WO2020074795A1 - Dispositif de séparation de liquide et de gaz et appareil thermodynamique equipé d'un tel dispositif - Google Patents
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- WO2020074795A1 WO2020074795A1 PCT/FR2018/052542 FR2018052542W WO2020074795A1 WO 2020074795 A1 WO2020074795 A1 WO 2020074795A1 FR 2018052542 W FR2018052542 W FR 2018052542W WO 2020074795 A1 WO2020074795 A1 WO 2020074795A1
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- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/02—Centrifugal separation of gas, liquid or oil
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- F25B2400/23—Separators
Definitions
- the invention relates to a device for separating a liquid and a gas entering the device in a mixed manner, in particular oil and gas in a thermodynamic device such as a refrigeration, air conditioning or cycle device. Rankine.
- thermodynamic devices such as refrigeration devices for example
- the latter use a compressor ensuring the compression of a refrigerant gas, a condenser intended to cool the compressed gas so as to cause its passage into the liquid phase, as well as to an evaporator capable of absorbing heat from the zone to be refrigerated, when the liquid refrigerant evaporates.
- Such refrigerating devices also make use of oil placed inside the compressor housing in order to ensure satisfactory lubrication. Since this oil is in contact with the refrigerant gas, a certain amount of oil is found on the discharge side of the compressor, mixed with the refrigerant gas. It is then necessary to carry out a separation of these two elements such as oil and refrigerant gas, on the one hand since the refrigerant gas has a lower efficiency when mixed with oil, and on the other hand part insofar as such separation makes it possible to recycle the oil in the compressor casing.
- Document FR 2 769 356 describes such a separation device which comprises a cylindrical enclosure, the inlet of which is supplied by the mixture to be separated. Inside this enclosure is arranged a separation member formed by a swab forming, on the one hand, a ramp extending along a helical path and ensuring a primary separation of oil and gas by centrifugation, and on the other hand, filtration ensuring an additional separation of the oil and the gas, by coalescence.
- HFCs refrigerant gases
- CO2 carbon dioxide
- NH 3 ammonia
- Refrigerants such as CO2 require high pressure / high temperature systems to operate. These operating conditions - more extreme than in previous conventional systems - bring the density of the refrigerant to a level closer to that of the oil in the compressor. This rimpedement promotes exchanges between the compressor oil, on the one hand, and the refrigerant, on the other.
- the migration of very fine oil particles is then amplified in the discharge line from the compressor to the mass flow of refrigerant.
- the size, density and concentration of fine oil particles in the refrigerant gas vary according to the installations and their use illustrated by their charge rate. This higher level of fine oil particles makes separation of the oil more difficult with a refrigerant such as C0 2 than with a conventional HFC type refrigerant.
- An object of the invention is to provide a device for separating a liquid and a gas which offers an optimal level of separation over a broad spectrum of operating charge rates.
- a device for separating a liquid and a gas in particular within a thermodynamic circuit, comprising an inlet of a mixture formed of the liquid and of the gas to be separated, of a zone for collecting the separated liquid, of means for evacuating the separated gas, a circulation flow being established during operation between the inlet and the evacuation means, and an assembly separation comprising a first separation member and a second separation member mounted in series in the flow of circulation with the first separation member, the second separation member being mounted movable at least in translation with the first separation member.
- the separation device according to the invention has at least one of the following technical characteristics:
- the first separation member comprises means of helical centrifugation and means of filtration by coalescence arranged so as to allow centrifugation and simultaneous filtration of the circulation flow;
- the second separation member is a coalescence filtration chamber
- the coalescence chamber comprises a multilayer filter
- the tunnel includes means for smoothing a mass flow and channeling the traffic flow;
- the separation device comprises means for variable derivation of part of the circulation flow passing through the second separation member;
- variable bypass means comprise at least one discharge opening formed in a side wall of the dynamic regulation tunnel
- variable bypass means further comprise a device for closing all or part of the at least one discharge opening
- the closing device is mounted on the second separation member
- the separation device further comprises a flow deflector extending opposite and at a distance from the discharge opening;
- variable bypass means include a discharge opening formed in a bottom wall of the second separation member
- variable bypass means further comprise a device for closing all or part of the discharge opening
- the separation device comprises means for returning the second separation member to its rest or low load position;
- the return means comprise at least one spring
- the second separation member has a calibrated discharge orifice for the separated liquid
- the evacuation orifice includes a cleaning valve
- the calibrated discharge opening forms the discharge opening
- the separation device comprises two or more separation assemblies mounted in parallel with each other in the circulation flow.
- thermodynamic device comprising a compressor and a separation device mounted downstream of the compressor and having at least one of the preceding technical characteristics.
- FIG. 1 is an open three-dimensional view of a separation device according to an embodiment of the invention
- FIG. 2a is an open three-dimensional view of the separation device of Figure 1 according to an embodiment of the invention
- Figure 2b is a sectional view along llb-llb of the device of Figure 2a;
- FIG. 3a to 3c are detailed views along III from another angle of the device of Figure 2a in three positions of the second separation member;
- FIG. 4 is a three-dimensional view of the arrangement of the separation members of the device of Figure 2a in the rest position or low load;
- FIG. 5 is a three-dimensional view of the arrangement of the separation members of the device of Figure 2a in the fully loaded position
- FIG. 6 is a sectional view of an alternative embodiment of the separation device according to the invention.
- FIG. 7 is a detail view along VII of the device of Figure 6;
- FIGS. 8a and 8b are side and top sectional views illustrating another alternative embodiment of a separation device according to the invention.
- the expression “mixture of liquid and gas” designates a mixture from which are extracted, as final products, a liquid and a gas.
- a mixture can, during its separation, be single-phase gas, this separation involving condensation or cooling of one of the gaseous elements.
- the device 1 for separating a liquid and a gas according to the invention comprises an enclosure 10 generally positioned vertically as illustrated. In the upper part, the enclosure has an inlet 11 of a mixture formed of a liquid L and a gas G located in an upper wall 103 of the enclosure 10. Directly connected fluidly to the inlet 11, the device 1 for separating a liquid and a gas according to the invention comprises a separation assembly 20, 40 comprising a first separation member 20, then a second separation member 40.
- the second separation member 40 is fluidly connected to an outlet of the first separation member 20, so as to be in series with the latter in a circulation flow within the device 1 for separation of a liquid and a gas according to the invention.
- the device 1 for separating a liquid and a gas according to the invention comprises an intermediate connection element forming a dynamic regulation tunnel 30 between the first 20 and second 40 separation members.
- the device 1 for separation of a liquid and a gas according to the invention comprises a zone 14 for collecting the liquid L once it has been separated of the gas G.
- the cooling zone 14 also forms a buffer tank for the liquid L.
- the enclosure 10 comprises means 12 for evacuating the gas G once it has been separated from the liquid L.
- the evacuation means 12 are, here, opposite the first member separation 20 and perpendicular to a longitudinal axis of the enclosure 10.
- the enclosure comprises means 13 for draining the liquid L separated from the collection zone 14.
- the drain means 13 comprise a suction capillary 131 extending in the collection zone 14 and one free end of which is positioned at the level of a bottom wall 102 of the enclosure 10. Des means for positioning and holding 101 of the device 1 for separating a liquid and a gas according to the invention are provided at the bottom wall 102.
- the first separation member 20 is a separation member already known per se. It is described in detail in document FR 2 769 356 to which it is possible to refer for more information.
- the first separation member 20 comprises a flow tube, one of the ends of which forms an inlet fluidly connected with the inlet 11 of the device 1 for separation of a liquid and a gas according to the invention, and the other end forms an exit. Between the two ends, the first separation member 20 comprises a swab arranged so as to simultaneously perform a separation by centrifugation, because of its helical shape forming means of helical centrifugation, and filtration, because the propeller of the swab forms a filter medium forming means of filtration by coalescence.
- the swab is in two successive parts, the first part having a helix wound in reverse of the propeller of the other part.
- the intermediate connection element forming the dynamic regulation tunnel 30 has an inlet fluidly connected to the outlet of the first separation member 20.
- the dynamic regulation tunnel 30 includes means for smoothing a mass flow and channeling of the circulation flow: it is of cylindrical shape, here, of revolution, and it is positioned in the axial extension of the first separation member 20.
- the dynamic regulation tunnel 30 has three successive portions according to the circulation flow.
- a first portion 301 which is a tubing having a first diameter arranged so that it can be directly fitted into the outlet end of the tubing of the first separation member 20.
- a second portion 302 of frustoconical shape connecting the first portion and a third portion 303 which is a tube having a second diameter which is less than the first diameter of the first portion 301.
- the device 1 for separating a liquid and a gas according to the invention further comprises return means 21, 211, 22, 221 of the second separation member 40 to its rest or low load position.
- the return means comprise compression springs 21, 22 mounted coaxially on tie rods 211, 221 respectively: the tie rods 211, 221 are fixedly mounted on the second separation member 40, for example here on the upper wall 43, and the springs 21, 22 are sandwiched between a stop located on a free end of the tie rods 211, 221 and a stop secured, here, to the tube of the first separation member 20.
- Other configurations are possible: three or more springs compression can be used; a single spring can be positioned coaxially between the first 20 and second 40 separation members; the springs can be tension springs; etc
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Abstract
Le dispositif de séparation (1 ) d'un liquide et d'un gaz, notamment au sein d'un circuit thermodynamique, comprend une entrée (1 1 ) d'un mélange formé du liquide et du gaz à séparer, d'une zone de recueillement du liquide séparé, de moyens d'évacuation (12) du gaz séparé, un flux de circulation s'établissant lors d'un fonctionnement entre l'entrée et les moyens d'évacuation, et un ensemble de séparation (20,30,40) comprenant un premier organe de séparation (20) et un deuxième organe de séparation (40) monté en série dans le flux de circulation avec le premier organe de séparation, le deuxième organe de séparation étant monté mobile au moins à translation avec le premier organe de séparation.
Description
DISPOSITIF DE SÉPARATION DE LIQUIDE ET DE GAZ ET APPAREIL THERMODYNAMIQUE ÉQUIPÉ D’UN TEL DISPOSITIF
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
[0001]L’invention concerne un dispositif de séparation d’un liquide et d’un gaz entrant de manière mélangée dans le dispositif, notamment d’huile et de gaz dans un appareil thermodynamique comme un appareil frigorifique, de climatisation ou à cycle de Rankine.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
[0002] De manière connue, dans le cas d’appareils thermodynamiques comme les appareils frigorifiques par exemple, ces derniers font appel à un compresseur assurant la compression d'un gaz frigorigène, à un condenseur destiné à refroidir le gaz comprimé de manière à provoquer son passage en phase liquide, ainsi qu'à un évaporateur apte à absorber la chaleur depuis la zone à réfrigérer, lorsque le réfrigérant liquide s'évapore.
[0003] De tels appareils frigorifiques font également usage d'huile disposée à l'intérieur du carter du compresseur afin d'en assurer une lubrification satisfaisante. Etant donné que cette huile est au contact du gaz frigorigène, une certaine quantité d’huile se retrouve au refoulement du compresseur, mélangée au gaz frigorigène. Il est alors nécessaire d'effectuer une séparation de ces deux éléments tels que l’huile et le gaz frigorigène, d'une part puisque le gaz frigorigène présente une efficacité moindre lorsqu'il est mélangé à de l'huile, et d'autre part dans la mesure où une telle séparation permet de recycler l'huile au carter du compresseur.
[0004]A cet effet, il est connu de prévoir, en aval du compresseur, un dispositif de séparation d'huile et de gaz. Le document FR 2 769 356 décrit un tel dispositif de séparation qui comprend une enceinte cylindrique dont l'entrée est alimentée par le mélange à séparer. A l'intérieur de cette enceinte est disposé un organe de séparation formé par un écouvillon formant, d’une part, une rampe s'étendant selon un trajet hélicoïdal et assurant une séparation primaire de l'huile et du gaz
par centrifugation, et d’autre part, une filtration assurant une séparation supplémentaire de l'huile et du gaz, par coalescence.
[0005] D’autre part, en raison de leur forte contribution au réchauffement climatique, la réglementation européenne en particulier organise l’abandon progressif de certains gaz frigorigènes (HFC). De nombreuses alternatives existent déjà, y compris des fluides connus de longue date tels que le dioxyde de carbone (CO2), hydrocarbures et ammoniac (NH3).
[0006] Les réfrigérants, comme le CO2, nécessitent des systèmes haute pression / haute température pour fonctionner. Ces conditions d’opération - plus extrêmes que dans les systèmes conventionnels précédents - amènent la densité du réfrigérant à un niveau plus proche de celui de l'huile dans le compresseur. Ce rapprochement favorise les échanges entre l’huile du compresseur, d’une part, et le réfrigérant, d’autre part. La migration de particules d'huile très fines (taille inférieure à 1 pm) se trouve alors amplifiée au niveau de la conduite de refoulement du compresseur vers le débit massique de réfrigérant. La taille, la densité et la concentration des fines particules d’huile dans le gaz frigorigène varient en fonction des installations et de leur utilisation illustrée par leur taux de charge. Ce niveau plus élevé de fines particules d’huile rend la séparation de l’huile plus difficile avec un réfrigérant comme le C02 qu’avec un réfrigérant classique de type HFC.
[0007] Les dispositifs de séparation d’huile existants, comme celui décrit dans le document FR 2 769 356, présentent cependant un certain nombre d’inconvénients : leur efficacité varie en fonction du taux de charge de l’installation. Dans certains cas, une quantité non négligeable de fines particules d’huile reste mélangée au gaz frigorigène, ce qui tend à diminuer les performances des échangeurs et à induire une consommation d’huile indésirable. Ces fines particules d’huile, présentes dans le gaz frigorigène, vont à leur tour se déposer dans le circuit de l’installation jusqu’à ce que le débit dans l’installation (et par voie de conséquence la vélocité du gaz dans le circuit) redevienne suffisant pour entraîner naturellement ces particules vers le compresseur.
EXPOSE DE L’INVENTION
[0008]Un but de l’invention est de fournir un dispositif de séparation d’un liquide et d’un gaz qui offre un niveau optimal de séparation sur un large spectre de taux de charge de fonctionnement.
[0009]A cette fin, il est prévu, selon l’invention, un dispositif de séparation d’un liquide et d’un gaz, notamment au sein d’un circuit thermodynamique, comprenant une entrée d’un mélange formé du liquide et du gaz à séparer, d’une zone de recueillement du liquide séparé, de moyens d’évacuation du gaz séparé, un flux de circulation s’établissant lors d’un fonctionnement entre l’entrée et les moyens d’évacuation, et un ensemble de séparation comprenant un premier organe de séparation et un deuxième organe de séparation monté en série dans le flux de circulation avec le premier organe de séparation, le deuxième organe de séparation étant monté mobile au moins à translation avec le premier organe de séparation.
[0010] Avantageusement, mais facultativement, le dispositif de séparation selon l’invention présente au moins l’une des caractéristiques techniques suivantes :
- le premier organe de séparation comporte de moyens de centrifugation hélicoïdale et des moyens de filtration par coalescence agencés de sorte à permettre une centrifugation et une filtration simultanée du flux de circulation ;
- le deuxième organe de séparation est une chambre de filtration par coalescence ;
- la chambre de coalescence comporte un filtre multicouche ;
- un tunnel de régulation dynamique est interposé entre les premier et deuxième organes de séparation ;
- le tunnel comporte des moyens de lissage d’un débit massique et de canalisation du flux de circulation ;
- le dispositif de séparation comprend des moyens de dérivation variable d’une partie du flux de circulation traversant le deuxième organe de séparation ;
- les moyens de dérivation variable comportent au moins une ouverture de décharge ménagée dans une paroi latérale du tunnel de régulation dynamique ;
- les moyens de dérivation variable comprennent en outre un dispositif de fermeture de toute ou partie de la au moins une ouverture de décharge ;
- le dispositif de fermeture est montée sur le deuxième organe de séparation ;
- le dispositif de séparation comporte en outre un déflecteur de flux s’étendant en regard et à distance de l’ouverture de décharge ;
- les moyens de dérivation variable comportent une ouverture de décharge ménagée dans une paroi de fond du second organe de séparation ;
- les moyens de dérivation variable comprennent en outre un dispositif de fermeture de toute ou partie de l’ouverture de décharge ;
- le deuxième organe de séparation étant mobile entre une position de repos ou de faible charge et une position de pleine charge, le dispositif de séparation comprend des moyens de rappel du deuxième organe de séparation vers sa position de repos ou de faible charge ;
- les moyens de rappel comportent au moins un ressort ;
- le deuxième organe de séparation comporte un orifice d’évacuation calibré du liquide séparé ;
- l’orifice d’évacuation comporte une vanne de décolmatage ;
- l’orifice d’évacuation calibré forme l’ouverture de décharge ; et,
- le dispositif de séparation comporte deux ou plus ensembles de séparation montés en parallèle les uns par rapport aux autres dans le flux de circulation.
[0011]D’autre part, il est prévu, selon l’invention, un appareil thermodynamique comportant un compresseur ainsi qu’un dispositif de séparation monté en aval du
compresseur et présentant au moins l’une des caractéristiques techniques précédentes.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0012] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation de l’invention et d’une variante. Aux dessins annexés :
- la figure 1 est une vue tridimensionnelle ouverte d’un dispositif de séparation selon un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 2a est une vue tridimensionnelle ouverte du dispositif de séparation de la figure 1 selon un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 2b est une vue en coupe selon llb-llb du dispositif de la figure 2a ;
- les figures 3a à 3c sont des vues de détail selon III sous un autre angle du dispositif de la figure 2a selon trois positions du deuxième organe de séparation ;
- la figure 4 est une vue tridimensionnelle de l’agencement des organes de séparation du dispositif de la figure 2a en position de repos ou de faible charge ;
- la figure 5 est une vue tridimensionnelle de l’agencement des organes de séparation du dispositif de la figure 2a en position de pleine charge ;
- la figure 6 est une vue en coupe d’une variante de réalisation du dispositif de séparation selon l’invention ;
- la figure 7 est une vue de détail selon VII du dispositif de la figure 6 ; et,
- les figures 8a et 8b sont des vues en coupe de côté et de dessus illustrant une autre variante de réalisation d’un dispositif de séparation selon l’invention.
[0013] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION
[0014]En remarque liminaire, l’expression « mélange de liquide et de gaz » désigne un mélange dont sont extraits, en tant que produits finaux, un liquide et un
gaz. Cependant, un tel mélange peut, lors de sa séparation, être monophasique gazeux, cette séparation faisant intervenir une condensation ou un refroidissement de l'un des éléments gazeux.
[0015] En référence aux figures 1 à 5, nous allons décrire un dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention. Le dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention comporte une enceinte 10 généralement positionnée de manière verticale comme illustrée. En partie haute, l’enceinte comporte une entrée 11 d’un mélange formé d’un liquide L et d’un gaz G situé dans une paroi supérieure 103 de l’enceinte 10. Directement connecté fluidiquement à l’entrée 11 , le dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention comprend un ensemble de séparation 20,40 comprenant un premier organe de séparation 20, puis un deuxième organe de séparation 40. Le deuxième organe de séparation 40 est fluidiquement connecté à une sortie du premier organe de séparation 20, de sorte à être en série avec celui-ci dans un flux de circulation au sein du dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention. Au surplus, le dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention comprend un élément intermédiaire de connexion formant un tunnel de régulation dynamique 30 entre les premier 20 et deuxième 40 organes de séparation. Sous le deuxième organe de séparation 40, en partie basse de l’enceinte 10, le dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention comporte une zone de recueillement 14 du liquide L une fois celui-ci séparé du gaz G. La zone de refroidissement 14 forme en outre un réservoir tampon pour le liquide L.
[0016] Latéralement, de nouveau en partie haute, l’enceinte 10 comporte des moyens d’évacuation 12 du gaz G une fois celui-ci séparé du liquide L. Les moyens d’évacuation 12 sont, ici, en regard du premier organe de séparation 20 et perpendiculaire à un axe longitudinal de l’enceinte 10. D’autre part, en partie basse, l’enceinte comporte des moyens de vidange 13 du liquide L séparé de la zone de recueillement 14. Les moyens de vidange 13 comprennent un capillaire 131 d’aspiration s’étendant dans la zone de recueillement 14 et dont une extrémité libre est positionnée au niveau d’une paroi de fond 102 de l’enceinte 10. Des
moyens de positionnement et maintien 101 du dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention sont prévus au niveau de la paroi de fond 102.
[0017] Le premier organe de séparation 20 est un organe de séparation déjà connu en soi. Il est décrit en détail dans le document FR 2 769 356 auquel il est possible de se référer pour de plus amples informations. Brièvement, le premier organe de séparation 20 comporte une tubulure d’écoulement dont l’une des extrémités forme une entrée fluidiquement connecté avec l’entrée 11 du dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention, et l’autre des extrémités forme une sortie. Entre les deux extrémités, le premier organe de séparation 20 comporte un écouvillon agencé de sorte à réaliser simultanément une séparation par centrifugation, du fait de sa forme en hélice formant des moyens de centrifugation hélicoïdale, et une filtration, du fait que l’hélice de l’écouvillon forme un média filtrant formant des moyens de filtration par coalescence. En variante, l’écouvillon est en deux parties successives, la première partie présentant une hélice enroulée à l’inverse de l’hélice de l’autre partie.
[0018] L’élément intermédiaire de connexion formant le tunnel de régulation dynamique 30 comporte une entrée fluidiquement connectée à la sortie du premier organe de séparation 20. Le tunnel de régulation dynamique 30 comporte des moyens de lissage d’un débit massique et de canalisation du flux de circulation : il est de forme cylindrique, ici, de révolution, et il est positionné dans le prolongement axial du premier organe de séparation 20. Le tunnel de régulation dynamique 30 comporte trois portions successives selon le flux de circulation. Une première portion 301 qui est une tubulure présentant un premier diamètre agencée de sorte à pouvoir être directement emmanchée dans l’extrémité formant sortie de la tubulure du premier organe de séparation 20. Puis, une deuxième portion 302 de forme tronconique reliant la première portion et une troisième portion 303 qui est une tubulure présentant un deuxième diamètre qui est inférieur au premier diamètre de la première partie 301 . En variante de réalisation, le deuxième diamètre est égal ou supérieur au premier diamètre Le rôle principal du tunnel de régulation dynamique 30 est de rendre le flux de circulation, qui est turbulent en sortie du premier organe de séparation 20, laminaire en sortie de la troisième portion 303. En variante supplémentaire de réalisation, le tunnel de
régulation dynamique 30 comporte un moyen anti-vortex ou un redresseur de flux. Dans le dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention illustré dans les figures, la sortie de la troisième portion 303 du tunnel de régulation dynamique est positionnée au sein du deuxième organe de séparation 40.
[0019]Le deuxième organe de séparation 40 est ici une chambre de séparation par coalescence. Le deuxième organe de séparation 40 comporte une tubulure s’étendant dans le prolongement axial du premier organe de séparation 20 et du tunnel de régulation dynamique 30. La tubulure est formée d’une paroi latérale 42,44 comportant en interne un treillis de support 44 entouré en externe d’un filtre 42 qui est, par exemple ici, un filtre multicouche formé d’au moins trois médias filtrants présentant des densités de filtration différentes. Le deuxième organe de séparation 40 comporte une paroi de fond 41 inférieure formant un fond à la chambre de séparation par coalescence. La paroi inférieure 41 comporte un orifice d’évacuation 410 traversant la paroi de fond 41. L’orifice d’évacuation 410 est calibré. Il permet d’évacuer le liquide séparé L, issu du premier organe de séparation 20, depuis le deuxième organe de séparation 40 vers la zone de recueillement 14. En variante de réalisation, l’orifice d’évacuation est équipé d’une vanne de décolmatage.
[0020] En partie supérieure, le deuxième organe de séparation 40 comporte une paroi supérieure 43 comportant une ouverture dans laquelle passe le tunnel de régulation dynamique 30. Ici, le deuxième organe de séparation 40 est monté mobile au moins à translation sur le tunnel de régulation dynamique 30, et par conséquent le deuxième organe de séparation 40 est monté mobile au moins à translation avec le premier organe de séparation 20. Le mouvement de translation s’effectue ici selon un axe longitudinal de l’ensemble de séparation 20,40 et du tunnel de régulation dynamique 30. Ainsi, le deuxième organe de séparation 40 peut se déplacer par rapport au premier organe de séparation 20 entre une position dite de repos ou de faible charge et une position de pleine charge. D’autre part, la paroi supérieure 43 comporte en variante des moyens de guidage 431 , ici formés d’une portion de tube 431 cylindrique de révolution dans lequel vient coulisser la première portion 301 du tunnel de régulation dynamique 30.
[0021]En position de repos ou de faible charge, le dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention est dans une configuration qui est illustrée dans les figures 2, 3a et 4, le deuxième organe de séparation 40 étant au plus proche du premier organe de séparation 20. Dans cette position, le tunnel de régulation dynamique 30 est situé au sein de la chambre de séparation par coalescence du deuxième organe de séparation 40, l’extrémité basse de la troisième portion 303 délimitant un volume minimum de chambre situé en dessous.
[0022] En position de pleine charge, le dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention est dans une configuration qui est illustrée dans les figures 3c et 5, le deuxième organe de séparation 40 étant au plus éloigné du premier organe de séparation 20. Dans cette position, le tunnel de régulation dynamique 30 est dans une position où seule la troisième portion 303 est au sein de la chambre de séparation par coalescence du deuxième organe de séparation 40, et l’extrémité basse de la troisième portion 303, ayant remontée, délimite alors un volume maximal de chambre situé en dessous.
[0023] Le dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention comporte en outre des moyens de rappel 21 ,211 ,22,221 du deuxième organe de séparation 40 vers sa position de repos ou de faible charge. Ici, les moyens de rappel comportent des ressorts de compressions 21 ,22 montées coaxialement sur des tirants 211 ,221 respectivement : les tirants 211 ,221 sont montés fixes sur le deuxième organe de séparation 40, par exemple ici sur la paroi supérieure 43, et les ressorts 21 ,22 sont pris en sandwich entre une butée située sur une extrémité libre des tirants 211 ,221 et une butée solidaire, ici, de la tubulure du premier organe de séparation 20. D’autres configurations sont possibles : trois ou plus ressorts de compression peuvent être utilisés ; un seul ressort peut être positionné de manière coaxiale entre les premier 20 et deuxième 40 organes de séparation ; les ressorts peuvent être des ressorts de traction ; etc
[0024] D’autre part, le dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention comprend des moyens de dérivation variable d’une partie du flux de circulation traversant le deuxième organe de séparation. Dans le mode de
réalisation du dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention illustré aux figures 2 à 5, les moyens de dérivation variable comprennent une ouverture de décharge 35 ménagée dans une paroi latérale du tube de régulation dynamique 30, ici au niveau de la première portion 301. En position de repos ou de faible charge, illustrée à la figure 3a, l’ouverture de décharge 35 est complètement recouverte par la portion de tube 431 du deuxième organe de séparation 40, portion de tube 431 qui fait alors aussi office de dispositif de fermeture de toute ou partie de l’ouverture de décharge 35. Lorsque la charge augmente et dépasse un seuil prédéterminé, le deuxième organe de séparation 40 quitte sa position de repose ou de faible charge, la portion de tube 431 coulisse le long de la première portion 301 du tunnel de régulation dynamique 30 et commence à découvrir l’ouverture de décharge 35 comme cela est illustré à la figure 3b montrant une position intermédiaire du dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention. Une partie du flux de circulation est alors déviée à travers la partie de l’ouverture de décharge 35 ainsi découverte. Au fur et à mesure que la charge augmente, le deuxième organe de séparation continue son mouvement vers sa position de pleine charge, illustrée à la figure 3c, la portion de tube 431 découvrant progressivement toute l’ouverture de décharge 35, permettant, en pleine charge, d’établir un flux dévié déterminé de circulation.
[0025]Afin que le flux dévié de circulation passant à travers l’ouverture de décharge 35 reste plus longtemps au sein de l’enceinte 10 du dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention, ce dernier comporte un déflecteur 31 de flux s’étendant en regard et à distance de l’ouverture de décharge 35. L’orientation du déflecteur 31 est telle que le flux dévié de circulation est dirigé vers la zone de recueillement 14 du dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention.
[0026] La forme de l’ouverture de décharge 35 peut être variée : ici elle est de forme sensiblement triangulaire dont la base est positionnée du côté du deuxième organe de séparation 40. Elle peut être oblong verticalement, ou encore en forme de tripode. D’autre part, le nombre d’ouvertures 35 peut être supérieur à 1 , plus ou moins uniformément réparties sur une circonférence de la paroi du tunnel de régulation dynamique. Il en est de même du déflecteur 31 dont les forme et
nombre peuvent varier en fonction des nombre et forme d’ouvertures 35. De plus, dans une variante de réalisation, le déflecteur 31 entoure complètement le tunnel de régulation dynamique 30.
[0027] Nous allons brièvement décrire un fonctionnement du dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention qui vient d’être décrit.
[0028] Le mélange de gaz G et de liquide L pénètre en un flux de circulation dans le dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention par l’entrée 11. Une première séparation du liquide L et du gaz G est réalisé par le premier organe de séparation 20. Le liquide L alors séparé s’écoule le long d’une paroi de la tubulure du premier organe de séparation 20, puis le long de celle du tunnel de régulation dynamique 30, puis « tombe » contre la paroi de fond 41 du deuxième organe de séparation 40 pour être enfin évacué vers la zone de recueillement 14 via l’orifice d’évacuation 410.
[0029] En sortie du premier organe de séparation 20, le flux de circulation est alors en régime turbulent et est formé d’un mélange comprenant essentiellement du gaz G et des particules fines de liquide L restantes non séparées par le premier organe de séparation 20. Il pénètre alors dans le tunnel de régulation dynamique 30 qui va alors lisser le débit massique et canaliser le flux de circulation de sorte à obtenir un flux en sortie de tunnel qui soit laminaire. Le flux de circulation, laminaire, est alors projeté dans le second organe de séparation 40 et vient frapper la paroi de fond 41. Il subit alors un brusque changement de direction et de vitesse avant de se répandre au sein de la chambre de séparation par coalescence. Ensuite, il traverse, alors à basse vitesse, le filtre 42 de la paroi latérale du deuxième organe de séparation 40. Le ou les médias filtrants formant le filtre 42 permettent de filtrer par coalescence une très grande majorité des particules fines de liquide L restantes dans le gaz G. Ces dernières s’écoulent alors vers la paroi de fond 41 et l’orifice d’évacuation 410, jusque dans la zone de recueillement 14.
[0030] Dans le cas où un flux dévié par l’ouverture de décharge 35 est créé, ce dernier vient frapper le déflecteur 31 où il subit alors un changement brusque de vitesse et de direction avant de se répandre dans la partie inférieure de l’enceinte
10. Ces changements brusques permettent une séparation supplémentaire du liquide L restant mélangé au gaz G en sortie du premier organe de séparation 20.
[0031]Enfin, le gaz G séparé se retrouve dans l’enceinte 10 et ressort par la sortie 12 du dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention.
[0032] En référence maintenant à la figure 6 et à la figure 7, nous allons décrire une variante de réalisation 100 d’un dispositif de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention. Nous n’allons en décrire que les différences avec le dispositif 1 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention décrit ci-dessus.
[0033] Dans ce mode de réalisation du dispositif 100 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention, l’orifice d’évacuation 410, en plus de son rôle d’évacuation du liquide L séparé, reprend le rôle de, et remplace, l’ouverture de décharge 35 ménagée dans une paroi latérale du tube de régulation dynamique 30 et précédemment décrit. L’orifice d’évacuation 410 est alors dimensionné et calibré pour remplir ce double rôle. D’autre part, le dispositif 100 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention comporte un dispositif de fermeture 60,61 de tout ou partie de l’orifice d’évacuation 410. Le dispositif de fermeture 60,61 comporte une tige 60 montée fixe, au niveau d’une extrémité, sur le premier organe de séparation 20, ici la tige 60 est montée fixe sur un axe de l’écouvillon. En variante, la tige 60 est montée fixe sur le tunnel de régulation dynamique 30. Au niveau d’une extrémité opposée, la tige 60 comporte un corps d’obturation 61. Le corps d’obturation 61 comporte une collerette 612 supérieure destinée à venir, en position de repos ou de faible charge, obturer complètement l’orifice d’évacuation 410. D’autre part, sous la collerette 612, le corps 61 présente une enveloppe 611 venant s’insérer dans l’orifice d’évacuation 410 et dont le diamètre diminue vers l’extrémité libre inférieure. Une telle forme du corps d’obturation 61 permet de réguler le flux dévié de circulation en fonction de la charge du dispositif 100 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention. Par exemple, ici illustrée, l’enveloppe 611 est de forme d’une portion d’ovoïde. En variante, l’enveloppe 611 est tronconique.
[0034] D’autre part, le corps d’obturation 61 se poursuit par une deuxième tige 610 située dans le prolongement de l’extrémité inférieure de la tige 60. Cette deuxième
tige 610 se termine par une butée 62 permettant de prendre en sandwich un ressort de compression 23 qui forme alors les moyens de rappel du deuxième organe de séparation 40 vers sa position de repos ou de faible charge.
[0035] En variante de réalisation des deux modes de réalisation du dispositif 1 ,100 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention, ce dernier comporte des moyens de retenue 50 d’éventuelles particules métalliques pouvant se trouver dans le flux de circulation au sein du dispositif 1 ,100 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention. Par exemple, ces moyens de retenue 50 sont un aimant positionné au niveau de la paroi de fond 41 de la chambre de séparation par coalescence du deuxième organe de séparation 40. En variante, de tels moyens de retenue 50 sont placés dans la zone de recueillement 14 de l’enceinte 10, au niveau de la paroi de fond 102.
[0036] Il est à noter que les moyens de dérivation variable 35,31 ,410 qui viennent d’être décrits dans les différents modes de réalisation du dispositif 1 ,100 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention ont aussi un rôle de sécurité permettant d’assurer une continuité de service dans le cas où le deuxième organe de séparation 40 subit un colmatage inopiné accidentel. Ainsi dans cette situation un flux de circulation est toujours assuré dans le dispositif 1 ,100 de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention, ainsi qu’une séparation du liquide L et du gaz G à travers le premier organe de séparation 20.
[0037] L'invention s'applique également à un dispositif 200 équipé d'un nombre quelconque d’ensembles de séparation 20,30,40, par exemple mais non exclusivement de deux à dix de ces ensembles, positionnés en parallèle dans le flux de circulation. Par exemple, les figures 8a et 8b illustrent un dispositif de séparation 200 selon l’invention comportant trois ensembles de séparation 20,30,40 montés en parallèle dans le flux de circulation.
[0038] L'invention trouve également son application à un dispositif de séparation dans lequel l'écoulement du mélange n'est pas assuré par gravité, par exemple dans le cas d'un dispositif placé selon une position globalement horizontale.
[0039] Il ressort de ce qui précède que le passage du flux de circulation au sein d’un double organe de séparation permet une double action de séparation pour atteindre un résultat d’efficacité et d’intégrité. Les moyens de dérivation variable créent des conditions optimisées à la fois pour maximiser l’efficacité de la séparation et protéger le dispositif de séparation d’un liquide et d’un gaz selon l’invention (cela forme un système de by-pass dynamique en fonction de la charge).
[0040] Une telle structure permet de maximiser l'efficacité de chacune des quatre principales techniques de séparation d’un liquide d’un gaz : centrifugation, coalescence, changements de vitesse et changements de direction afin, notamment, de capturer les plus fines particules de liquide, et cela tout en augmentant la durée de vie de la chambre de séparation par coalescence du deuxième organe de séparation. D’autre part, une telle structure permet au dispositif de séparation selon l’invention de réaliser une autorégulation dynamique. [0041] L'invention trouve aussi son application à des appareils autres que frigorifiques ou thermodynamiques, tels que notamment mais non exclusivement des séparateurs de condensais ou encore des déshuileurs d'air comprimé.
[0042] Bien entendu, il est possible d’apporter à l’invention de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de celle-ci.
Claims
1. Dispositif de séparation (1 ;100;200) d’un liquide (L) et d’un gaz (G), notamment au sein d’un circuit thermodynamique, comprenant une entrée (11 ) d’un mélange formé du liquide (L) et du gaz (G) à séparer, d’une zone de recueillement (14) du liquide séparé, de moyens d’évacuation (12) du gaz séparé, un flux de circulation s’établissant lors d’un fonctionnement entre l’entrée et les moyens d’évacuation, et un ensemble de séparation (20,30,40) comprenant un premier organe de séparation (20) et un deuxième organe de séparation (40) monté en série dans le flux de circulation avec le premier organe de séparation, caractérisé en ce que le deuxième organe de séparation est monté mobile au moins à translation avec le premier organe de séparation.
2. Dispositif de séparation selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le premier organe de séparation comporte des moyens de centrifugation hélicoïdale et des moyens de filtration par coalescence agencés de sorte à permettre une centrifugation et une filtration simultanée du flux de circulation.
3. Dispositif de séparation selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le deuxième organe de séparation est une chambre de filtration par coalescence.
4. Dispositif de séparation selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chambre de coalescence comporte un filtre multicouche (42,44).
5. Dispositif de séparation selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’un tunnel de régulation dynamique (30) est interposé entre les premier et deuxième organes de séparation.
6. Dispositif de séparation selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tunnel de régulation dynamique comporte des moyens de lissage d’un débit massique et de canalisation du flux de circulation (301 ,302,303).
7. Dispositif de séparation selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de dérivation variable (35;410) d’une partie du flux de circulation traversant le deuxième organe de séparation.
8. Dispositif de séparation selon l’une des revendications 5 à 6 et la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de dérivation variable comportent au moins une ouverture de décharge (35) ménagée dans une paroi latérale du tunnel de régulation dynamique.
9. Dispositif de séparation selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de dérivation variable comprennent en outre un dispositif de fermeture (431 ) de toute ou partie de la au moins une ouverture de décharge.
10. Dispositif de séparation selon la revendication 9 caractérisé en ce que le dispositif de fermeture est montée sur le deuxième organe de séparation.
11. Dispositif de séparation selon l’une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un déflecteur de flux (31 ) s’étendant en regard et à distance de l’ouverture de décharge.
12. Dispositif de séparation selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de dérivation variable comportent une ouverture de décharge (410) ménagée dans une paroi de fond (41 ) du second organe de séparation.
13. Dispositif de séparation selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de dérivation variable comprennent en outre un dispositif de fermeture (60,61 ,611 ,612) de toute ou partie de l’ouverture de décharge.
14. Dispositif de séparation selon l’une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que, le deuxième organe de séparation étant mobile entre une position de repos ou de faible charge et une position de pleine charge, le dispositif de séparation comprend des moyens de rappel (21 , 211 ,22, 221 ;23, 62, 610) du
deuxième organe de séparation vers sa position de repos ou de faible charge.
15. Dispositif de séparation selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens de rappel comportent au moins un ressort (21 ,22;23).
16. Dispositif de séparation selon l’une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le deuxième organe de séparation comporte un orifice d’évacuation calibré (410) du liquide séparé.
17. Dispositif de séparation selon la revendication 16, caractérisé en ce que l’orifice d’évacuation comporte une vanne de décolmatage.
18. Dispositif de séparation selon la revendication 12 et la revendication 16, caractérisé en ce que l’orifice d’évacuation calibré forme l’ouverture de décharge.
19. Dispositif de séparation selon l’une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce qu’il (200) comporte deux ou plus ensembles de séparation (20,30,40) montés en parallèle les uns par rapport aux autres dans le flux de circulation.
20. Appareil thermodynamique comportant un compresseur caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de séparation selon l’une des revendications 1 à 19 monté en aval du compresseur.
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