenter l'échangeur en fluide frigorigène liquide de préférence par gravité, et - une vanne de détente agencée entre le réservoir de collecte et une entrée de l'échangeur de façon à détendre le fluide frigorigène liquide de la pression moyenne à la basse pression et ainsi à contrôler le débit de fluide 25 frigorigène liquide entrant dans l'échangeur. En pratique, on peut réguler, grâce à la vanne de détente le débit entrant dans l'échangeur de façon à condenser l'essentiel du débit de fluide calorigène disponible, notamment en régulant une pression de fluide calorigène en entrée ou en sortie de l'échangeur. Avantageusement, la régulation de la section débitante de 30 la vanne de détente peut être réalisée par un organe de commande, notamment en fonction des dimensions de l'installation de refroidissement, en particulier de l'échangeur, et des débits des fluides calorigène et frigorigène. Ainsi, il est possible de récupérer l'huile entraînée en sortie de l'échangeur. Le pot séparateur traite un débit vapeur faible, égal à la fraction vaporisée par 35 détente libre de la moyenne pression à la basse pression (procédé dit « flash »). La compacité du pot séparateur permet de placer le pot séparateur, donc l'échangeur en hauteur, typiquement au-dessus d'une colonne de distillation. Dans certaines configurations, placer l'échangeur en hauteur permet en outre d'alimenter le fluide calorigène en tête d'une colonne de distillation, sans avoir à utiliser une pompe, 40 contrairement à un échangeur placé au sol.
Suivant une alternative à cette variante, le procédé de refroidissement est réalisé sans pot séparateur, ce qui permet de simplifier l'installation de refroidissement. Dans ce cas, l'échangeur est alimenté avec un fluide frigorigène diphasique, ce qui peut cependant diminuer les performances de l'échangeur à cause d'une mauvaise distribution du fluide frigorigène dans l'échangeur. Selon une variante de l'invention, l'installation de refroidissement comprend en outre une conduite de dérivation raccordant le pot séparateur directement à la sortie de l'échangeur. Ainsi, la conduite de dérivation permet de renvoyer la fraction vaporisée par détente libre de la moyenne pression à la basse pression (procédé dit « flash ») vers l'aspiration du compresseur. De plus, la présente invention a pour objet un procédé de refroidissement, pour refroidir un fluide calorigène par échange thermique avec un fluide frigorigène, par exemple pour condenser du dioxyde de carbone gazeux par échange thermique avec de l'ammoniac, le procédé de refroidissement mettant en oeuvre une installation de refroidissement selon l'invention, Le procédé de refroidissement comprenant une étape consistant à faire fonctionner l'installation de refroidissement selon un mode dit de vaporisation à sec, dans lequel on alimente l'échangeur en fluide calorigène et en fluide frigorigène liquide, et dans lequel on vaporise tout le fluide frigorigène liquide s'écoulant dans l'échangeur, Le procédé de refroidissement étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'introduction de l'huile au cours de laquelle on introduit dans le réceptacle du compresseur une huile sensiblement non miscible dans le fluide frigorigène à l'état liquide. Ainsi, une telle huile sensiblement non miscible peut se séparer du fluide frigorigène et être entraînée, sous forme de vésicules, hors de la zone dite active qui est la zone de l'échangeur où se produit l'échange thermique, excluant des boîtes de distribution et des collecteurs. Donc un tel procédé de refroidissement évite l'accumulation d'huile dans l'échangeur, ce qui permet de conserver un rendement optimal de l'échange thermique. Par conséquent, un tel procédé de refroidissement peut être mis en oeuvre à basses températures, c'est-à-dire à des températures inférieures aux températures minimales admissibles pour un procédé de refroidissement de l'art antérieur, typiquement en-deçà de -20°C. Selon une variante de l'invention, l'étape d'introduction de l'huile est réalisée à un instant initial, c'est-à-dire avant la première mise en service de l'l'installation de refroidissement. En d'autres termes, on introduit de l'huile dans le réceptacle du compresseur avant de mettre en service l'installation de refroidissement.
En complément, l'introduction de l'huile peut aussi être réalisée pendant la durée de service. Dans ce cas, on interrompt le service de l'installation de refroidissement pour introduire un complément d'huile dans le réceptacle du compresseur, puis l'installation de refroidissement reprend son service.
En pratique, pour vaporiser tout le fluide frigorigène s'écoulant dans l'échangeur, il faut fournir une quantité de chaleur qui excède l'enthalpie de vaporisation du fluide frigorigène entré dans l'échangeur. À cet effet, on peut : réguler la température du fluide frigorigène sortant de l'échangeur, par exemple en chauffant ce fluide frigorigène sortant, et/ou réguler les débits du fluide frigorigène et du fluide calorigène entrant dans l'échangeur, de sorte que la quantité de chaleur fournie par le fluide calorigène excède l'enthalpie (chaleur latente) de vaporisation pour la quantité de fluide frigorigène entré dans l'échangeur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le fluide frigorigène est sélectionné dans le groupe constitué de l'ammoniac, du fréon, de l'éthane, du propane et de tout mélange desdits fluides frigorigènes, et le fluide calorigène est sélectionné dans le groupe constitué du dioxyde de carbone, du protoxyde d'azote, des hydrocarbures, en particulier des hydrocarbures dont la molécule comprend deux à quatre atomes de carbone, ou tout mélange desdits fluides calorigènes, avec éventuellement des impuretés telles que l'azote, l'oxygène, l'hydrogène, le méthane et/ou le monoxyde de carbone. Ainsi, de tels fluides frigorigène et calorigène permettent d'obtenir des vapeurs et des condensats spécifiques à certaines applications. Selon une variante de l'invention, le procédé de refroidissement met en 25 oeuvre concomitamment plusieurs fluides frigorigènes et/ou plusieurs fluides calorigènes. Selon un mode de réalisation de l'invention, le fluide frigorigène est de l'ammoniac, le fluide calorigène étant par exemple du dioxyde de carbone pur ou impur, et dans lequel la température du fluide frigorigène sortant de l'échangeur est 30 comprise entre -20°C et -50°C, par exemple égale à environ -30°C. Ainsi, l'ammoniac permet de réaliser un procédé de refroidissement à basse température. La température de -26°C est supérieure de 4°C à la température de l'équilibre diphasique de l'ammoniac qui est de -30°C sous une pression de 1,2 barA. 35 Ainsi, l'installation de refroidissement peut fonctionner en vaporisation à sec à des températures plus basses qu'une installation de refroidissement de l'art antérieur, tout en présentant des avantages de compacité et de faible quantité de fluide frigorigène. Les modes de réalisation et les variantes mentionnés ci-avant peuvent être 40 pris isolément ou selon toute combinaison techniquement admissible.
La présente invention sera bien comprise et ses avantages ressortiront aussi à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une installation de refroidissement conforme à l'invention, comprenant un compresseur conforme à l'invention et fonctionnant suivant un procédé de refroidissement conforme à l'invention. La figure 1 illustre un système de refroidissement 1 qui est destiné à refroidir du dioxyde de carbone (CO2), en tant que fluide calorigène, par échange thermique avec de l'ammoniac (NH3), en tant que fluide frigorigène. Le système de refroidissement 1 comprend une installation de refroidissement 2. Pour faciliter la lecture de la figure 1, les écoulements d'ammoniac dans l'installation de refroidissement 2 sont représentés : - par des traits interrompus forts lorsque l'ammoniac s'écoule seulement en phase vapeur (NH3 vapeur, référence 15), et - par des traits continus forts lorsque l'ammoniac s'écoule seulement en phase liquide (NH3 liquide, référence 17) ou en mélange de phase liquide et de phase vapeur (NH3 liquide+vapeur, 15+17). De plus, dans chaque réservoir illustré à la figure 1, seul l'ammoniac liquide (NH3 liquide) est représenté, pas l'ammoniac vapeur (NH3 vapeur) ; cependant, l'ammoniac vapeur (NH3 vapeur) est présent dans chaque réservoir illustré à la figure 1 au-dessus de l'ammoniac liquide (NH3 liquide). L'installation de refroidissement 2 comprend en outre un compresseur 4 adapté pour comprimer du fluide frigorigène. Le compresseur 4 comporte des organes de compression 4.1 pour comprimer du fluide frigorigène. De plus, l'installation de refroidissement 2 comprend un condenseur 5 qui est disposé en aval du compresseur 4 et qui est adapté pour condenser le fluide frigorigène. Dans l'exemple de la figure 1, le condenseur 5 est un condenseur évaporatif. Le compresseur 4 comporte aussi un réceptacle 4.2 contenant une huile adaptée pour lubrifier les organes de compression 4.1. Le réceptacle peut être formé par exemple par un séparateur d'huile qui est situé en aval des organes de compression et qui a notamment pour fonction de séparer l'huile de l'ammoniac gazeux. Cette huile est non miscible dans l'ammoniac liquide (NH3 liquide). Les caractéristiques de cette huile sont détaillées ci-après.
Le compresseur 4 comprend en outre un dévésiculeur adapté pour collecter des vésicules de l'huile. Le compresseur 4 est ici de type compresseur à vis lubrifiées. Le compresseur 4 coopère avec le condenseur 5 de façon à liquéfier de l'ammoniac vapeur (NH3 vapeur) à température atmosphérique, avec un receveur haute pression 19 (ici 12 barA) et avec une étape de détente permettant d'amener l'ammoniac liquide (NH3 liquide) à la moyenne pression (ici 5 barA). L'huile est sélectionnée avec une limite de solubilité dans le fluide frigorigène inférieure à 1%, de préférence inférieure à 0.1% à une température comprise entre -30°C et -40°C. Dans l'exemple de la figure 1, l'huile est une huile synthétique composée de poly-alpha-oléfine (PAO). L'huile est sélectionnée avec une viscosité dynamique d'environ 10000 cP (cent mille centipoise) à une température comprise de -30°C.
L'huile est sélectionnée avec un point de figeage (pour point) qui est ici inférieur à -60°C. Le point de figeage de l'huile est mesuré suivant la norme ISO 2207. L'huile est sélectionnée avec une volatilité inférieure qui est ici d'environ 4 x 10-6 mm Hg. La volatilité de l'huile est mesurée à 93°C.
L'huile est sélectionnée avec une masse volumique supérieure à la masse volumique du fluide frigorigène. Dans l'exemple de la figure 1, l'huile est sélectionnée avec une masse volumique d'environ 850 kg/m3, alors que l'ammoniac liquide (NH3 liquide) a une masse volumique environ égale à 670 kg/m3 à une température comprise entre -30°C et -40°C.
L'huile est sélectionnée faiblement hygroscopique. L'installation de refroidissement 2 comprend le compresseur 4. L'installation de refroidissement 2 est destinée à condenser du dioxyde de carbone gazeux (CO2 gaz) par échange thermique avec l'ammoniac (NH3). À cet effet, l'installation de refroidissement 2 comporte un échangeur 6 qui est adapté pour transférer de la chaleur du dioxyde de carbone gazeux (CO2 gaz) à l'ammoniac (NH3). L'échangeur 6 est ici un échangeur à plaques et à ailettes formé en aluminium brasé. L'installation de refroidissement 2 comporte en outre une unité de commande 8, qui est ici une unité de commande électronique, configurée pour faire fonctionner l'installation de refroidissement 2 suivant un mode dit de vaporisation à sec, dans lequel on alimente l'échangeur 6 en fluide calorigène et en fluide frigorigène liquide, et dans lequel on vaporise tout le fluide frigorigène sortant de l'échangeur 6. L'installation de refroidissement 2 comporte en outre un réservoir de collecte 10 qui est agencé pour contenir de l'ammoniac liquide (NH3 liquide) et de l'ammoniac vapeur (NH3 vapeur) qui sortent de l'échangeur 6, de façon à récupérer l'huile entraînée en sortie de l'échangeur 6. L'installation de refroidissement 2 comprend une canalisation de sortie 11 qui relie l'échangeur 6 au réservoir de collecte 10, de façon à canaliser l'ammoniac sortant de l'échangeur 6. Dans l'exemple de la figure 1, le réservoir de collecte 10 a un volume total d'environ 2000 L. En service, le réservoir de collecte 10 fonctionne sous une pression dite basse, qui est comprise entre 1 barA et 1,5 barA, par exemple 1,2 barA. Le réservoir de collecte 10 comprend un orifice de vidange 16 pour vidanger l'huile décantée par gravité dans le réservoir de collecte 10. En service, l'huile présente dans le réservoir de collecte 10 se décante, et l'unité de commande 8 peut ouvrir régulièrement un clapet obturant l'orifice de vidange 16, de façon à vidanger toute ou partie de l'huile. De plus, l'installation de refroidissement 2 comporte : - un réservoir d'alimentation 18 adapté pour contenir de l'ammoniac liquide (NH3 liquide) sous une pression dite moyenne, par exemple de 5 barA, le réservoir d'alimentation 18 étant usuellement dénommé « receveur à moyenne pression », - un pot séparateur 20 adapté pour séparer l'ammoniac liquide (NH3 liquide) de l'ammoniac vapeur (NH3 vapeur) sous une pression dite basse, par exemple de 1,2 barA, qui est inférieure à la pression moyenne, et - une vanne de détente 22 agencée entre le réservoir de collecte 10 et l'entrée de l'échangeur 6, ici en amont du pot séparateur 20, de façon à détendre l'ammoniac liquide (NH3 liquide) de la pression moyenne (e.g. 5 barA) à la basse pression (e.g. 1,2 barA), - une cuve de stockage ou receveur haute pression 19 adaptée pour contenir de l'ammoniac liquide (NH3 liquide) sous une pression dite haute, par exemple de 12 barA, la cuve de stockage 19 étant usuellement dénommée « receveur à haute pression » ; la cuve de stockage 19 est reliée fluidiquement au réservoir d'alimentation 18 ; - une vanne 21 disposée entre le réservoir d'alimentation 18 et la cuve de stockage 19 pour réguler l'écoulement de fluide frigorigène. Le pot séparateur 20 relie le réservoir de collecte 10 à l'échangeur 6 de façon à alimenter l'échangeur 6 en ammoniac liquide. Le pot séparateur 20 alimente ici l'échangeur 6 par gravité.
Le volume du pot séparateur 20 est sensiblement inférieur au volume du réservoir de collecte 10. Dans l'exemple de la figure 1, le pot séparateur 20 a un volume de l'ordre de 25 fois inférieur au volume du réservoir de collecte 10. Le pot séparateur 20 et l'échangeur 6 peuvent être placés au-dessus d'une colonne de distillation, à une hauteur de 15 m, ce qui dispense ici de faire circuler le dioxyde de carbone avec une pompe afin d'alimenter la tête de colonne. La vanne de détente 22 est régulée de façon à condenser l'essentiel du débit de dioxyde de carbone disponible, notamment en régulant une pression du dioxyde de carbone gazeux (CO2 gaz) à l'entrée de l'échangeur, et ainsi à contrôler le débit d'ammoniac liquide (NH3 liquide) entrant dans l'échangeur 6. Donc la vanne de détente 22 permet de réguler le débit entrant dans l'échangeur 6 où l'ammoniac liquide est vaporisé à sec. La régulation de la section débitante de la vanne de détente 22 est ici réalisée par l'unité de commande 8. Alternativement, tout autre organe de commande peut être prévu pour réguler la section débitante de la vanne de détente.
L'installation de refroidissement 2 comprend en outre une conduite de dérivation 24 qui raccorde le pot séparateur 20 directement à la sortie de l'échangeur 6. En service, de l'ammoniac vapeur (NH3 vapeur) peut s'écouler depuis le pot séparateur 20 dans la conduite de dérivation 24 jusqu'à la sortie de l'échangeur 6, sans passer par l'échangeur 6. La conduite de dérivation 24 permet de renvoyer la fraction vaporisée par détente libre de la moyenne pression (ici 5 barA) à la basse pression (ici 1,2 barA par procédé dit « flash ») vers l'aspiration du compresseur 4. Lorsque l'ammoniac liquide (NH3 liquide) se détend de la pression moyenne (ici 5 barA) à la basse pression (ici 1,2 barA), environ 10% de l'ammoniac liquide passe en phase vapeur. Cette quantité de 10% d'ammoniac vapeur est dérivée par la conduite de dérivation 24. Dans l'exemple de la figure 1, la colonne de distillation et l'échangeur 6 sont équipés d'un organe de commande de pression 25, qui est adapté pour mesurer la pression de dioxyde de carbone gazeux dans la colonne de distillation et dans l'échangeur 6, et pour commander un élément physique de contrôle jusqu'à atteindre une pression de consigne prédéterminée. Le procédé de refroidissement met en oeuvre l'installation de refroidissement 2. Le procédé de refroidissement comprend une étape consistant à faire fonctionner l'installation de refroidissement 2 selon un mode dit de vaporisation à sec, dans lequel on alimente l'échangeur 6 en dioxyde de carbone gazeux (CO2 gaz) et en ammoniac liquide (NH3 liquide), et dans lequel on vaporise tout l'ammoniac liquide (NH3 liquide) sortant de l'échangeur 6. Dans ce mode de vaporisation à sec, tout l'ammoniac (NH3) sortant de l'échangeur 6 et s'écoulant dans la canalisation de sortie 11 est en phase vapeur. Le procédé de refroidissement comprend en outre une étape de 30 lubrification, dans laquelle on introduit dans le compresseur 4 une huile sensiblement non miscible dans l'ammoniac liquide (NH3 liquide). En outre, le procédé de refroidissement comprend une étape de de commande, dans laquelle la section débitante de la vanne de détente 22 est régulée de façon à condenser l'essentiel du débit de dioxyde de carbone disponible 35 (CO2 liquide, référence 13), notamment en régulant une pression du dioxyde de carbone gazeux (CO2 gaz) à l'entrée de l'échangeur 6. En pratique, on peut réguler le débit entrant dans l'échangeur 6 au cours du mode de vaporisation à sec. En l'occurrence, la régulation de la section débitante de la vanne de détente 22 est réalisée par l'unité de commande 8, notamment en fonction des dimensions de l'installation de refroidissement 2, en particulier de l'échangeur 6, et des débits d'ammoniac et de dioxyde de carbone. De plus, le réservoir de collecte 10 opère une séparation diphasique de l'ammoniac, de façon à séparer l'ammoniac liquide (NH3 liquide) de l'ammoniac 5 vapeur (NH3 vapeur). En outre, le procédé de refroidissement comprend une étape de canalisation dans laquelle l'ammoniac vapeur (NH3 vapeur) est canalisé depuis le réservoir de collecte 10 à destination du compresseur 4, au moyen d'une canalisation de recirculation 26. Dans la canalisation de recirculation 26, en amont du compresseur 4, l'ammoniac est en phase vapeur (NH3 vapeur), tandis qu'en aval 10 du compresseur 4, l'ammoniac est condensé par le condenseur 5 et se trouve donc majoritairement en phase liquide. L'ammoniac condensé s'écoule dans la cuve de stockage ou réservoir haute pression 19, puis dans le réservoir d'alimentation 18. L'installation de refroidissement 2 comporte en outre des moyens de régulation 28 qui sont agencés de façon à ajuster la quantité la chaleur transférée à 15 l'ammoniac. Dans l'exemple de la figure 1, les moyens de régulation 28 comprennent un organe de commande de température, qui est adapté pour mesurer la température dans la canalisation de sortie 11 et pour commander un élément physique de contrôle, ici par ouverture ou fermeture de la vanne 22, jusqu'à atteindre une température de consigne prédéterminée.
20 Pour assurer la vaporisation à sec, on régule les moyens de régulation 28 de façon à surchauffer l'ammoniac sortant de l'échangeur 6. Avantageusement, l'unité de commande 8 régule les moyens de régulation 28 de sorte que la température de l'ammoniac sortant de l'échangeur 6 est supérieure d'au moins 3°C à la température de point de rosée de l'ammoniac, calculée à la pression 25 opératoire, ici 1,2 barA. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples particuliers décrits dans la présente demande. D'autres modes ou variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier peuvent aussi être envisagés sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS1. Compresseur (4), destiné à comprimer un fluide frigorigène circulant dans une installation de refroidissement (2) d'un fluide calorigène par échange thermique avec un fluide frigorigène, par exemple pour condenser du dioxyde de carbone gazeux par échange thermique avec de l'ammoniac, le compresseur (4) comportant : des organes de compression (4.1) pour comprimer du fluide frigorigène, un réceptacle (4.2) contenant une huile adaptée pour lubrifier les organes de compression (4.1), le compresseur (4) étant caractérisé en ce que ladite huile est sensiblement non miscible dans le fluide frigorigène à l'état liquide.
  2. 2. Compresseur (4) selon la revendication 1, dans lequel l'huile est sélectionnée avec une limite de solubilité dans le fluide frigorigène inférieure à 1%, de préférence inférieure à 0.1% et à une température comprise entre -30°C et 40°C.
  3. 3. Compresseur (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite huile est sélectionnée avec une viscosité dynamique inférieure à 100000 cP (cent mille centipoise), de préférence inférieure à 10000 cP (dix mille centipoise) à une température comprise entre -30°C et -40°C. 25
  4. 4. Compresseur (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite huile est sélectionnée avec un point de figeage (pour point) inférieur à -40°C, de préférence inférieur ou égal à -60°C, le point de figeage étant mesuré suivant la norme ISO 2207. 30
  5. 5. Compresseur (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite huile est sélectionnée avec une volatilité inférieure à 1 x 10-5 mmHg, la volatilité étant mesurée à 93°C. 35
  6. 6. Compresseur (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite huile est sélectionnée avec une masse volumique supérieure à la masse volumique du fluide frigorigène liquide, par exemple ladite huile est sélectionnée avec une masse volumique supérieure à 800 kg/m3 pour un fluide frigorigène liquide de masse volumique environ égale à 670 kg/m3 tel que 40 l'ammoniac liquide à une température comprise entre -30°C et -40°C. 20
  7. 7. Compresseur (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite huile est une huile synthétique composée de polyalpha-oléfine (PAO).
  8. 8. Installation de refroidissement (2), destinée à refroidir un fluide calorigène par échange thermique avec un fluide frigorigène, par exemple pour condenser du dioxyde de carbone gazeux par échange thermique avec de l'ammoniac, l'installation de refroidissement (2) comportant au moins un échangeur (6) adapté pour transférer de la chaleur du fluide calorigène au fluide frigorigène, l'installation de refroidissement (2) étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un compresseur (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  9. 9. Installation de refroidissement (2) selon la revendication 8, comportant en outre une unité de commande (8) configurée pour faire fonctionner l'installation de refroidissement (2) selon un mode dit de vaporisation à sec, dans lequel on alimente l'échangeur (6) en fluide calorigène et en fluide frigorigène liquide, et dans lequel on vaporise tout le fluide frigorigène sortant de l'échangeur (6).
  10. 10. Installation de refroidissement (2) selon la revendication 9, dans laquelle l'échangeur (6) est un échangeur à plaques, de préférence en aluminium brasé.
  11. 11. Installation de refroidissement (2) selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, comprenant en outre un dévésiculeur adapté pour collecter des vésicules de l'huile.
  12. 12. Procédé de refroidissement, pour refroidir un fluide calorigène par échange thermique avec un fluide frigorigène, par exemple pour condenser du dioxyde de carbone gazeux par échange thermique avec de l'ammoniac, le procédé de refroidissement mettant en oeuvre une installation de refroidissement (2) selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, le procédé de refroidissement comprenant une étape consistant à faire fonctionner l'installation de refroidissement (2) selon un mode dit de vaporisation à sec, dans lequel on alimente l'échangeur (6) en fluide calorigène et en fluide frigorigène liquide, et dans lequel on vaporise tout le fluide frigorigène liquide s'écoulant dans l'échangeur (6), le procédé de refroidissement étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'introduction de l'huile au cours de laquelle on introduit dans leréceptacle (4.2) du compresseur (4) une huile sensiblement non miscible dans le fluide frigorigène à l'état liquide.
  13. 13. Procédé de refroidissement selon la revendication 12, dans lequel le fluide frigorigène est sélectionné dans le groupe constitué de l'ammoniac, du fréon, de l'éthane, du propane et de tout mélange desdits fluides frigorigènes, et le fluide calorigène est sélectionné dans le groupe constitué du dioxyde de carbone, du protoxyde d'azote, des hydrocarbures, en particulier des hydrocarbures dont la molécule comprend deux à quatre atomes de carbone, ou tout mélange desdits fluides calorigènes, avec éventuellement des impuretés telles que l'azote, l'oxygène, l'hydrogène, le méthane et/ou le monoxyde de carbone.
  14. 14. Procédé de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 12 à 13, dans lequel le fluide frigorigène est de l'ammoniac, le fluide calorigène étant par exemple du dioxyde de carbone pur ou impur, et dans lequel la température du fluide frigorigène sortant de l'échangeur (6) est comprise entre -20°C et -50°C, par exemple égale à environ -30°C.
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