FR3018343A3 - Procede et dispositif pour maintenir des refrigerants de circuits de refrigeration a un niveau de qualite optimum avant leur transfert dans lesdits circuits - Google Patents

Abstract

Procédé pour maintenir un niveau de qualité optimum de réfrigérants de circuits de réfrigération avant leurs transferts dans lesdits circuits, lesdits réfrigérants contenant une portion d'huile de lubrification et pouvant contenir des incondensables, comprenant une étape de suppression des incondensables susceptibles d'être présents, éventuellement précédée par une étape de séparation de l'huile de lubrification, et dispositif permettant la mise en œuvre de ce procédé.

Description

Procédé et dispositif pour maintenir des réfrigérants de circuits de réfrigération à un niveau de qualité optimum avant leur transfert dans lesdits circuits La présente invention s'applique à améliorer la qualité des réfrigérants avant leur transfert dans le circuit final, ou à leur conserver un bon niveau de qualité. Elle concerne plus particulièrement la suppression des gaz incondensables présents dans les réfrigérants avant la charge des circuits de réfrigération. En effet, la présence non désirée de ceux-ci provoque notamment une baisse de rendement du circuit, une hausse de pression dans certaines parties du circuit, et des risques d'oxydation des compresseurs. Tout cela conduit à une hausse de la consommation énergétique et à un vieillissement accéléré de certains composants. Avoir la bonne quantité d'huile est aussi nécessaire pour éviter une détérioration du compresseur. L'invention s'applique plus particulièrement lors du remplissage de circuits neufs, par exemple sur les chaines de montage automobile. Généralement mise en oeuvre après une première étape de filtration pour la suppression des particules solides qui peuvent elles-aussi abaisser les performances du circuit, elle permet de remplir le circuit avec la meilleure qualité de fluide réfrigérant possible et la bonne quantité d'huile pour le compresseur. Pour améliorer la qualité des réfrigérants, les fournisseurs de fluide utilisent des procédés chimiques complexes ne permettant pas de traiter simplement des petites quantités (moins de 1 kg généralement pour un circuit automobile ou une pompe à chaleur). De plus, le volume important de ces installations ne permet pas leur utilisation sur des sites de production manufacturiers. Leur solution ne convient donc pas aux petites applications de remplissage de circuits de réfrigération.

Initialement, les fluides livrés par les fournisseurs sont de bonne qualité. Par contre, il arrive que des opérations de maintenance, par exemple, ou des fuites sur des éléments de circulation (pompes) peuvent faire rentrer des incondensables sous pression dans le réseau de distribution de fluides de l'usine. De plus, dans les bouteilles de réfrigérants, la partie haute des bouteilles est sous forme gazeuse car les réfrigérants sont des fluides à pression de vapeur saturante. Elle peut contenir un mélange de réfrigérant et d'incondensables. Mais le cas le plus usuel de risque de pollution reste la récupération des circuits déjà remplis. Par exemple, sur une chaine de production et de remplissage de circuit frigorifique (climatisation automobile, production de pompes à chaleur...), il y a parfois des défauts de fonctionnement du circuit frigorifique qui obligent à faire une vidange du circuit. Il est totalement interdit de rejeter ces fluides dès lors qu'ils rentrent dans le règlement 842 des gaz à effet de serre. Il faut donc les récupérer. Il y a alors 2 possibilités : les mettre dans une bouteille de récupération et les envoyer pour traitement chez le fournisseur de fluide ou les récupérer puis les traiter pour les retransférer dans le circuit frigorifique une fois les défauts de fonctionnement résolu. La première solution a un coût important et implique une logistique complexe. La deuxième permet un traitement in situ et une réutilisation immédiate du produit. Cependant, ce travail de récupération oblige à la séparation des incondensables qui ont pu s'introduire dans le fluide du circuit frigorifique suite au dysfonctionnement. En plus des incondensables, il y a aussi l'huile du compresseur qui est dissoute dans le fluide qui est récupérée. Il faut donc la séparer, la filtrer et en ré-injecter si besoin (cela peut être nécessaire pour le bon fonctionnement du compresseur en terme de durée de vie). La présente invention a pour but de palier aux inconvénients mentionnés ci- dessus. Elle permet d'un coté la suppression des incondensables pour une meilleure performance et aussi un dosage correct d'huile pour le compresseur via une séparation permettant une réinjection ultérieure.

A cet effet, l'invention a tout d'abord pour objet un dispositif qui constitue un piège pour les incondensables comprenant : Un réservoir dans lequel s'effectue la séparation du réfrigérant et des incondensables du fait de leur différence de densité, les incondensables s'accumulant au dessus du réfrigérant, Une arrivée et une sortie pour la circulation du fluide à traiter dans ledit réservoir, Un capteur de mesure du niveau du liquide dans le réservoir permettant la surveillance de la quantité d'incondensables dans le réservoir, Une évacuation des incondensables, Un moyen de commande pour l'évacuation des incondensables quand leur volume devient trop important dans ledit réservoir. Lorsque le réfrigérant provient d'un circuit de réfrigération ayant un défaut nécessitant de le vidanger, il est nécessaire de réaliser une séparation de l'huile de lubrification du réfrigérant avant d'éliminer les incondensables.

La séparation entre le réfrigérant et l'huile de lubrification du compresseur est réalisée en chauffant le fluide de sorte d'évaporer le réfrigérant tout en conservant l'huile à l'état liquide. L'invention a également pour objet un dispositif pour la partie séparation de l'huile comprenant : Une enceinte dans laquelle est effectuée la séparation entre le fluide réfrigérant et l'huile, Un échangeur de chaleur permettant de chauffer le fluide à traiter circulant dans ladite enceinte au moyen d'un fluide caloporteur à une température suffisante pour gazéifier le fluide réfrigérant tout en conservant l'huile à l'état liquide, Une entrée du fluide à traiter dans l'enceinte équipée d'un limiteur de débit afin de s'assurer du passage en gaz du fluide réfrigérant, Une sortie du fluide réfrigérant gazéifié équipé d'un filtre, par exemple en métal fritté, afin de s'assurer que seul du gaz s'échappe de l'enceinte, Une sortie en partie basse de l'enceinte permettant la récupération de l'huile. L'entrée du fluide à traiter dans l'enceinte est avantageusement équipée d'un limiteur de débit afin de s'assurer du passage en gaz du fluide réfrigérant. Les 2 solutions peuvent être utilisées séparément ou combinées en fonction de l'objectif recherchée. Les équipements sous pression, tels que le réservoir, l'enceinte ou l'échangeur de chaleur, respectent la directive des équipements sous pression. Par ailleurs, l'évacuation des incondensables est obligatoirement effectuée à l'extérieur du bâtiment si le fluide présente des risques comme une inflammabilité.

L'invention consiste également en un procédé pour maintenir des réfrigérants de circuits frigorifiques à un niveau de qualité optimum avant leurs transferts dans des circuits frigorifiques, lesdits réfrigérants contenant une portion d'huile de lubrification et pouvant contenir des incondensables, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de suppression des incondensables éventuellement présents consistant à maintenir le réfrigérant dans un réservoir sous une pression légèrement supérieure à sa pression de vapeur saturante, en accord avec sa température, pour permettre la séparation et la remonter des éventuels incondensables dans la partie haute du réservoir, puis à évacuer les incondensables ainsi isolés. Selon l'invention, l'étape de suppression des incondensables peut être précédée par une étape de suppression de l'huile de lubrification lorsque celle-ci est présente dans le réfrigérant consistant à chauffer le réfrigérant à une température suffisante pour évaporer le réfrigérant tout en conservant l'huile à l'état liquide puis à évacuer l'huile ainsi isolée.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels : - La figure 1 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un piège à incondensables selon l'invention, et - La figure 2 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un dispositif de séparation de l'huile du fluide réfrigérant selon l'invention. Description de fonctionnement du piège à incondensables : Les réfrigérants étant des fluides à pression de vapeur saturante, il est possible de séparer les incondensables car ce sont des gaz qui vont toujours chercher à monter du fait d'une densité plus basse que le fluide en phase liquide. Sur la figure 1, le réservoir 1 est alimenté en réfrigérant 3 (contenant potentiellement des incondensables) en phase liquide par l'entrée 4. Le réfrigérant 3 est pressurisé légèrement au dessus de sa pression de vapeur saturante en accord avec sa température. Il est en phase liquide. La vitesse du réfrigérant dans le réservoir 1 doit être faible afin de laisser suffisamment de temps pour que la séparation se fasse dans le réservoir (la cinétique chimique de la séparation n'est pas immédiate). Un limiteur de débit 7 peut être avantageusement ajouté sur l'entrée 4. Le fluide 3 stagne à l'intérieur du réservoir pour permettre la séparation et la remonter des éventuels incondensables 8 dans la partie haute du réservoir et est ensuite évacué par la sortie 2 placée dans la partie basse du réservoir. Néanmoins, il ne faut pas laisser trop d'incondensables s'accumuler en partie haute du réservoir pour avoir une bonne efficacité de la séparation. Un capteur 5 permettant de surveiller le niveau d'incondensables est placé sur le piquage 6, situé à environ à 1/3 du de la hauteur du réservoir. De même, il est important que l'entrée 4 soit plus basse que le capteur 5 de façon à ce que le liquide qui arrive ne soit pas en contact avec les incondensables. Pour cela, le capteur choisi est basé sur une technologie à lames vibrantes. Il délivre un signal différent selon que les lames beignent dans un liquide ou un gaz. Ce type de capteur est particulièrement adapté pour cette application. En effet, du fait de la pression (en accord avec le réfrigérant), de nombreuses technologies de mesure de niveau ne fonctionnent pas correctement. Avantageusement, le capteur 5 peut être doublé pour des raisons de sécurité (en fonction de la nature du fluide et de la criticité de l'application). Enfin, lorsque le système de contrôle et de commande de l'installation constate un volume important d'incondensables, il commande l'ouverture de la vanne sur l'évacuation 9 placée sur la partie supérieure du réservoir 1. Cette évacuation peut se faire sur temporisation (temps d'ouverture de vanne) ou jusqu'à ce que le niveau d'incondensables soient plus faibles. Dans ce deuxième cas, il faudra vérifier que le temps d'ouverture n'excède pas une temporisation (time-out de défaut). En effet, si on ouvre trop longtemps la vanne, il y aura un risque de vaporisation du fluide réfrigérant en plus des incondensables et un risque potentiel d'évacuation de fluide vers l'extérieur.

Ce type de pièges à incondensables peut notamment être implanté : - Sur une ligne de récupération de fluide d'un circuit, - Sur l'arrivée en liquide d'une machine de transfert. Dans le cas d'une utilisation sur une machine de transfert, le piège garantit aussi un fluide totalement en phase liquide, ce qui est très intéressant pour le transfert car remplir en liquide est beaucoup plus rapide qu'avec du gaz. Dans le cas d'une utilisation sur une ligne de récupération, il est conseillé de le mettre après le séparateur d'huile. En effet, du fait des densités, un film d'huile pourrait se former à la jonction entre le réfrigérant en phase liquide et le réfrigérant en phase gazeuse. Ce film d'huile aurait un effet néfaste sur le rendement du piège à incondensables. Il est donc important d'avoir supprimé l'huile avant (ou d'être sur un circuit garanti sans huile). Pour la séparation de l'huile de lubrification, nous utilisons le dispositif représenté schématiquement sur la figure 2. Le fluide est amené par l'arrivée 10. Il peut être liquide et/ou gazeux, le procédé assurant un changement de phase. Il traverse ensuite un limiteur de débit 11 de façon à ralentir le fluide pour avoir une meilleure séparation. Il est important que l'arrivée fluide se fasse à l'horizontal de façon à ce l'huile redescende dans le flacon de récupération 12. Un pré-réchauffage 16 entre le limiteur de débit 11 et l'échangeur 14 peut être ajouté. Le fluide rentre alors dans une enceinte 13 équipée de l'échangeur 14. Au moyen dudit échangeur, de la chaleur est apportée au fluide par une source extérieure. Dans l'exemple de réalisation de l'invention représenté sur cette Fig. 2, cette chaleur est apportée par un système 17 à base de Vortex ce qui est suffisant pour l'application. Le fluide réfrigérant est alors sous forme gazeuse dans l'enceinte 13. Par effet de densité, l'huile encore sous forme liquide descend vers le flacon de récupération 12 et le réfrigérant passé en phase gazeuse continue de monter, passe à travers un filtre 15. Il peut alors, par exemple, être re-comprimé dans le compresseur 19 pour passer en phase liquide et être envoyé sur le piège à incondensables décrit précédemment. En sortie de compression, il est fortement conseillé de mettre un échangeur 18 avec une source froide (par exemple la 2ème sortie du système Vortex 17) afin de refroidir le fluide réfrigérant. Cela permet de réduire la température du fluide réfrigérant, donc sa pression de vapeur saturante et donc d'avoir une pression plus basse pour la séparation des incondensables (ce qui améliore le rendement du piège à incondensables).5

Claims (4)

1. REVENDICATIONS1.- Procédé pour maintenir des réfrigérants de circuits de réfrigération à un niveau de qualité optimum avant leurs transferts dans lesdits circuits de réfrigération, lesdits réfrigérants contenant une portion d'huile de lubrification et pouvant contenir des incondensables, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de suppression des incondensables éventuellement présent consistant à maintenir le réfrigérant dans un réservoir sous une pression légèrement supérieure à sa pression de vapeur saturante, en accord avec sa température, pour permettre la séparation et la remontée des éventuels incondensables dans la partie haute du réservoir, puis à évacuer les incondensables ainsi isolés.
2. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de suppression des incondensables est précédée par une étape de suppression de l'huile de lubrification consistant à chauffer le réfrigérant à une température suffisante pour évaporer le réfrigérant tout en conservant l'huile à l'état liquide puis à évacuer l'huile ainsi isolée.
3. 3.- Dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé décrit en revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend : Un réservoir (1) dans lequel s'effectue la séparation des liquides et des incondensables du fait de leur différence de densité, les incondensables s'accumulant au-dessus des liquides, Une arrivée (4) et une sortie (2) pour la circulation du fluide à traiter dans ledit réservoir, Un capteur (5) de mesure du niveau du liquide dans le réservoir (1) permettant la surveillance de la quantité d'incondensables dans ledit réservoir, Une évacuation (7) des incondensables, Un moyen (9) de commande pour l'évacuation des incondensables quand leur volume devient trop important dans ledit réservoir (1).
4. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en plus, afin de mettre en oeuvre le procédé décrit en revendication 2 : Une enceinte (13) dans laquelle est effectuée la séparation entre le fluide réfrigérant et l'huile, Un échangeur de chaleur (14) permettant de chauffer le fluide à traiter circulant dans ladite enceinte (13) au moyen d'un fluide caloporteur à une températuresuffisante pour gazéifier le fluide réfrigérant tout en conservant l'huile à l'état liquide, . Une entrée (10) du fluide à traiter dans l'enceinte (13), . Une sortie (16) du fluide réfrigérant gazéifié équipé d'un filtre (15) ne laissant s'échapper que du gaz, Une sortie (12) en partie basse de l'enceinte permettant la récupération de l'huile.