CA1087409A

CA1087409A - Systeme d'echange thermique a fluide frigorigene

Info

Publication number: CA1087409A
Application number: CA283,453A
Authority: CA
Inventors: Jules Leveugle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-28
Filing date: 1977-07-25
Publication date: 1980-10-14
Also published as: IT1081617B; DE2733653A1; FR2360053A1; BE857155A; ES461057A1; FR2360053B1; CH615268A5

Abstract

: Un système d'échange thermique conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend, dans son circuit fermé, pour assurer le dégivrage de l'évaporateur par le fluide frigorigène liquide chaud, au moins en premier lieu un réservoir pour fluide frigorigène dit réservoir collecteur monté entre le condenseur et de détendeur, en deuxième lieu un robinet de dérivation, monté en parallèle avec le détendeur, reliant ledit réservoir à l'évaporateur, et en troisième lieu un robinet d'obturation monté entre la sortie de cet évaporateur et le compresseur.

Description

~L~87~

. .
La présente invention concerne un système d'échange ther- - ~
.. ... ~ .
mique à fluide frigorigène. - -Un système d'échange thermique à fluide frigorigène tel ; qu'une pompe à chaleur ou une machine frigori~ique comprend habituellement dans un circuit fermé un compresseur qui, aspi-rant ce fluide frigorigène sous forme gazeux venant d'un évapo-rateur, le comprime, le refoule dans un condenseur où le fluide se transforme en liquide et cède de la chaleur, puis dans ledit évaporateur où ledit fluide, en se détendant, reprend sa forme ., .
gazeuse, donne du froid, et retourne de nouveau au compresseur sous 1'aspiration de celui-ci pour recommencer un autre cycle.
En raison de sa basse température, l'évaporateur du sys-tème provoque fréquemment une condensation de l'humidité sur ; ~sa surface. L'humidité condensée se transforme en givre. Le givre accumulé constitue une résistance thermique qui contrarie ; l'échange thermique entre le fluide frigorigène dans l'évapora-teur et l'ambiance extérieure.
On a proposé divers procédés pour faire fondre periodi-quement le givre, soit en provoquant un réchauf~age de l'eva-., .
~ 20 porateur au moyen de résistance~ électriques soit en utilisant ; de l'air chaud pulsé sur celui-ci. Ces procédés ont l'inconvénient de nécessiter un apport d'énergie dont on ne récupère aucune , . .
~1 contrepartie.
`` Pour éviter cet inconvénient, on a proposé de faire cir-culer périodiquement dans l'évaporateur du fluide frigorigène ~;1 chaud, prélevé à la sortie du compresseur. Mais dans le cas des pompes à chaleur, un tel procédé diminue d'autant la quantité
:, .
de chaleur disponible sur le condenseur. Dans le cas des machines rigorifiques, on y trouve l'avantage que le refroidissement '.

87~g du condenseur s'en trouve facilité, mais on ne gagne rien sur la ~n-titéde froid disponible sur l'évaporateur.
On a également proposé de prélever du flùide frigorigène encore chaud a la sortie du condenseur, et de le renvoyer par une pompe dans l'évaporateur. Un tel procédé n'utilise pratiquement aucune chaleur utile puisque le fluide frigorigène est prélevé à la sortie du condenseur, mais il a l'inconvénient d'avoir besoin d'une pompe de circulation.
La présente invention, ayant pour but d'éviter 10. les inconvénients ci-dessus, permet de réaliser un système per-fectionné d'échange thermique à fluide frigorigène dans lequel le dégivrage de l'évaporateur est réalisé avec le fluide frigorigène liquide chaud, prëlevé en aval du condenseur mais sans recourir à une pompe de circulation.
Un systeme d'échange thermique, conforme à
l'invention, à fluide frigorigène, ayant dans un circuit fermé
` un compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur est caractérisé en ce qu'il comprend, dans son circuit fermé, :. :
pour assurer le dégivrage de llevaporateur par le fluide frigo-rigène liquide chaud, au moins, en premier lieu, un réservoir pour fluide frigorigène dit réservoir collecteur, monté entre le condenseur et le détendeur, en deuxième lieu, un robinet de dériva-tion, monté en parallèle avec le détendeur, reliant ledi-t réservoir à l'évaporateur, et en troisième lieu un robinet d'obturation, monté entre la sortie de cet évaporateur et le ;~
; compresseur.
Pour m~eux faire comprendre l'inven-tion, on décrit ci-apres un certain nombre d'exemples de réalisation, illus-tres

- 2 -~ 1 9s . ~
' ' ' ' ' ' ' ' ' ': . ' . , . '' ' . ' . ': ' 7~ g .
par des dessins ci-annexés dont :
la figure 1 représente une vue schématique d'un système d'échange thermique à fluide frigorigène, conforme à l'invention, la figure 2 représente une vue schématique d'une première variante de réalisation du système d'échange thermique à fluide - frigorigène de la figure 1, la figure 3 représente une vue schématique d'une deuxième variante de réalisation du système d'échange thermique à fluide - frigorigène de la figure 1, . 10 la figure 4 représente une vue schématique d'une troisième variante de réalisation du système d'échange thermique à fluide frigorigène de la figure 1, et ; ~ .
la figure 5 représente une vue schématique d'une quatrième : variante de réalisation du système d'écnange thermique à fluide . .~, .......................................... :
` frigorigène de la figure 1.
. ::
Un système d'échange thermique à fluide frigorigène, ` conforme à l'invention, illustré dans la figure 1, comprend, ; en un circuit fermé, un compresseur 1, un condenseur 2, un .

~ réservoir collecteur 4, un détendeur 5, un robinet de dériva-:~ 20 tion 6 monté en parallèle avec le detendeur 5, un évaporateur 7, et un robinet d'obturation 8.

En fonctionnement normal, un fluide rigorigène circule .~ dans le circuit du système, sous l'action du compresseur 1, le robinet de dérivation 6 étant fermé et le robinet d'obtu-, ~' ration 8 étant ouvert. Sous l'effet de la compression ef~ectuée par le compresseur 1, le fluide frigorigène se condense dans le .: condenseur 2 où il cède de la chaleur à l'atmosphère ambiante ~ ou à un autre fluide 22 qui enveloppe ce condenseur 2. Puis :, .

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.

~7~

.
le fluide frigorigène à l'état liquide entre dans le réservoir collecteur 4, traverse le détende~lr 5, et parvient à l'évapora- :
teur 7 où il se vaporise en absorbant de la chaleur de l'air.
Le fluide frigorigène à l'état de vapeur est ensuite aspiré par le compresseur qui le comprime de nouveau. Le fluide frigorigène recommence ainsi un autre cycle.
Au cours de ce fonctionnement du système, l'évaporateur 7 se couvre de givre. Quand l'épaisseur de ce dernier devient ~.. : ..
t i prohibitive on arrête, con~ormément à l'invention, le co~pres- ~.

~ 10 seur 1, on ferme le robinet d'obturation 8, puis on ouv.re le ~.

; robinet de dérivation 6. Le fluide frigorigène chaud à l'état . .,; , .
liquide se trouvant dans le réservoir collecteur 4 passe alors, . sous l'effet de la pression régnant dans ce réservoir, dans l'évaporateur 7 givré, lui cède de la chaleur et le dégivre.

~' Ce dégivrage accompli on rétablit le fonctionnement nor-. .
mal du système en ~ermant le robinet de dérivation 6, puis en .~ ouvrant le robinet d'obturation 8, et enfin en remettant en ~ route le compresseur 1. Un réservoir collecteur ~ disposé entre ~ i ~, ..... .. .
. le condenseur ~ et le détendeur 5~ un robinet de derivation 6 :.
20 monté en parallèle avec le détendeur 5 et un robinet d'obtura- ;:
tion 8 séparant l'évaporateur 7 du compresseur 1, permettent, ~elon l'invention, de mettre en oeuvre, dans le système d'échange thermique à fluide frigorigène, illustré dans la figure 1, un degivrage efficace de I'évaporateur 7 sans avoir besoin d'un apport exterieur de l'énergie au système, ni diminuer le ren-. dement calorifique de ce système. .
, Pour éviter une éventuelle entrée directe dans le com-presseur du fluide frigorigène à l'état liquide venant de l'evaporateur 7, une bouteille anticoup de liquide non repré- :`
:'` ' ' '' . 4 :.
: ' '~ ' ' ' ' .
.

374~
.:.
sentee dans la figure 1 es-t montée entre le compresseur 1 et le robinet d'obturation 8.
Dans une première variante de réalisation de l'invention illustrée dans la figure 2, le système d'échange thermique à
fluide frigorigène comprend d'une part~ comme celui de la fi- ~.
: gure 1, un compresseur 1, un condenseur 2, un réservoir collec-` teur 4, un détendeur 5 et son robinet de dérivation 6, un évaporateur 7, un robinet d'obturation 8, une bouteille anti ~.
coup de liquide 9, et d'autre part une vanne à pression cons-. 10 tante 3 montée en~re le condenseur ~ et le réservoir 4, cette vanne permettant le maintien d'une pression choisie dans le condenseur 2. ;~
. Dans une deuxième variante de réalisation de l'invenkion : illustrée dans la figure 3, le système d'échange thermique à
,.
fluide frigorigène comprend, en plus des éléments illustrés dans la figure 2, un second réservoir 10 dit réservoir de dégivrage don-t le point haut 11 est relié par une conduite 12 :
à la sortie de l'évaporateur 7, laquelle est également le point haut 13 de cet évaporateur 7, et le point bas 1~ relié à l'en-trée de l'évaporateur 7 laquelle est également le point bas 15 dudit évaporateur, par une conduite 16 portant un clapet anti-retour 17 permettant le passage du ~luide frigorigène dans le . .
sens réservoir 10 évaporateur 7, mais non dans le sens contraire, . .
et dont la forme et la position sont telles que le point bas 1~ du réservoir 10 soit situé au-dessus du point bas 15 de l'évaporateur 7 de fac~on que le liquide qu'il contient éventuel-lement puisse s'écouler dans l'évaporateur 7 sous l'effet de La gravité et que le point haut 11 du réservoir 10 soit situé

, ~- ~87`~

: en-dessous du point haut 13 de l'évaporateur 7 de fac~on que ce : dernier ne puisse pas être complètement rempli par le fluide provenant du réservoir 10. :
; Au cours de l'opération de dégivrage de l'évaporateur 7, . . .. .
conduite de la meme façon que celle décrite précédemment, c'est-. à-dire par arrêt du compresseur 1, puis fermeture du robinet 8, .
puis ouverture du robinet 6, le fluide frigorigène liquide .:~
: chaud venant du réservoir collecteur 4 par le robinet de déri- ;
vation 6 passe dans l'évaporateur 7 givré, le dégivre et entre ~ 10 ensuite dans le réservoir de dégivrage 10 par la conduite 12.
:~ Le dégivrage accompli, on ferme le robinet 6, puis on .
ouvre le robinet 8 et enfin on remet en marche le compresseur ..
1. Le fluide frigorigène liquide contenu dans le réservoir de : dégivrage 10 s'écoule par la conduite 16 à travers le clapet :
. 17 dans l'évaporateur 7 où il s'évapore de la même manière que ; le fluide ~rigorigène liquide qui arrive par le détendeur 5 Une partie du fluide liquide peut également s'évaporer directe- :
ment du réservoir 10 et passer, par la conduite 12, le robinet .:
8 et la bouteille 9, dans le compresseur 1. :
Dans une txoisième variante de réalisat.ion de l'invention ~.
représentée schémati~uement dans la figure 4, le système com-. prend, en plus des éléments de la figure 2, une conduite 18 ,~ reliant le point haut du réservoir 4 à la sortie de l'évapora-.~l teur 7, en amont du robinet 8, cette sortie étant egalement :l le point haut de cet évaporateur 7, la conduite 18 portant ~.
I elle-meme un robinet 19 dit robinet de ~égivrage. De plus, - -. l'entrée de l'évaporateur 7 laquelle est également le point bas de ce dernier est située au-dessus du réservoir collecteur . -4. Dans un tel système, l'opération de dégivrage de l'évapora- .
. . .
',. ' .: ':.

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.

teur 7 peut-être conduite de diverses ~açons. Selon un premier exemple de dégivrage, le compresseur 1 est arrêté, le robinet 8 est alors fermé puis le robinet 6 est ouvert pour laisser passer du fluide frigorigène liquide chaud qui, venant du réser-voir collecteur 4, sous l'effet de la pression régnant dans ce dernier, vient remplir l'évaporateur 7 où ledit rluide cède de la chaleur et le dégivre. Le dégivrage accompli, on ouvre le :~ .
robinet 19, les pressions dans l'évaporateur 7 et le réservoir ` collecteur 4 ~'égalisent. Le fluide liquide contenu dans l'éva-~: 10 porateur 7 s'écoule alors dans le résexvoir collecteur 4 sous l'effet de la pesanteur. On revient au fonctionnement normal du système en fermant les robinets 6 et 19 puis en ouvrant le ~;~ robinet 8, et enfin en remettant en route le compresseur 1.
.. . .
Selon un autre exemple de dégivrage, le compresseur 1 est arrêté, ensuite le robinet 8 est fermé, puis le robinet 19 est ouvert. Quand les pressions dans l'évaporateur 7 et dans le réservoir collecteur 4 sont égalisées, on ouvre le robinet 6.
. ,~ ,.
Le liquide présent dans l'évaporateur 7 s'écoule alors dans le réservoir collecteur 4 tandis que, d'après le principe de la 20 paroi ~roide, la vapeur émise par le ~luide liquide présent j dans le réservoir collecteur 4 va se condenser dans l'évapora-teur, le fluide ~rigorigène ainsi ~ormé s'écoule également dans le réservoir collecteur 4. On revient all fonctionnement normal du système en fermant les robinets 6 et 19, puis en ouvrant le robinet 8,`puis en remettant en route le compresseur 1.
Dans une quatrième variante de réalisation de l'invention, représentée schématiquement dans la figllre 5, le système comprend, en plus des éléments représentés dans la figure 1, une bouteille :, .
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. ~ .
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anticoup de liquide 9 montée entxe le robinet 8 et la sortie de l'évaporateur 7 et une conduite 20 portant un robinet 21 dit robinet de retour reliant le point bas de la bouteille 9 au point haut du réservoir collecteur 4, le point bas de la bouteille 9 étant situé au-dessus du réservoir 4.
Au cours d'une opération de dégivrage, le compresseur 1 est arrête, le robinet 8 est fermé, puis le robinet 6 est ouvert.
L'évaporateur 7 puis la bouteille 9 se remplissent de fluide frigorigène liquide venant du réservoir 4 sous l'effet de la 10 pression régnant dans ce dernier. Le dégivrage e~fectué, on ;~
ouvre le robinet 21, le fluide frigorigène liquide contenu ~ans la bouteille 9 s'écoule dans le réservoir collecteur 4 ; il en est de m~me pour le 1uide rigorigène liquide contenu dans l'évaporateur 7 si le point bas de celui-ci est situé au-dessus du réservoir 4.
On ferme le robinet de dérivation 6 et le robinet de retour 21 puis on ouvre le robinet 8 et enfin on remet en route le compresseur 1, pour revenir au ~onctionnement normal du système.
Il est entendu que, dans les systèmes représentés dans ;
les figures 1 à 5, le volume du réservoir collecteur 4, le volume de l'évaporateur 7 et eventuellement le vol-~e de la bouteille 9 anticoup de liquide et la quantité de 1uide fri~
. ~ .
gorigène contenu dans ces systèmes sont déterminés, mutuelle-ment, d'une manière habituelle pour obtenix un dégivrage com-plet de cet évaporateur pour des durées choisies de fonctionne-ment normal du système et de dégivrage de son évaporateur.
.
.
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. :

Claims

Les réalisations de l'invention au sujet des-quelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué sont définies comme il suit:

1. Système d'échange thermique à fluide fri-gorigène ayant dans un circuit fermé un compresseur, un conden-seur, un détendeur et un évaporateur, caractérisé en ce qu'il comprend, dans son circuit fermé, pour assurer le dégivrage de l'évaporateur par le fluide frigorigène liquide chaud, au moins, en premier lieu, un réservoir pour fluide frigorigène dit réser-voir collecteur, monté entre le condenseur et le détendeur, en deuxième lieu un robinet de dérivation, monte en parallèle avec le détendeur,reliant ledit réservoir à l'évaporateur, et en troisième lieu un robinet d'obturation monté entre la sortie de cet évaporateur et le compresseur.

2. Système d'échange thermique à fluide fri-gorigène selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend, dans ce circuit fermé, deux éléments en série, à savoir, un réservoir pour fluide frigorigène dit réservoir de dégivrage, ledit réservoir ayant un point haut et un point bas, et un clapet anti-retour, monté en dérivation sur l'évaporateur, avec d'une part le point haut du réservoir de dégivrage relié à la sortie de l'évaporateur et se trouvant à un niveau inférieur à celui du point haut de l'évaporateur constitué par ladite sortie de cet évaporateur et d'autre part, le point bas du réservoir de dégivrage se trouvant au-dessus du point bas de l'évaporateur, et relié à ce point bas de l'évaporateur, constitué par l'entrée de ce dernier, à travers le clapet antiretour qui laisse, au fluide frigorigène, le passage dans le sens réservoir de dégivrage-évaporateur.

3. Système d'échange thermique à fluide frigori-gène selon la revendication 1 caractérise en ce qu'il comprend, dans ce circuit fermé, un robinet dit robinet de dégivrage, monté
entre la sortie de l'évaporateur, en amont du robinet d'obturation, et le point haut du réservoir collecteur.

4. Système d'échange thermique à fluide frigo-rigène selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend, dans ce circuit fermé, d'une part une bouteille anticoup de li-quide, montée entre la sortie de l'évaporateur et le robinet de retour monté entre le point bas de cette bouteille anticoup de liquide et le point haut du réservoir collecteur.

5. Système selon la revendication 2, 3 ou 4 formant un circuit ferme, dans lequel une bouteille anticoup de liquide est montée entre le compresseur et le robinet d'obturation, caractérisé en ce que ce système comprend, dans son circuit fermé, une vanne montée entre le condenseur et le réservoir collecteur permettant le maintien d'une pression choisie dans le condenseur.