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Perfectionnements apportés aux systèmes de réfrigération.
La présente invention concerne des systèmes de réfri- gération et se rapporte notamment à des systèmes dans lesquels on emploie un circuit réfrigérant secondaire ou auxiliaire pour refroidir directement les parois d'une armoire frigorifique, par exemple.
Dans des systèmes auxiliaires de ce genre, où un con- denseur est en contact thermique direct ou indirect avec une source de froid, tel que l'évaporateur primaire ou principal de l'appareil frigorifique, et où un évaporateur est en con-
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tact thermique direct ou indirect avec l'espace réfrigéré, il est d'usage de déterminer une circulation fermée et uni- directionnelle par gravité de l'agent frigorigène auxiliaire dans le système, en disposant le condenseur secondaire à un niveau plus élevé que l'évaporateur secondaire.
Plus spécialement, on maintient, dans la partie d'ab- sorption de chaleur du système, c'est-à-dire dans l'évapora- teur secondaire, une circulation de l'agent frigorigène par la différence de densité entre le liquide dans la branche descendante d'une part et la vapeur ou le mélange de vapeur et de liquide dans la branche ou les branches montantes d'autre part, le type de circulation étant déterminé par des détails concernant les dimensions et la forme de l'évppora- teur. Ainsi, dans les évaporateurs du type à débordement total ("fully flooded"), le frigorigène en ébullition est contenu dans des conduits à section de passage relativement élevée.
La vapeur se forme sur les parois d'échange des conduits et s'élève à travers le liquide jusqu'à la surface sous la forme de petites bulles, d'où elle s'échappe dans le condenseur, est liquéfiée et retourne à l'évaporateur.
Dans les évaporateurs de ce type, le transport de chaleur entre la surface d'échange et le liquide stagnant est peu intense et un fonctionnement satisfaisant est rarement pos- sible sans l'emploi d'agents promoteurs d'ébullition, et ana- logues. Vu l'emploi de tubes relativement larges, de tels évaporateurs sont incommodes et coûteux pour certaines ap- plications, par exemple le refroidissement de la garniture intérieure d'une armoire frigorifique domestique.
D'autre part, dans un évaporateur du type à remise en circulation, les tuyaux d'échange sont à faible section, afin d'empêcher autant que possible la montée de bulles de vapeur
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à travers le liquide et à prpvoquer une élévation du liquide par le gaz, c'est à dire par la vapeur, jusqu'au niveau su- périeur qui est celui du condenseur, d'où le liquide retourne à l'évaporateur à travers un tube calorifugé d'arrivée de liquide de faible longueur, de préférence vertical.
Cet évaporateur fonctionne comme un tube en "U" dont une branche est droite et courte et sert à ramener le liquide condensé vers le fond de l'autre branche, tandis que l'autre branche, ou branche montante, constitue l'évaporateur pro- prement dit èt présente la forme et les dimensions requises pour absorber la quantité de chaleur pour laquelle elle a été prévue à la température de service,.ainsi que pour assu- rer une circulation satisfaisante par entrainement par le gaz, Comme on le sait, cee deux conditions ne sont pas tou- jours compatibles.
Suivant les dimensions du système secondaire et la chute de température lors du transport de chaleur à travers celui-ci, le section de passage du tube d'évaporateur et sa forme, par exemple son angle d'élévation, le degré de cour- bure, etc.., doivent être soigneusement choisis pour assurer, notamment lors de la mise en marche, une circulation satis- faisante exempte d'obstructions gazeuses, une circulation qui ne risquerait pas de se désamorcer et de devenir du type à débordement avant que l'on n'ait atteint la plus faible chu- te de température sous laquelle la machine peut fonctionner.
Dans la pratique, la forme proprement dite de l'es- pace réfrigéré, déterminée par exemple par la caisse intérieu- re de l'armoire frigorifique domestique, et la répartition directe des tubes réfrigérants, .sur la surface de cette caisse en vue d'une réfrigération uniforme, ainsi que la superficie que doit présenter la surface réfrigérante afin d'assurer la différence de température voulue, peuvent ne pas correspondre aux meilleures conditions de circulation.
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On est donc obligé d'atteindre un compromis entre les deux exigences contradictoires, à savoir l'échange thermique et la circulation, ce qui a pour résultat que les deux proces- sus n'ont pas lieu dans des conditions de meilleur rendement.
Pour éviter ces difficultés, la présente invention prévoit un évaporateur à circulation par gravité, sans entrainement par le gaz, évaporateur qui est sensiblement exempt de tou- tes les limitations au point de vue de la construction qui s'imposent dans le procédé à entraînement par le gaz, et qui n'est pas sujet aux obstructions gazeuses ou à un arrêt de circulation aux faibles différences de température.
D'une façon générale, c'est à dire dans le cas d'évapora- teurs primaires du type dit à expansion sèche, il est connu de faire circuler le frigorigène à travers l'évaporateur de haut en bas, cette méthode ayaht l'avantage d'un fonctionne- ment régulier et d'une répartition de température plus uni- forme que dans la méthode opposée consistant à faire évapo- rer le frigorigène de bas en haut.
Selon l'invention, la méthode d'évaporation descendante sera désormais appliquée dans les systèmes secondaires.
L'invention est représentée dans le dessin' annexé, lequel consiste en une vue perspective prise depuis l'arrière, avec certaines parties découpées, d'un frigorifique domestique com- portant le système secondaire selon l'invention.
Le frigorifique comporte l'enveloppe extérieure 11 et la caisse intérieure 12, qui constitue le compartiment à ali- ments, l'espace entre l'enveloppe et clés parois de la chambre étant remplis de calorifuge, comme indiqué en 14. Le groupe moto-compresseur 15, hermétiquement enfermé et monté dans le fond de l'armoire, refoule le frigorigène-vapeur vers le con- denseur 16, où il est condensé avant de passer par le tube
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capillaire 17 vers l'évaporateur 18 représenté sous la forme d'un serpentin 19 et d'un bac d'évaporateur 20.
Le frigorigène retourne vers le côté aspiration du compresseur depuis le collecteur 13, par le tube 21, en rapport d'échange thermi- que avec le tube capillaire 17.Ce circuit constitue le cir- cuit primaire habituel d'un ,frigorifique et comporte les dis- positifs de commande et de réglage habituels, tels que ther- mostats, interrupteurs de surcharge, etc...
Le système secondaire comprend l'évaporateur 30 cons- titué par un tube ayant un diamètre, de dimensions ou une forme convenables quelconques en vue d'un refroidissement efficace de la chambre de réfrigération. Ce système est représenté comme enveloppant la caisse 12, mais est de pré- férence disposé de façon que le gradient moyen de descente soit uniforme dans tout l'évaporateur. L'évaporateur est relié à un condenseur 31 de type ou de forme convenables quelconques, et qui est en contact thermique avec le baE 20 de l'évaporateur primaire 18. L'évaporateur 30 est en ou- tre relié à un séparateurliquide vapeur 32 qui communique avec le condenseur par un tube de retour de vapeur 33.
La charge totale de frigorigène secondaire est tel- le que tout le liquide peut être contenu dans le séparateur 32, sans désamorcer l'évaporateur et le tube de retour de vapeur 33.
Le système selon l'invention fonctionne comme suit:
En supposant que la totalité du frigorigène-liquide se trouve dans le séparateur liquide/Vapeur 32, et lorsque le circuit primaire commence à fonctionner, le bac 20 de l'évaporateur primaire 18 refroidit en premier lieu les pa- rois du condenseur secondaire 31, de sorte qu'une condensa- tion du frigorigène-vapeur secondaire a lieu dans celui-ci, avec abaissement de la pression dans le système. Le frigori-
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gène distille désormais du séparateur 32 vers le condenseur secondaire 31, cependant que le condensat s'écoule de ce der- nier par le tube 34 vers l'évaporateur secondaire 30, où il est évaporé à nouveau, la vapeur s'échappant par le tube de retour de vapeur 33, pour revenir vers le condenseur 31.
Pour autant que le séparateur 32 absorbe de la chaleur, il évaporera à la longue son liquide vers le système circulatoire, jusqu'à ce qu'il s'établisse un équilibre entre la quantité qui s'évapore et la quantité qui retourne sous forme de liquide depuis l'é- vaporateur secondaire. Il va de soi que cette dernière quan- tité correspond à la vitesse d'absorption de (haleur par le sé- parateur liquide/vapeur. Les tubes reliant l'évaporateur se- condaire 30 au séparateur 32 fonctionnent conjointement, avec le tube de râtour de vapeur 33, comme un tube en "U", dont le premier élément contient de la vapeur et du liquide, et le dernier uniquement de la vapeur, ce qui assure la circulation nécessaire par gravité dans le système.
On remarquera que le tube de retour de vapeur n'est pas soumis aux conditions res- trictives que doit remplir le tube correspondant (d'arrivée de liquide) dans les autres systèmes, lequel doit être droit, court et ne pas absorber de chaleur. De plus, la hauteur du condenseur entre l'entrée et la sortie est sans importance et pas n'a/pour effet d'augmenter d'unefaçon appréciable la pression d'entraînement par le gaz, comme c'est le cas dans les autres systèmes.
L'évaporateur peut présenter n'importe quelle forme convenable, mais il est préférable d'éviter des parties mon- tantes dans la direction d'écoulement. La section de passage est sans importance dans des limites raisonnables. Elle ne doit pas être assez réduite pour que la résistance frictionnelle, combinée avec l'accélération, provoque une accumulation du li- quide dans le condenseur dans une mesure indésirable.
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Le séparateur liquide/vapeur 32 doit absorber une certaine quantité de chaleur depuis l'espace réfrigéré. Plus la proportion de chaleur absorbée par ce séparateur sera éle- vée comparativement à la quantité absorbée par l'évaporateur 30, plus rapidement l'évaporateur s'en trouvera complètement mouillé après la mise en marche, et plus humide sera la circulation à travers celui-ci.
Le séparateur 32 peut avoir la forme d'un vase de forme et de dimensions quelconques ou peut consister en un ou plusieurs tubes interconnectés. De même, le condenseur peut être d'un quelconque des types bien connus.
Au besoin, un réglage thermoplastique ou manométri- que indépendant peut être incorporé dans le système secondaire, REVENDICATIONS.
1.- Système de réfrigération comprenant un circuit secondaire condenseur-évaporateur, le condenseur secondaire étant en con- tact thermique avec l'évaporateur primaire, caractérisé en ce que la circulation de l'agent frigorigène dans l'évapora- teur secondaire s'effectue de haut en bas.
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Improvements made to refrigeration systems.
The present invention relates to refrigeration systems and relates in particular to systems in which a secondary or auxiliary refrigerant circuit is employed to directly cool the walls of a refrigeration cabinet, for example.
In such auxiliary systems, where a condenser is in direct or indirect thermal contact with a cold source, such as the primary or main evaporator of the refrigeration appliance, and where an evaporator is in condenser.
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Direct or indirect thermal tact with the refrigerated space, it is customary to determine a closed and one-way gravity circulation of the auxiliary refrigerant in the system, placing the secondary condenser at a higher level than the secondary evaporator.
More especially, in the heat absorption part of the system, that is to say in the secondary evaporator, a circulation of the refrigerant is maintained by the difference in density between the liquid in the system. the descending branch on the one hand and the vapor or the mixture of vapor and liquid in the branch or the rising branches on the other hand, the type of circulation being determined by details concerning the dimensions and the shape of the evaporator. tor. Thus, in evaporators of the fully flooded type, the boiling refrigerant is contained in conduits with a relatively large passage section.
The vapor forms on the exchange walls of the ducts and rises through the liquid to the surface in the form of small bubbles, from where it escapes into the condenser, is liquefied and returns to the evaporator.
In evaporators of this type, the heat transport between the exchange surface and the stagnant liquid is not very intense and satisfactory operation is seldom possible without the use of boiling promoters, and the like. In view of the use of relatively wide tubes, such evaporators are inconvenient and expensive for certain applications, for example cooling the interior lining of a domestic refrigerating cabinet.
On the other hand, in an evaporator of the recirculation type, the exchange pipes are of small section, in order to prevent as much as possible the rise of vapor bubbles.
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through the liquid and causing the liquid to rise by the gas, that is to say by the vapor, up to the upper level which is that of the condenser, from where the liquid returns to the evaporator through a insulated liquid inlet pipe of short length, preferably vertical.
This evaporator functions as a "U" tube, one branch of which is straight and short and serves to bring the condensed liquid back to the bottom of the other branch, while the other branch, or rising branch, constitutes the pro- evaporator. previously said et has the shape and dimensions required to absorb the quantity of heat for which it was intended at the operating temperature, as well as to ensure a satisfactory circulation by entrainment by the gas, As is known, this two conditions are not always compatible.
Depending on the dimensions of the secondary system and the temperature drop during heat transport through it, the passage section of the evaporator tube and its shape, for example its angle of elevation, the degree of curvature, etc., must be carefully chosen to ensure, especially when starting up, a satisfactory circulation free from gaseous obstructions, a circulation which would not risk defusing and becoming of the overflow type before the the lowest temperature drop under which the machine can operate has not been reached.
In practice, the actual shape of the refrigerated space, determined for example by the internal case of the domestic refrigerating cabinet, and the direct distribution of the refrigerant tubes, on the surface of this case with a view to Uniform refrigeration, as well as the surface area that the cooling surface must have in order to ensure the desired temperature difference, may not correspond to the best circulation conditions.
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We are therefore obliged to reach a compromise between the two contradictory requirements, namely heat exchange and circulation, which has the result that the two processes do not take place under conditions of better efficiency.
To avoid these difficulties, the present invention provides a gravity circulation evaporator without gas entrainment, which evaporator is substantially free from all of the constructional limitations which arise in the gas entrainment process. gas, and which is not subject to gas obstructions or to stop circulation at small temperature differences.
In general, that is to say in the case of primary evaporators of the so-called dry expansion type, it is known to circulate the refrigerant through the evaporator from top to bottom, this method ayaht the benefit of smooth operation and more uniform temperature distribution than the opposite method of evaporating the refrigerant from the bottom up.
According to the invention, the descending evaporation method will henceforth be applied in secondary systems.
The invention is shown in the accompanying drawing, which consists of a perspective view taken from the rear, with certain parts cut away, of a domestic refrigeration unit comprising the secondary system according to the invention.
The refrigeration unit comprises the outer casing 11 and the inner casing 12, which constitutes the food compartment, the space between the casing and the walls of the chamber being filled with thermal insulation, as indicated at 14. The motor unit compressor 15, hermetically sealed and mounted in the back of the cabinet, delivers the refrigerant-vapor to condenser 16, where it is condensed before passing through the tube
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capillary 17 to evaporator 18 shown in the form of a coil 19 and an evaporator pan 20.
The refrigerant returns to the suction side of the compressor from the manifold 13, through the tube 21, in heat exchange ratio with the capillary tube 17. This circuit constitutes the usual primary circuit of a refrigerant and comprises the Usual control and adjustment devices, such as thermostats, overload switches, etc.
The secondary system comprises the evaporator 30 formed by a tube of any suitable diameter, size or shape for efficient cooling of the refrigeration chamber. This system is shown as enveloping box 12, but is preferably arranged so that the mean gradient of descent is uniform throughout the evaporator. The evaporator is connected to a condenser 31 of any suitable type or shape, and which is in thermal contact with the baE 20 of the primary evaporator 18. The evaporator 30 is further connected to a liquid vapor separator 32 which communicates with the condenser via a vapor return tube 33.
The total charge of secondary refrigerant is such that all the liquid can be contained in the separator 32, without deactivating the evaporator and the vapor return tube 33.
The system according to the invention operates as follows:
Assuming that all the refrigerant-liquid is in the liquid / vapor separator 32, and when the primary circuit begins to operate, the tank 20 of the primary evaporator 18 first cools the walls of the secondary condenser 31, so that condensing of the secondary refrigerant-vapor takes place therein, with lowering of the pressure in the system. The refrigeration
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gene now distills from separator 32 to secondary condenser 31, while the condensate flows from the latter through tube 34 to secondary evaporator 30, where it is evaporated again, the vapor escaping through tube steam return 33, to return to the condenser 31.
As long as the separator 32 absorbs heat, it will over time evaporate its liquid back to the circulatory system, until a balance is established between the amount that evaporates and the amount that returns as liquid from the secondary evaporator. It goes without saying that this latter quantity corresponds to the speed of absorption of the hauler by the liquid / vapor separator. The tubes connecting the secondary evaporator 30 to the separator 32 work together with the round tube. of vapor 33, such as a "U" tube, the first element of which contains vapor and liquid, and the last only vapor, which provides the necessary circulation by gravity in the system.
Note that the vapor return tube is not subject to the restrictive conditions that the corresponding (liquid inlet) tube must fulfill in other systems, which must be straight, short and not absorb heat. In addition, the height of the condenser between the inlet and the outlet is irrelevant and does not have / the effect of appreciably increasing the gas entrainment pressure, as is the case in other systems.
The evaporator can be of any suitable shape, but it is preferable to avoid rising parts in the direction of flow. The passage section is irrelevant within reasonable limits. It should not be reduced enough so that the frictional resistance, combined with the acceleration, causes the liquid to accumulate in the condenser to an undesirable extent.
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The liquid / vapor separator 32 must absorb a certain amount of heat from the refrigerated space. The greater the proportion of heat absorbed by this separator compared to the quantity absorbed by evaporator 30, the more quickly the evaporator will be completely wet after it is started up, and the more humid will be the circulation through it. -this.
The separator 32 may be in the form of a vessel of any shape and size or may consist of one or more interconnected tubes. Likewise, the condenser can be of any of the well known types.
If necessary, independent thermoplastic or manometric control can be incorporated into the secondary system.
1.- Refrigeration system comprising a secondary condenser-evaporator circuit, the secondary condenser being in thermal contact with the primary evaporator, characterized in that the circulation of the refrigerant in the secondary evaporator takes place from top to bottom.