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" Perfectionnements à la refrigeration ". ------
La présente invention concerne un perfectionnement à la réfrigération et concerne plus particulièrement la structure et le procédé de fabrication de plaques froides. La présente invention procure une plaque froide renfermant un serpentin qui présente un certain nombre de longueurs de tubage rectangulaire et des connecteurs tubulaires préfaçonnés, fixés aux extrémités adjacentes de longueurs adjacentes de tubage rectangulaire, et une plaque entourant le serpentin ainsi formé, cette plaque renfermant des pièces de paroi jointes hermétiquement l'une à l'autre autour de leurs bords, chacune de ces pièces de paroi butant contre la surface plane d'un côté du serpentin.
La présente invention procure également une plaque froide renfermant un serpentin et une plaque ebtourant le serpentin, cette plaque renfermant des pièces de paroi latérales fixées hermétiquement ensemble autour de leurs bords, chaque pièce butant contre un c8té du serpentin, le serpentin comportant des organes de connexion d'entrée et de sortie destinés à (permettre la circulation d'un réfrigérant volatil, et un liquide ayant une pression de vapeur à l'intérieur de la plaque, dans l'espace entourant le serpentin, en volume suffisant pour provoquer la formation de pellicules entre les surfaces opposées du serpentin et les parois latérales de la plaque, et des moyens pour maintenir une différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la plaque,
d'amplitude suffisante pour maintenir les parois latérales de la plaque pressées solidement contre le serpentin, avec une pellicule transmettant la température entre les surfaces opposées.
La présente invention procure en outre une méthode pour former un serpentin pour les évaporateurs et les organes analogues qui comprend l'emploi de plusieurs tubes rectilignes et rectangulaires d'une manière générale, le préfaçonnage de connecteurs tubulaires d'un diamètre qui n'est pas plus grand que la distance entre les parois opposées du tubage rectangu- laire et avec les extrémités ouvertes adjacentes se terminant dans un plan commun, et la fixation des extrémités de ces connecteurs à des extrémités adjacentes de longueurs adjacentes du tubage rectangulaire.
Un but de l'invention est de fournir une plaque froide perfectionnée pour des réfrigérateurs et des organes analogues.
Un autre but est de fournir un procédé perfectionné pour fabriquer des plaques froides et maintenir une relation adéquate de transmission de chaleur entre les serpentins et les parois latérales de la plaque.
Un autre but est de fournir un procédé perfectionné pour augmenter la surface de transmission de chaleur de la pellicu-
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le entre les parois de-!la plaque et le serpentin.
Un autre but est de fournir une plaque perfectionnée dans laquelle un volume variable de liquide est employé à l'intérieur de la plaque pour fournir un facteur de conservation ou une meilleure transmission de chaleur ou les deux à la fois.
D'autres buts apparaitront de temps en temps au cours de la description et des revendications.
On a représenté l'invention plus ou moins schémétique ment aux dessins annexés dans lesquels:
La fig. 1 est une vue de c8té avec des parties en contour schématique seulement et des parties enlevées par brisures.
La fig. 2 est une coupe à une échelle agrandie par la ligne 2 - 2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe de détail à une échelle encore plus grande.
La fig. 4 est une coupe par la ligne 4 - 4 de la fig. 3.
La fig. 5 est une coupe de détail par la ligne 5 - 5 de la fig. 2.
La fig. 6 est une coupe semblable à la fig. 2, montrant une proportion différente ou un volume différent de liquide à l'intérieur de la plaque.
Les mêmes pièces sont désignées par les mêmes symboles dans toute la description et sur les dessins.
Un a représenté au dessin par A d'une manière générale une plaque froide renfermant un serpentin en circuit avec un mécanisme de réfrigération mécanique. Le mécanisme de réfrigération mécanique est représenté schématiquement en B. Il renferme une base 1, un compresseur approprié quelconque 2 actionné par un moteur 3 au moyen de la courroie 4.5 indique schémétiquement un serpentin condenseur approprié quelconque et 6 est un collecteur approprié quelconque. est un conduit à haute pression allant du collecteur vers une soupape de détente appropriée représentée schématiquement en 8. 9 est un conduit de fourniture du refrigérant partant de la soupape de détente 8 et destiné à fournir le refrigérant liquide, pour l'évaporation à la construction d'évaporateur décrite ci-après.
10 est un conduit de retour à basse pression destiné à ramener au compresseur le refrigérant évaporé. Pour ce qui concerne plus particulièrement la plaque froide qui est comprise dans le cycle mentionné ci-dessus, on emploie un serpentin qui renferme un certain nombre de longueurs de tuyau 15 rectangulaires et de préférence rectiligne. Ces longueurs de tuyau peuvent avantageusement être assemblées en groupes de même longueur.
Deux groupes de ce genre sont représentés à la fig. 1 et forment un serpentin supérieur C et un serpentin inférieur D.
L'emploi de tuyaux rectangulaires fournit un serpentin ayant des faces plates délimitées par des plans parallèles. Cette disposition est idéale pour l'emploi dans des plaques froides.
Un emploie par exemple à la fig. 2 une plaque ayant des parois parallèles 16 et 17 qui sont fixées ensemble hermétiquement à leurs bords, par exemple par l'emploi sur une des plaques,,de rebords 18, qui sont soudés ou fixés autrement en 19 à la paroi opposée. Le serpentin, formé des longueurs de tuyau rectangulaires 15, bute par conséquent contre les faces internes des parois 16 et 17 avec une superficie maximum de contact intime. Lorsqu'on forme les serpentins de section transversale rectangulaire, il n'est pas avantageux de replier les tubes. On a antérieurement coupé à longueur des tubes rectilignes rectangulaires et on a coupé à onglets les extrémités et soudé des organes connecteurs en tubes rectilignes
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rectangulaires.
On a trouvé avantageux d'employer à la place de ceci des connecteurs ou coupleurs préfaçonnés qui peuvent être formés par cintrage ou autrement à partir de tubes qui ne sont pas rectangulaires en coupe transversale. en a représenté par exemple aux fig. 3 et 4 les connecteurs 20 qui peuvent être formés par cintrage ou autrement à partir d'un tube ayant en général une section transversale circulaire, chacun de ces connecteurs se terminant à chaque extrémité dans un plan commun unique, comme en 21 et 22. Un semblable connecteur peut être facilement soudé comme en 23 à l'extrémité adjacente d'une paire de tubes rectilignes rectangulaires 15 adjacente. S'il y a du métal en excès on peut l'enlever à la meule ou bien l'égaliser autrement ;pour fournir une surface lisse, comme on l'a représenté à la fig. 4.
Le diamètre du connecteur 20 est de préférence le même que le diamètre des tubes 15 pour procu" rer un contact maximum avec lesfaces intérieures des parois 16 et 17.
Dans la plaque particulière représentée à la fige 1, on a montré un connecteur 24 comportant un nipple 25 pour recevoir l'extrémité de l'entrée 9 du refrigérant ou d'un coude ou d'un organe de connexion appliqué à celle-ci. Une branche du connec- teur 24 s'étend vers le serpentin C et l'autre vers un passage ou conduit intermédiaire 26 qui s'étend vers le tube supérieur 15a du serpentin D. Une garniture ou un connecteur d'évacuation 27 est employé, dont une branche reçoit le conduit de sortie 28du serpentin C. Le nipple 30 est en communication avec une garniture appropriée et est destiné à relier celle-ci au conduit de retour 10 de la matière évaporée. On comprendra que n'importe quelle matière eutectique appropriée peut être placée dans l'espace à l'intérieur des parois 16 et 17.
On soumet également de préférence à un vide l'espace à l'intérieur de la plaque. 31 indique une garniture appropriée ou une botte de soupape par laquelle le fluide eutectique peut être admis dans l'espace entre les parois 16 et 17 par une entrée 32 commandée par un bouchon amovible 33. Après que le fluide eutectique a été introduit, on peut employer la garniture 31 comme moyens d'épuiser l'air de l'intérieur de la plaque pour fournir un vide partiel. La bille 34 sert de soupape de retenue contre l'entrée de l'air atmosphérique. 35 est une garniture d'évacuation appropriée pour évacuer le liquide eutectique de l'intérieur de la plaque.
On a représenté à la fig. 2 une forme de plaque dans laquelle l'intérieur est fortement rempli par un fluide eutectique, le niveau supérieur du fluide étant indiqué en X. On comprendra que le volume du fluide peut varier, mais on préfère remplir sensiblement l'intérieur de la plaque tout en laissant un espace adéquat pour recevoir la dilatation du fluide lorsqu' il se congèle. Le fluide ne sert pas seulement de fluide de retenue mais fournit 1'humidité nécessaire pour maintenir une pellicule de transmission de chaleur entre les faces latérales opposées extérieures des longueurs 15 du serpentin et les faces internes des parois latérales 16 et 17. Si le fluide est admis par le connecteur 31, il est libre de remplir l'intérieur de la plaque.
En vue de permettre au liquide de s'écouler dans l'espace entier à l'intérieur de la plaque on peut réduire légèrement le diamètre des parties incurvées 20, au moins localement. Il peut aussi être avantageux de prévoir une entrée supplémentaire, non représentée ici, pour aider le remplissage rapide de la plaque.
Dans la forme de la fig. 6 on emploie un volume beaucoup
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plus petit de fluide, représenté en Y. Le facteur de retenue, dans la forme de la fig. 6 est supprimé, mais suffisamment de liquide est envoyé à l'intérieur de la plaque pour fournir l'humidité nécessaire pour maintenir les pellicules de transmission de chaleur entre les faces opposées des longueurs 15 du serpentin et les parois 16 et 17.
Il est à remarquer que bien qu'on ait décrit et représenté un dispositif pratique et fonctionnant bien, de nombreux changement peuvent néanmoins être apportés aux dimensions, à la forme, au nombre et à la disposition des pièces sans qu'on s'écarte de l'essence de l'invention. La description et les dessins doivent par conséquent être pris dans un sens large, illustratif ou schématique, plutôt que comme une limi- tation à un exposé précis.
Par exemple on peut employer à 1*intéri.eur de la plaque froide un seul serpentin au lieu d'employer les deux serpentins qui sont représentés reliés en parallèle à la fig. 1. On peut également employer n'importe quels moyens appropriés pour espacer ou supporter les serpentins dans une plaque.
On a représenté par exemple à la fig, 1 les supports ou organes d'espacement 40 qui peuvent être employés sous n'importe quelles dimensions, formes, nombres et dispositions appropriés.
Une forme de réalisation appropriée et précieuse de la présente invention consiste en un serpentin contenant plusieurs tubes rectilignes de section transversale rectangulaire, les tubes étant reliés pour former un serpentin continu par des connecteurs préfaçonnés ou façonnés séparément, qui peuvent avantageusement avoir une section transversale intérieure non rectangulaire ou circulaire. On peut toutefois employer la présente méthode de fabrication pour des tubes d'une grande variété de longueurs, de forme et de section transversale.
L'emploi et le fonctionnement de la présente invention sont les suivants:
L'efficacité de la plaque représentée et revendiquée, dépend du caractère adéquat de la transmission de chaleur entre le serpentin à l'intérieur duquel le refrigérant est évaporé, et les parois opposées latérales 16 et 17 de la plaque. Suffisamment de fluide est introduit à l'intérieur de la plaque pour permettre la formation de pellicules. La surface occupée par les pellicules est augmentée par l'emploi de tubes carrés impliquant une augmentation notable de surface de transmission directe de la chaleur, en comparaison de constructions dans lesquelles des tubes ronds ou ovales sont employés.
Le liquide, tel qu'un eutectique, procure la matière nécessaire pour les pellicules, soitqu'un faible volume seulement soit introduit comme à la fig. 6, soit qu'un grand volume soit introduit, comme à la fig. 2. Dans la forme de la fig. 6, il peut être désirable d'agiter la plaque pour obtenir une répartition initiale du liquide, avant de faire le vide à l'intérieur de la plaque. Dans les deux formes de plaque, on fait à l'intérieur de celle-ci un vide suffisant pour Maintenir une pression atmosphérique sensible contre les parois latérales-de la plaque. La différence de pression peut varier fortement suivant la dimension de la surface totale de la plaque et l'épaisseur de la tôle employée pour les parois latérales de la plaque.
Elle peut, par exemple, varier dans les limites de 100 centimètres ou moins de vide à 50 centimètres ou plus de vide. L'effet de la poussée extérieure de l'atmosphère contre les parois latérales est de maintenir
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un contact très intime entre les faces internes des parois et les faces latérales opposées des tubes. Cette pression maintient une pellicule ayant des caractéristiques de transmission de chaleur aussi bonnes que celles du métal lui-même et beaucoup meilleures que les conditions de transmission de chaleur existant lorsque les métaux sont brasés, soudés à l'autogène ou à la soudure. La façon d'opérer est simple et s'exécute rapidement et aisément.
Le résultat est une plaque froide ayant des caractéristiques très efficaces de transmission de chaleur entre le refrigérant à l'intérieur du serpentin, et l'extérieur de la plaque.
REVENDICATIONS
1. Une plaque froide comprenant un serpentin qui présente un certain nombre de longueurs de tubage rectangulaire et des connecteurs tubulaires préfaçonnés fixés aux extrémités adjacentes de longueurs adjacentes du tubage rectangulaire, et une plaque entourant le serpentin ainsi formé, cette plaque renfermant des pièces de paroi fixée hermétiquement l'une à l'autre autour de leurs bords, chaque pièce de paroi butant contre la surface plane d'un côté du serpentin.
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"Improvements to refrigeration". ------
The present invention relates to an improvement in refrigeration and more particularly relates to the structure and method of manufacturing cold plates. The present invention provides a cold plate enclosing a coil which has a number of lengths of rectangular tubing and pre-shaped tubular connectors attached to adjacent ends of adjacent lengths of rectangular tubing, and a plate surrounding the coil thus formed, which plate encloses wall pieces sealed to each other around their edges, each of these wall pieces abutting the flat surface on one side of the coil.
The present invention also provides a cold plate enclosing a coil and a plate surrounding the coil, this plate enclosing side wall pieces sealed together around their edges, each piece abutting one side of the coil, the coil comprising connection members. inlet and outlet intended to (allow the circulation of a volatile refrigerant, and a liquid having a vapor pressure inside the plate, in the space surrounding the coil, in sufficient volume to cause the formation of films between the opposing surfaces of the coil and the side walls of the plate, and means for maintaining a pressure difference between the inside and the outside of the plate,
of sufficient amplitude to keep the side walls of the plate pressed firmly against the coil, with a temperature transmitting film between the opposing surfaces.
The present invention further provides a method of forming a coil for evaporators and the like which comprises employing a plurality of straight and rectangular tubes in general, preforming tubular connectors of a diameter which is not. greater than the distance between opposing walls of the rectangular tubing and with adjacent open ends terminating in a common plane, and the attachment of the ends of these connectors to adjacent ends of adjacent lengths of the rectangular tubing.
An object of the invention is to provide an improved cold plate for refrigerators and the like.
Another object is to provide an improved process for fabricating cold plates and maintaining an adequate heat transmitting relationship between the coils and the side walls of the plate.
Another object is to provide an improved method for increasing the heat transmitting surface of the film.
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the between the walls of the plate and the coil.
Another object is to provide an improved plate in which a varying volume of liquid is employed within the plate to provide preservation factor or better heat transmission or both.
Other objects will appear from time to time in the course of the description and the claims.
The invention has been shown more or less schematically in the accompanying drawings in which:
Fig. 1 is a side view with parts in schematic outline only and parts broken away.
Fig. 2 is a section on an enlarged scale by the line 2 - 2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a detail section on an even larger scale.
Fig. 4 is a section taken along line 4 - 4 of FIG. 3.
Fig. 5 is a detail section taken on line 5 - 5 of FIG. 2.
Fig. 6 is a section similar to FIG. 2, showing different proportion or different volume of liquid inside the plate.
The same parts are designated by the same symbols throughout the description and in the drawings.
A has shown in the drawing by A in general a cold plate enclosing a coil in circuit with a mechanical refrigeration mechanism. The mechanical refrigeration mechanism is shown schematically at B. It includes a base 1, any suitable compressor 2 driven by a motor 3 by means of the belt 4.5 schematically indicates any suitable condensing coil and 6 is any suitable manifold. is a high pressure pipe going from the manifold to a suitable expansion valve shown schematically at 8. 9 is a refrigerant supply pipe from the expansion valve 8 and intended to supply the liquid refrigerant, for evaporation to the building evaporator described below.
10 is a low pressure return duct intended to return the evaporated refrigerant to the compressor. With particular reference to the cold plate which is included in the above-mentioned cycle, a coil is employed which contains a number of rectangular and preferably straight lengths of pipe. These lengths of pipe can advantageously be assembled into groups of the same length.
Two such groups are shown in FIG. 1 and form an upper coil C and a lower coil D.
The use of rectangular pipes provides a coil having flat faces bounded by parallel planes. This arrangement is ideal for use in cold plates.
One uses for example in FIG. 2 a plate having parallel walls 16 and 17 which are fixed together hermetically at their edges, for example by the use on one of the plates, of flanges 18, which are welded or otherwise fixed at 19 to the opposite wall. The coil, formed of the rectangular pipe lengths 15, therefore abuts against the internal faces of the walls 16 and 17 with a maximum area of intimate contact. When forming the coils of rectangular cross section, it is not advantageous to bend the tubes. Rectilinear rectangular tubes were previously cut to length and the ends were mitered and the connector members were welded in straight tubes.
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rectangular.
It has been found advantageous to employ instead of this pre-shaped connectors or couplers which may be formed by bending or otherwise from tubes which are not rectangular in cross section. has shown for example in FIGS. 3 and 4 the connectors 20 which may be formed by bending or otherwise from a tube having generally a circular cross section, each of these connectors terminating at each end in a single common plane, as at 21 and 22. A such a connector can be easily welded as at 23 to the adjacent end of an adjacent pair of rectangular straight tubes 15. If there is excess metal, it can be removed with a grinding wheel or else equalized; to provide a smooth surface, as shown in fig. 4.
The diameter of the connector 20 is preferably the same as the diameter of the tubes 15 to provide maximum contact with the interior faces of the walls 16 and 17.
In the particular plate shown in fig 1, there has been shown a connector 24 comprising a nipple 25 for receiving the end of the inlet 9 of the refrigerant or of an elbow or of a connection member applied to the latter. One branch of connector 24 extends to coil C and the other to an intermediate passage or conduit 26 which extends to upper tube 15a of coil D. A gasket or vent connector 27 is employed. one branch of which receives the outlet duct 28du coil C. The nipple 30 is in communication with a suitable gasket and is intended to connect the latter to the return duct 10 of the evaporated material. It will be appreciated that any suitable eutectic material can be placed in the space within walls 16 and 17.
The space inside the plate is also preferably subjected to a vacuum. 31 indicates a suitable packing or valve boot by which the eutectic fluid can be admitted into the space between the walls 16 and 17 by an inlet 32 controlled by a removable plug 33. After the eutectic fluid has been introduced, one can employing gasket 31 as a means of exhausting air from inside the plate to provide a partial vacuum. Ball 34 serves as a check valve against the entry of atmospheric air. 35 is a suitable discharge liner for discharging the eutectic liquid from the interior of the plate.
There is shown in FIG. 2 a form of plate in which the interior is strongly filled with a eutectic fluid, the upper level of the fluid being indicated at X. It will be understood that the volume of the fluid can vary, but it is preferred to substantially fill the interior of the plate while leaving adequate space to accommodate the expansion of the fluid as it freezes. The fluid not only serves as a retaining fluid but provides the moisture necessary to maintain a heat transfer film between the outer opposing side faces of the lengths 15 of the coil and the inner faces of the side walls 16 and 17. If the fluid is admitted by the connector 31, it is free to fill the inside of the plate.
In order to allow the liquid to flow into the entire space inside the plate, the diameter of the curved parts 20 may be reduced slightly, at least locally. It may also be advantageous to provide an additional inlet, not shown here, to aid rapid filling of the plate.
In the form of fig. 6 we use a lot of volume
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smaller fluid, shown in Y. The holdback factor, in the form of fig. 6 is deleted, but enough liquid is sent inside the plate to provide the humidity necessary to maintain the heat transmitting films between the opposing faces of the lengths 15 of the coil and the walls 16 and 17.
It should be noted that although a practical and well-functioning device has been described and shown, numerous changes can nevertheless be made to the dimensions, shape, number and arrangement of the parts without deviating from the essence of the invention. The description and drawings are therefore to be taken in a broad sense, illustrative or schematic, rather than as a limitation to a specific statement.
For example, a single coil can be used inside the cold plate instead of using the two coils which are shown connected in parallel in FIG. 1. Any suitable means may also be employed to space or support the coils in a plate.
For example, FIG. 1 shows the supports or spacers 40 which can be used in any suitable size, shape, number and arrangement.
A suitable and valuable embodiment of the present invention is a coil containing a plurality of rectilinear tubes of rectangular cross section, the tubes being connected to form a continuous coil by pre-shaped or separately shaped connectors, which may advantageously have an internal cross section not. rectangular or circular. However, the present method of manufacture can be used for tubes of a wide variety of lengths, shapes and cross-section.
The use and operation of the present invention are as follows:
The efficiency of the plate shown and claimed depends on the adequacy of the heat transmission between the coil inside which the refrigerant is evaporated, and the opposing side walls 16 and 17 of the plate. Sufficient fluid is introduced inside the plaque to allow film formation. The surface occupied by the films is increased by the use of square tubes involving a notable increase in the direct heat transmission surface area, compared to constructions in which round or oval tubes are employed.
The liquid, such as a eutectic, provides the necessary material for the films, either only a small volume is introduced as in fig. 6, or a large volume is introduced, as in FIG. 2. In the form of FIG. 6, it may be desirable to agitate the plate to achieve an initial distribution of the liquid, before evacuating the interior of the plate. In both forms of plate, sufficient vacuum is made therein to maintain substantial atmospheric pressure against the sidewalls of the plate. The pressure difference can vary greatly depending on the size of the total surface of the plate and the thickness of the sheet used for the side walls of the plate.
It can, for example, vary within the limits of 100 centimeters or less of void to 50 centimeters or more of void. The effect of the outward pressure of the atmosphere against the sidewalls is to maintain
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a very intimate contact between the internal faces of the walls and the opposite side faces of the tubes. This pressure maintains a film having heat transfer characteristics as good as the metal itself and much better than the heat transfer conditions existing when metals are brazed, autogenous or welded. The way to operate is simple and is done quickly and easily.
The result is a cold plate having very efficient heat transfer characteristics between the refrigerant inside the coil, and the outside of the plate.
CLAIMS
1. A cold plate comprising a coil which has a number of lengths of rectangular tubing and pre-formed tubular connectors attached to adjacent ends of adjacent lengths of rectangular tubing, and a plate surrounding the coil thus formed, this plate enclosing wall pieces. sealed to each other around their edges, each wall piece abutting the flat surface on one side of the coil.