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PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES REFRIGERATEURS.
La présente invention se rapporte à des systèmes réfrigérateurs dans lesquels un agent réfrigérant liquide est fourni à un évaporateur et y est vaporisé pour réduire la température de l'air voisin de ou s'écoulant au- tour de l'évaporateuro L'invention se rapporte particulièrement à des procé- dés et à des moyens pour enlever le givre ou la glace des serpentins, ailettes, déflecteurs, attrape-gouttes ou autres surfaces associées à l'évaporateur.
L'accumulation de givre et de glace sur les surfaces d'un évapo- rateur abaisse le rendement de la réfrigération de manière très considérable en réduisant le taux de transmission de chaleur de l'air ambiant à l'évapora- teur et en gênant l'écoulement de l'air autour des surfaces de l'évaportteur.
Dans le réfrigérateur ménager ou commercial ordinaire, employé pour maintenir de l'air à des températures de l'ordre de 400F, le dégivrage est obtenu habi- tuellement en arrêtant l'écoulement d'agent réfrigérant vers l'évaporateur et en permettant à la chaleur de l'air voisin des serpentins et des ailettes, de fondre le givre ou la glace. Ce procédé de dégivrage est lent et ennuyeux pour la maîtresse de maison ou d'autres personnes et ne peut pas du tout être employé lorsque le système réfrigérateur est employé pour maintenir l'air voisin de l'évaporateur à des températures inférieures à celle de fusion de la glace.
Pour vaincre les difficultés propres aux anciens procédés de dé- givrage des évaporateurs:! on a proposé d'employer des éléments électriques chauffants pour élever périodiquement la température des serpentins et des ailettes en vue de fondre la glace qui s'y trouvée Toutefois de tels systèmes nécessitent l'emploi de si fortes charges de courant qu'ils sont antiéconbmi- ques et ont même conduit à fondre l'évaporateur et à produire l'inflammation et l'explosion du gaz réfrigérant..
On a proposé aussi que de l'agent réfrigérant chaud venant du compresseur soit admis directement à l'évaporateur pour fondre la glace qui s'est accumulée. Toutefois, la quantité de glace sur les serpentins et les ailettes et la quantité de chaleur nécessaire pour fondre cette glace sont
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souvent si grandes que l'opération de dégivrage s'en trouve indûment prolongée.
En outre, la quantité de chaleur véhiculée par le gaz réfrigérant comprimé est très limitée et le gaz se condense bientôt dans l'évaporateur et ne peut être réemployé comme agent de dégivrage tant qu'il n'a pas été à nouveau vaporisé en lui appliquant 'de la chaleur latente et sensible. De l'huile entraînée avec l'agent réfrigérant, un robinet qui fuit ou qui colle peuvent faire aussi que de l'agent réfrigérant liquide soit amené au compresseurgênant ainsi le fonc- tionnement du compresseur.
Dans un procédé dans lequel de l'agent réfrigérant chaud est ame- né à l'évaporateur dans des buts de dégivrage, un élément est prévu pour emma- gasiner de la chaleur dans une masse de liquide ou autre agent d'emmagasinage de chaleur pendant la période de réfrigération et cette chaleur est employée pour vaporiser l'agent réfrigérant passant de l'évaporateur au compresseur pen- dant le cycle de dégivrage. Toutefois, la température d'un tel agent d'emma- gasinage est réduite rapidement pendant l'opération de dégivrage de sorte que son rendement est diminué au bout de peu de temps et lorsque l'opération est prolongée., la chaleur emmagasinée est souvent dépensée avant que l'enlèvement du givre et de la glace des surfaces d'évaporateur ait été achevé.
Cette si- tuation se rencontre très souvent lorsque l'évaporateur est exposé à venir en contact avec de l'air humide et l'accumulation de glace est très ennuyeuse.
C'est une caractéristique de tous les systèmes réfrigérateurs dans lesquels l'évaporateur est porté à une température élevée pour des buts de dégivrage, que la période initiale de réfrigération consécutive à un cycle de dégivrage impose une forte charge au compresseur, au condenseur et autres éléments du système. Ceci est dû. au fait que l'évaporateur est relativement chaud à la fin du cycle de dégivrage et que des quantités relativement grandes d'agent réfrigérant sont introduites dans l'évaporateur. Le gaz réfrigérant retournant au compresseur dans ces conditions est à une température et à une pression plus élevées que d'nabitude et par suite la recompression du gaz ré- frigérant l'élève à une température et à une pression anormales.
Le conden- seur est alors appelé à dissiper une quantité excessive de chaleur de sorte qu'il peut., au moins temporairement, être surchargé et que sa température s'é- lève, faisant qu'une contre-pression' est imposée au système et imposant une lourde charge au moteur par lequel le compresseur est entraînée En vue de vain- cre ces objections à des procédés et constructions de genre ancien, l'inventeur a développé un système pour enlever le givre et la glace des surfaces d'un é- vaporateur, qui est de fonctionnement rapide et d'emploi économique. En outre, l'opération de dégivrage peut être continuée indéfiniment sans que le rendement diminue, et aussi longtemps qu'il est nécessaire pour assurer un complet dégi- vrage de l'évaporateur dans toutes les circonstances possibles.
De cette ma- nière un dégivrage complet de l'évaporateur est assuré, le réservoir à chaleur nécessaire jusqu'à présent est éliminé, et la durée du temps nécessaire au dé- givrage de l'évaporateur est réduite de manière importante.
Dans la forme préférée de l'invention ici décrite, la chaleur pour revaporiser l'agent réfrigérant est obtenue de sources de chaleurs perdues telles que l'humidité contenue dans l'air ambiant qui peut avoir eu.9 ou non, sa température élevée par l'échange de chaleur avec le compresseur ou le mo- teur employé dans le système. La chaleur utilisée pour évaporer l'agent réfri- gérant est en premier lieu la chaleur latente de vaporisation donnée par l'hu- midité contenue dans l'air et se condensant sur les serpentins et les ailettes du réchauffeur. Le gel de cette humidité condensée sur les serpentins du ré- chauffeur pendant l'opération de dégivrage'sert en outre pour donner la chaleur latente de fusion pour vaporiser l'agent réfrigérant retournant au compresseur.
La chaleur latente de condensation et de fusion et la chaleur sensible dérivée du compresseur, du moteur et d'autres éléments du. système sont de la chaleur perdue dont une partie peut être effectivement engendrée pendant l'opération de dégivrage. Le rendement global du système est de ce fait augmenté et l'o- pération de dégivrage peut être continuée indéfiniment.
Dans la forme préférée de l'invention, les serpentins ou conduits du revaporiseur sont agencés de manière à permettre un échange de chaleur avec les serpentins du condenseur et une soupape de restriction ou de détente est
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située près de l'admission au revaporiseur pour assurer la détente et la vapo- risation du liquide réfrigérant retournant. L'air ambiant est soufflé sur les deux serpentins, faisant que l'humidité de l'air se condense sur les serpentins du revaporiseur., et cède sa chaleur latente de vaporisation au liquide réfri- gérant qui s'évaporeo
Suivant la présente invention, un tel échange de chaleur entre le revaporisateur et le condenseur est en outre utilisé pour réduire la charge du compresseur pendant les étapes initiales du cycle de réfrigération..
Ceci est réalisé en agengant les serpentins du revaporiseur et du condenseur pour échange de chaleur dans des conditions telles que les serpentins du condenseur soient refroidis assez par la détente du gaz dans le revaporiseur pendant le cycle de dégivrage pour amener l'humidité à se déposer et de la glace à se for- mer sur le condenseur. Après cela pendant la période initiale du cycle de ré- frigération le condenseur rend de la chaleur en fondant cette glace ou ce gi- vre et évaporant l'humidité ce qui augmente la dissipation de chaleur par le condenseur au moment précis où une surcharge du condenseur et d'autres éléments du système se produirait autrement.
La possibilité illimitée d'avoir de l'air pour échange de chaleur avec le revaporiseur permet également la prolongation de l'opération de dégi- vrage de la présente invention, assez pour amener l'évaporateur à fonctionner comme moyen de rejeter de la chaleur ou radiateur,, lorsqu'on le désire. La température de l'air dans une enceinte ou conduite peut par conséquent être élevée ou abaissée sur demande par Inaction réversible de l'évaporateur dans tous les cas où on désire maintenir des températures entre des limites prédé- terminées.
La- construction suivant la présente invention permet en outre de réduire les dimensions et le prix du condenseur et du revaporiseur et tout l'en- semble peut être rendu plus compact et plus simple à construire.
L'un des objets de la présente invention est de procurer une for- me perfectionnée d'équipement dégivreur pour l'emploi dans des systèmes réfri- gérants du-type employant un compresseur, un condenseur et un évaporateur.
Un autre objet de l'invention est de réduire les charges auxquel- les le compresseur, le condenseur et d'autres éléments du système réfrigérateur sont soumis pendant les étapes initiales d'un cycle'de réfrigération suivant un cycle de dégivrage.
Un autre objet de l'invention est de procurer une forme perfec- tionnée d'ensemble condenseur-revaporiseur pour être employé dans des systèmes réfrigérateurs.
Un autre objet de l'invention est de procurer un système dans lequel un transfert de chaleur continu et réversible par l'évaporateur est pos- sible.
Ces objets et particularités de la présente invention et d'autres ressortiront de la description subséquente dans laquelle il est fait référence aux figures du dessin ci-annexé.
Sur ce dessin - Figure 1 est une illustration schématique d'un système réfri- gérant type réalisant l'invention; - Figure 2 est une illustration schématique d'une variante de forme de réalisation du système montré à la figure 1; . - Figure 3 est une autre illustration schématique d'un système réalisant la présente invention; - Figure 4 est.une vue en coupe d'une soupape propre à être em- ployée dans le système de la figure 3; - Figure 5 est une perspective d'une forme préférée de condenseur- réchauffeur propre à être employé dans la présente invention, et - Figure 6 est une vue en coupe verticale dans une partie de la construction montrée à la figure 5 et
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- Figure 7 est une coupe faite suivant la ligne 7-7 de la figure
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o.
La forme de la présente invention illustrée à la figure 1 est réalisée dans un système réfrigérateur habituel comprenant un compresseur 2 entraîné par un moteur 4 pour amener de l'agent réfrigérant au condensateur 6 par la conduite sous pression 8. L'agent réfrigérant liquéfié par le conden- seur passe au receveur 10 et est fourni à l'évaporateur 12 par la conduite d'a- limentation 14 sous contrôle de la soupape de détente 16. L'agent réfrigérant est vaporisé dans l'évaporateur et retourne au compresseur par la conduite de retour 18. Un élément réchauffeur 20 est contenu dans la conduite de retour 18 entre l'évaporateur et le compresseur pour assurer la complète vaporisation de l'agent réfrigérant retournant au compresseur.
En outre pour dégivrer l'é- vaporateur 12, une conduite en by-pass 32 va de la conduite sous pression 8 à la conduite d'alimentation 14 et est commandée par la soupape 24. Suivant la présente invention le réchauffeur est muni de moyens nouveaux pour lui as- surer une alimentation continue et adéquate de chaleur pour dégivrer l'évapo- rateur. Cette chaleur peut être dérivée entièrement ou en partie de l'air par la condensation et le gel de l'humidité qui y est contenu, sur les serpentins et les ailettes du réchauffeur à l'extérieur de l'espace du réfrigérateur.
L'air est de préférence chauffé par des éléments tels que le moteur, le com- presseurle condenseur ou analogues.
Le fonctionnement des éléments décrits est le suivant :
Pendant l'opération normale de réfrigération le compresseur sert à comprimer un agent réfrigérant gazeux et le force à passer par la conduite sous pression 8 vers le condenseur 6. La chaleur engendrée par la compression du gaz et la chaleur de vaporisation de l'agent réfrigérant sont dissipées dans le condenseur., après quoi l'agent réfrigérant se condense et passe au receveur 10 et de là à la conduite d'alimentation 14.
La soupape de détente 16 comman- de l'admission d'agent réfrigérant liquéfié à l'évaporateur où l'agent réfri- gérant est vaporisé en reprenant de la chaleur comme chaleur latente de vapo- risation et en réduisant la température de l'air voisin de l'évaporateur. L'a- gent réfrigérant vaporisé passe alors par la conduite de retour 18 et le ré- chauffeur 20 au côté aspiration du compresseur. Le cycle est continué pendant la réfrigération jusqu'à ce que l'air voisin de l'évaporateur soit réduit à une température prédéterminée ou jusqu'à ce qu'il soit nécessaire de dégivrer l'évaporateuro
Lorsqu'on désire dégivrer l'évaporateur la soupape 24 dans la conduite de by-pass 22 est ouverte..
L'agent réfrigérant chaud venant du com- presseur s'écoule alors directement vers l'évaporateur où il rend sa¯chaleur en fondant la glace et le givre sur les serpentins, ailettes et autres surfa- ces associées à l'évaporateur. La conduite de by-pass par laquelle s'écoule l'agent réfrigérant chaud est de préférence soudée ou autrement agencée pour échange de chaleur avec l'attrape-gouttes 25, le drain 26 et le siphon 27 de manière à fondre la glace dans ces éléments pour empêcher le débordement et assurer le libre passage de l'eau hors de l'espace du réfrigérateur.
L'agent réfrigérant chaud passé à l'évaporateur restitue à la fois de la chaleur sensible et de la chaleur latente en fondant la glace sur les serpentins et autres surfaces et est condensé lorsqu il est refroidi en sorte qu'il passe à la conduite de retour 18 comme liquideo Le compresseur n'est pas prévu ordinairement pour recevoir et traiter l'agent réfrigérant sous forme liquide et en tout cas la chaleur latente de vaporisation doit être fournie à l'agent réfrigérant pour qu'il soit transformé en gaz de manière à pouvoir être comprimé et passé à l'évaporateur pour des buts de dégivrage.
L'agent réfrigérant liquide venant de l'évaporateur est par conséquent passé par le réchauffeur 20 pour l'amener à être complètement revaporisé avant d'ê- tre fourni au compresseur., Le cycle de dégivrage peut alors être continué aussi longtemps que nécessaire et jusqu'à ce que l'évaporateur soit débarras- sé de la glace et du givre. Après fin de l'opération de dégivrage la soupa- pe 24 est fermée pour rétablir le cycle de réfrigération.
Le principe général de fonctionnement des éléments décrits ci-
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dessus est bien connu en théorie mais n'a pas été employé de manière extensi- ve dans la pratique effective parce que jusqu'à présent on n'avait pas procu- ré de moyens pratiques et économiques pour fournir de la chaleur au réchauffeur en quantités suffisante ou pour une durée suffisante pour assurer le dégivrage effectif de l'évaporateur. En particulier, lorsque les systèmes de dégivrage utilisant de l'agent réfrigérant chaud venant du compresseur sont employés pour dégivrer les serpentins d'évaporateur sur lesquels de la glace tend à se for- mer rapidement, l'opération de dégivrage doit être répétée souvent ou continuée pour un temps assez long de sorte que l'emploi d'éléments de chauffage électri- ques est très coûteux.
Au contraire la chaleur emmagasinée dans un accumula- teur de chaleur pendant un cycle de réfrigération est retirée rapidement tandis que l'opération de dégivrage continue. La température de l'agent d'emmagasi- nement de chaleur est par conséquent abaissée puisqu'il n'est pas fourni de chaleur additionnelle au réchauffeur pendant le cycle de dégivrage. Pour cet- te raison la vitesse à laquelle la glace et le givre sont fondus devient de plus en plus lente, prolongeant l'opération de dégivrage et dans bien des cas l'apport de chaleur est impropre à assurer le dégivrage complet de l'évapora- teur. Dans ces circonstances, la glace demeurant à la fin de chaque cycle de dégivrage s'accumule jusqu'à ce que le système-devienne inopérant ou au moins de fonctionnement très défectueux.
Suivant la présente invention la chaleur contenue dans l'air pro- venant de l'extérieur de l'espace du réfrigérateur et la chaleur produite par le moteur, le compresseur et d'autres éléments actionnés pendant le cycle de dégivrage, est fournie au réchauffeur. Comme le compresseur est actionné pen- dant le cycle de dégivrage et que la chaleur contenue dans l'atmosphère ambian- te est continuellement disponible, l'opération de dégivrage peut être continuée indéfiniment jusqu'à ce que l'évaporateur et d'autres surfaces soient dégagées de la glace. L'atmosphère ambiante contient toujours de l'humidité et la con- densation de cette humidité sur les serpentins et ailettes du réchauffeur sert à livrer la chaleur latente de cette humidité pour revaporiser l'agent réfri- gérant condensé.
Lorsque l'agent réfrigérant faisant retour est à une tempé- rature suffisamment basse pour amener l'humidité condensée sur le réchauffeur à être gelée en glace ou givre, la chaleur latente de fusion additionnelle est restituée et aide à revaporiser le réfrigérant avant son passage au compres-
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Dans le mode de construction illustré à la figure 1, un carter 28 sous forme de carter à extrémité ouverte ou tubulaire s'étend autour du compresseur 2, du moteur 4, du condenseur 6 et du réchauffeur 20. Le conden- seur est situé à la droite du carter 28 comme on le voit sur la figure 1 et le réchauffeur est situé à l'extrémité de gauche. Un ventilateur 30 entraî- né par un moteur 32 ou par le moteur 4 du compresseur est disposé dans le car- ter au voisinage du condenseur et sert à amener un courant d'air venant de l'extérieur de l'espace du réfrigérateur à s'écouler à travers le carter 28 et à passer autour du condenseur, du moteur et du compresseur,, au réchauffeur.
L'air ainsi mis en circulation fournit largement de la chaleur latente et sen- sible au réchauffeur 20 de manière à assurer une revaporisation continue de l'agent réfrigérant dans le réchauffeur. L'agent réfrigérant, par conséquent, est continuellement et complètement vaporisé avant de passer au compresseur pendant le cycle de dégivrage. La chaleur extraite de l'atmosphère seule comme chaleur latente de vaporisation et chaleur latente de fusion est dans la plupart des cas suffisante pour ce but mais pour un dégivrage plus rapide le demandeur utilise la chaleur du moteur puisque pratiquement tous les moteurs électriques employés en actionnant les compresseurs des systèmes réfrigérateur-a développent des pertes sous forme de chaleur atteignant 20 à 50% de l'énergie d'entrée.
Le compresseur dégage également de la chaleur en èoürs de-'-fonction-
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nemèftt, tandis quelle condenseur rend la chaleur résidllelle..GUi.y est! rate-" ' nue ' lorsque commence le cycle de dégivrage . ' Ces éléments.. e.'bi-dutrë.âs- engendrent ou restituent de la chaleur qui autrement serait dis-
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sipée et perdue pour le système. En fait la dissipation de cette chaleur per- due a présenté elle-même un problème jusqu'à présenta tandis que le demandeur utilise cette chaleur dissipée de manière à augmenter le rendement global du système et assurer un dégivrage rapide et efficace de l'évaporateur.
En outre, la chaleur utilisée par le réchauffer est en grande partie sinon entièrement libérée par l'air et les éléments réfrigérants pendant la continuation de l'o- pération de dégivrage de sorte qu'il n'y a pas diminution de la quantité de chaleur fournie pour revaporiser l'agent réfrigérant lorsque le cycle de dégi- vrage continue et que le taux auquel la glace est fondue par l'évaporateur est le même à la fin du cycle de dégivrage que lorsque le cycle de dégivrage est commencé. Un dégivrage rapide et complet de l'évaporateur est ainsi assuré.
Comme montré à la figure 1, le compresseur, le moteur, le réchauf- feur et la soufflerie peuvent être englobés de manière à former un ensemble net compact qui 's'installe facilement dans le système et peut être réalisé é- conomiquement pour être appliqué dans des modes de construction réfrigérées existantes.
Dans la construction montrée à la figure 2, le réchauffeur est conformé avec une série de serpentins 44 qui sont disposés au voisinage des serpentins 46 du condenseur 6. Les serpentins du réchauffeur et du condenseur sont de préférence pourvus d'ailettes conductrices de chaleur communes en sor- te qu'ils peuvent être assemblés en un tout. L'air en circulation autour du réchauffeur et du condenseur peut être employé pour enlever la chaleur des ser- pentins du condenseur pendant l'accomplissement du cycle de réfrigération et pour fournir de la chaleur aux serpentin: du réchauffeur pendant l'accomplis- sement du cycle de dégivrage.
Il est généralement préférable lorsqu'on emploie cette construction, d'utiliser un moteur réversible 48 pour le ventilateur 50 et d'actionner le ventilateur en sorte de faire circuler l'air dans un sens allant de l'ensemble condenseur-réchauffeur vers le moteur pendant le cycle de réfrigération, et dans un sens allant du moteur vers l'ensemble condenseur- réchauffeur pendant le cycle de dégivrage.
Dans la forme de l'invention illustrée à la figure 3, la soupa- pe de détente 16 est commandée par un organe 19 sensible à la température, si- tué près de la sortie de l'évaporateur et l'agent réfrigérant vaporisé retour- nant de l'évaporateur au compresseur passe par une soupape ou organe de restric- tion 33 avant d'entrer dans le réchauffeur 20.
La scupape de by-pass 24 est commandée par un solénoïde 34 sous le contrôle d'un moyen d'actionnement 36 tel qu'une horloge, un thermostat ou une combinaison de ces éléments ou d'autres
La soupape de restriction 33 et le réchauffeur 20 sont continuel- lement montés en série entre l'évaporateur et le compresseur.
La soupape de restriction est sensible à un état de l'agent réfrigérant passant vers le cô- té admission du compresseur, tel que la pression ou la température du gaz ré- frigérant faisant retour
En pratique il est généralement préférable d'employer une soupa- pe sensible à la pression qui impose une restriction très limitée a l'écoule- ment de l'agent réfrigérant à travers elle, dans les conditions de basse près- sion du cycle de réfrigération, filais qui restreint effectivement cet écoulement et agit comme soupape de détente dans les conditions de haute pression du cy- cle de dégivrage.
La soupape montrée à la figure 4 est de ce type et est pour- vue d'une lumière d"admission 38, d'une lumière d'évacuation 40 et d'une pièce de soupape principale 42 adaptée avec jeu dans le corps de soupape et pressée par le ressort 66 contre le siège de soupape 64. Un conduit d'aspiration 68 va d'un point voisin de la lumière d'évacuation 40 à une chambre 70 au-dessus d'un siège de soupape secondaire 72. Un conduit latéral 74 va du conduit d'as- piration 68 à l'ouverture centrale 76 de la pièce 72 dans laquelle une pièce de soupape 80 peut se mouvoir. Cette dernière pièce de soupape est maintenue abaissée dans les conditions de fonctionnement à basse pression par le diaphrag- me 82 coopérant avec le ressort 84.
A ces moments la pièce de soupape secon- daire 80 reste ouverte et l'aspiration créée à la lumière d'évacuation de la soupape par l'entrée d'air dans le compresseur s'exerce sur la face supérieure de la pièce de soupape principale 42, ce par quoi la pièce de soupape est éle-
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vée à l'encontre de l'action du ressort 66. De cette manière la soupape de restriction fonctionne en sorte de permettre l'écoulement aisé de l'agent ré- frigérant de la lumière d'admission 38 à la lumière d'évacuation 40 pendant le cycle de réfrigération.
Il y a une augmentation de pression à la lumière d'évacuation 40 de la soupape dès que le cycle d.e dégivrage commence, du fait du by-passa- ge de la soupape de détente 16 et de l'écoulement direct d'agent réfrigérant liquide vers l'évaporateur. La pression du côté évacuation de la soupape 33 s'élève alors,, après. quoi le diaphragme 82 est élevé à l'encontre de l'action du ressort 84 et la pièce de soupape secondaire 80 se ferme alors sous l'action du ressort 66.
Après cela, la pression sur les faces opposées de la pièce de soupape principales est égalisée par l'écoulement de l'agent réfrigérant à travers la petite lumière 83 dans la paroi latérale de la pièce de soupape principale et dans l'espace en dessous de la pièce de siège de soupape 72.
La pièce de soupape est alors passée vers la position ouverte seulement par la pression de l'agent réfrigérant au voisinage de la lumière d'admission 38 et agissant à l'encontre du ressort 66. L'organe de restriction agit alors comme une soupape à étranglement ou de détente pour limiter l'écoulement de l'agent réfrigérant vers le réchauffeur et le compresseur.
De cette manière, une différence de pression convenable est main- tenue des deux côtés opposés du compresseur à tous moments de manière à assu- rer l'uniformité de fonctionnement qui maintient une charge convenable sur le compresseur et empêche l'emballement du moteur. En même temps en plaçant l'or- gane restricteur 33 près du et avant le réchauffeur 20, l'organe restricteur fonctionne comme soupape de détente pendant le cycle de dégivrage. Le réchauf- feur fonctionne alors comme un évaporateur, tandis que l'évaporateur 6 fonction- ne alors comme condenseur ou moyen de dissipation de chaleur pendant le cycle de dégivrage.
La soupape 33 fonctionne en outre pour vaincre l'afflux qui tend à se produire lorsque le cycle de réfrigération est d'abord repris. L'évapo- rateur 6 à ce moment est relativement chaud et l'organe sensible 19 à la sor- tie de l'évaporateur amène par conséquent la soupape de détente 16 à admettre la quantité maxima d'agent réfrigérant liquide à l'évaporateur. Si l'organe restricteur 33 est ouvert positivement ou by-passé dans ces conditions, la va- porisation rapide de l'agent réfrigérant liquide dans l'évaporateur obligera tout liquide restant dans la conduite à aller directement au compresseur., Ce- pendant, l'organe restricteur de la figure 49 étant sensible à la pression, empêche un tel afflux et limite l'écoulement de l'agent réfrigérant vers le compresseur.
De l'air est soufflé sur les serpentins, ailettes et autres surfaces du réchauffeur 20 au moyen d'une soufflerie 32 par suite de quoi l'hu- midité contenue dans l'air est amenée à se condenser sur les surfaces voisines du réchauffeurrendant sa chaleur latente de vaporisation à l'agent réfrigé- rant liquide ce qui fait que l'agent réfrigérant est complètement évaporé avant de retourner par la conduite à basse pression au compresseur 2:
A la fin du cycle de dégivrage la soupape 24 dans la conduite de by-pass 22 est fermée de telle sorte que le gaz réfrigérant passe de nouveau du compresseur au condenseur.
Toutefois, en agençant les serpentins du conden- seur et du revaporiseur d'une manière qui permet des échanges de chaleur inti- mes,l'humidité qui était condensée et la glace qui s'est accumulée sur les surfaces de l'ensemble condenseur-revaporiseur absorbent de la chaleur comme chaleur latente de fusion et chaleur latente de vaporisation du gaz chaud s'é- coulant vers lé condenseur. De la chaleur sensible est aussi donnée par le condenseur aux serpentins, ailettes et autres surfaces du revaporiseur. De cette manière il y a dissipation immédiate et non habituelle de la chaleur par le condenseur pendant la période initiale de réfrigération consécutive au cy- cle de dégivrage et jusqu'à ce que la glace et l'humidité des surfaces de l'en- semble condenseur revaporiseur aient été enlevées.
Après quoi la demande en dissipation de chaleur par le condenseur est réduite et l'écoulement normal d'air de la soufflerie 32 autour des serpentins et des ailettes du condenseur est propre à condenser l'agent réfrigérant et à empêcher la surcharge du sys- tème.
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La construction montrée aux figures 5,6 et 7 des dessins comprend une section de condenseur 85 et une section de condenseur-revaporiseur 860 Le gaz réfrigérant venant du compresseur passe de la conduite à haute pression 8 au petit collecteur 88 de la section de condenseur et s'écoule alors en pa- rallèle à travers les deux jeux de serpentins 90 et 92 qui s'étendent derrière et devant, de la partie inférieure à la partie supérieure de la section de con- denseur 85. Ces serpentins sont pour@us d'ailettes 94 pour augmenter leur sur- face d'échange de chaleur., et les extrémités inférieures des serpentins 90 et 92 se retournant vers le haut comme montré en 96 et 98 et entrent dans le cô- té du collecteur 100 montré du côté droit de la section de condenseur-revapo- riseur 86.
.Comme montré à la figure 6, le collecteur 100 est de préférence formé d'une section de collecteur intérieure 102 et d'une section de collecteur extérieure 104. Le bout opposé du condenseur-revaporiseur est pourvu, d'un col- lecteur semblable 106 qui est conformé avec une section de collecteur intérieu- re 108 et une section de collecteur extérieure 110. Deux séries de tubes de diamètres différents sont agencées l'une à l'intérieur de l'autre et s'étendent entre les collecteurs 100 et 106 avec les tubes 112 de plus grand diamètre com- muniquant avec les sections de collecteur intérieures 102 et 108 et les tubes 114 de plus petit diamètre communiquant avec les sections de collecteur exté- rieures 104 et 110.
Des voiles ou des ondes de matériau conducteur 116 s'é- tendent radialement des tubes intérieurs 114 aux tubes extérieurs 112, donnant une conduction de chaleur effective entre ces tubes tout en offrant très peu de résistance à l'écoulement de gaz à travers l'espace entre les tubes. Les tubes sont également pourvus des habituelles ailettes extérieures 118 pour four- nir des surfaces de transfert de chaleur supplémentaires par lesquelles passe l'air que souffle la soufflerie 32.
L'écoulement d'agent réfrigérant se condensant passant du compres- seur à travers le condenseur-revaporiseur pendant le cycle de réfrigération a lieu comme suit :
Après avoir passé en parallèle à travers les serpentins 90 et 92 de la section de condensation, l'agent réfrigérant s'écoule vers le haut à tra- vers les tubes verticaux 96 et 98 et entre dans le côté du collecteur 100 aux points 120 et 122 dans la section de collecteur intérieur 120 entre une divi- sion supérieure 124 et une division intermédiaire 126. Il s'écoule ensuite en parallèle à travers l'espace entre les tubes 112 et 114 qui forment les pas- sages indiqués par A et B vers la section de collecteur intérieure 102 du col- lecteur 106.
Cette dernière section est pourvue d'une division intermédiaire 128 qui sert à amener l'agent réfrigérant reçu des deux passages A et B à re- tourner au collecteur 100 à travers le passage unique Co Une division inférieu- re 130 dans la section intérieure de collecteur 100 sépare le passage D du pas- sage E et par conséquent l'agent réfrigérant s'écoule par le passage D au col- lecteur 106 et retourne par le passage E à la chambre'132 en dessous de la di- vision 130. De la chambre 132 l'agent réfrigérant maintenant entièrement con- densé et liquéfié passe par la conduite à liquide 138 au receveur 10.
Le gaz réfrigérant retournant au compresseur 2, de l'évaporateur 12, s'écoule par la conduite de retour 18 et le restricteur 33 de manière à pénétrer dans la section extérieure de collecteur 110 du collecteur 106. De ce dernier collecteur l'agent réfrigérant s'écoule en parallèle par les tubes 114 de plus petit diamètre à la section extérieure de collecteur 104 du collec- teur 100 et s'écoule ensuite vers le haut à travers la lumière 140 et le pas- sage supérieur 142 qui fonctionne comme un dé-surchauffeur. Le gaz réfrigérant vaporisé et conditionné s'écoule alors vers la conduite à basse pression 18 allant vers le côté entrée du compresseur 2.
La soupape de restriction 33 à travers laquelle L'agent réfrigé- rant pénètre dans le collecteur 62 est de préférence du type montré à la figu- re 4 et fonctionne en réponse à la pression du gaz, du côté entrée du compres- seur, pour imposer peu ou pas de résistance à l'écoulement d'agent réfrigérant à travers elle pendant le cycle normal de réfrigération lorsque la pression du gaz dans l'évaporateur et la conduite de retour est relativement faible.
Cependant, lorsque la pression du côté entrée du compresseur est relativement
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élevée comme c'est le cas pendant le cycle de dégivrage, et pendant la pério- de initiale de réfrigération faisant suite au cycle de dégivrage, la soupape 33 tend à se fermer et fonctionne comme une soupape de détente pour assurer la vaporisation de l'agent réfrigérant liquide dans les tubes 114 de la sec- tion 86 de condenseur'vaporiseur.
Avec cette construction,$ de la chaleur est fournie pendant le cycle de dégivrage à l'agent réfrigérant s'écoulant à travers les tubes plus petits 114 par conduction à travers les voiles 116 et les surfaces exposées des tubes plus gros 112 et les ailettes 181. De l'air est soufflé sur le con- denseur et les plus gros tubes de l'ensemble condenseur-revaporiseur, par la soufflerie 32.
L'agent réfrigérant s'écoulant par les tubes de revaporiseur est détendu par son passage à travers la soupape de restriction 33 et est gé- néralement à une température inférieure à 0 Fo La température des tubes 112 de plus grand diamètre est par conséquent réduite par l'écoulement de chaleur à travers les voiles 116 et par suite l'humidité de l'air se condense sur la surface des plus gros tubes et des ailettes;, rendant sa chaleur latente de va- porisation pour revaporiser l'agent réfrigérant retournant au compresseur par les tubes 114.
Il y a peu ou pas d'écoulement d'agent réfrigérant à travers le condenseur et les gros tubes 112 pendant le cycle de dégivrage de sorte qué lorsque le cycle de dégivrage continue l'humidité condensée sur les surfaces exposées des tubes et des ailettes est généralement congelée pour former de la glace ou du givre ce par quoi de la chaleur supplémentaire est rendue com- me chaleur latente de fusion de l'humidité condensée provenant de l'air.
Dans la plupart des cas c'est cette chaleur latente qui sert d'abord pour revaporiser l'agent réfrigérant liquide revenant, pendant le cy- cle de dégivrage, puisqu'il peut être facilement montré dans une installation typique qu'environ 300 fois autant de chaleur est rendue à l'agent réfrigérant comme chaleur latente de vaporisation de l'humidité se condensant de l'air et gelant sur les surfaces exposées, qu'il en est rendu comme chaleur sensible en refroidissant l'air qui s'écoule autour de l'ensemble.
L'humidité condensée et gelée continue à s'accumuler sur les tubes 112 et les ailettes 116 pendant l'opération de dégivrage et par conséquent s'accumule pour servir en fait com- me un moyen d'emmagasinement de froid qui ensuite fonctionne automatiquement pour augmenter la capacité effective des éléments condenseurs lorsque du gaz réfrigérant chaud passe de nouveau au condenseur en recommençant le cycle de réfrigération.
Après cela lorsque le cycle de réfrigération est au débuta le gaz réfrigérant chaud venant du compresseur s'écoule d'abord par la section de condenseur 34 et alors s'écoule à travers les tubes 68 couverts de glace de l'ensemble condenseur-revaporiseur. La glace et le givre qui se sont accu- mulés sur les surfaces exposées sont alors fondus, absorbant de la chaleur la- tente de fusion, et l'humidité qui en résulte est évaporée en absorbant de la. chaleur latente de vaporisatiom. Le taux accéléré d'absorption de chaleur résultant d'une telle fusion et évaporation assure une condensation plus rapi- de de l'agent réfrigérant pendant la période initiale de réfrigération et une réduction dans la contre-pression imposée au compresseur et au condenseur.
En même temps, le gaz réfrigérant retournant au compresseur à travers la sou- pape de restriction et les tubes intérieurs 114 du condenseur-revaporiseur ser- vent à refroidir l'agent réfrigérant se condensant-, en en retirant encore de la chaleur. Une telle dissipation non habituelle de chaleur par le condenseur continue jusqu'à ce que toute la glace, le givre et l'humidité de la surface des tubes 112 et des ailettes 118 ont été dissipés. Toutefois, en même temps la température de l'évaporateur sera réduite et la charge sur le compresseur et la demande de dissipation de chaleur par le condenseur sont grandement ré- duites.
En vue de réduire le surplus de chaleur du gaz réfrigérant retour- nant au compresseur après échange de chaleur avec l'agent réfrigérant se con- densant pendant le cycle de réfrigération, le passage le plus élevé 142 du con- denseur-revaporiseur est.prévu pour donner un échange de chaleur par convection avec l'air ambiant et par conduction à travers les ailettes 118. L'agent ré- frigérant retournant est ainsi refroidi suffisamment avant son entrée dans le compresseur pour assurer un fonctionnement à bon rendement du compresseur.
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La construction décrite se révèle comme servant en fait cornue un moyen d'échange de chaleur réversible et d'emmagasinement de froid, qui ré- duit la charge et augmente le rendement de l'opération à la fois pendant le cycle de réfrigération et le cycle de dégivrage. En outre, le système s'adap- te automatiquement aux conditions atmosphériques en raison du fait que les jours et aux endroits où l'air a une forte teneur en humidité produisant une rapide formation de givre sur les serpentins d'évaporateur, la condensation d'humidi- té sur les serpentins et ailettes du condenseur-revaporiseur pendant le cycle de dégivrage aura lieu plus rapidement et la revaporisation de l'agent réfri- gérant sera plus efficace.
Le cycle de dégivrage peut être continué autant que c'est néces- saire pour assurer un dégivrage complet de l'évaporateur puisque l'alimenta- tion en air contenant de l'humidité dont on se sert pour condenser l'humidité sur le condenseur-revaporisaur, est illimitée. En fait le cycle de dégivrage peut être continué longtemps après que la glace a été fondue par l'évapora- teur pour amener de la chaleur à être fournie à l'air dans toute enceinte ou conduit où l'évaporateur est situé. A ces moments l'évaporateur fonctionne comme un radiateur et il peut empêcher le refroidissement excessif d'une en- ceinte juste comme il agit pour empêcher le surchauffage dans le cycle normal de réfrigération.
Un contrôle thermostatique ou autre contrôle convenable de la soupape 24 transformera par conséquent le système en un ensemble complet de contrôle de température ou de conditionnement d'aire ayant une grande varié- té d'applications.
L'agencement compact et les échanges de chaleur effectifs asso- ciés par l'ensemble condenseur-revaporiseur sert à réduire le prix de l'équi- pement d'ensemble complet,en permettant-l'usage d'un plus petit condenseur et revaporiseur, et le logement de l'un de ces éléments à l'intérieur de l'au- tre. Le coût de l'installation est réduit et le rendement de son fonctionne- ment est augmenté, tandis que les sollicitations et les charges du système sont réduites au minimum.
On comprendra cependant que la forme, l'agencement et la construc- tion particulières des éléments employés en réalisant la présente invention sont susceptibles de bien des variantes particulièrement lorsqu'on adapte l'in- vention à des problèmes particuliers d'installations et de réfrigérations.
En considération de ceci il sera évident que l'invention n'est pas limitée à la construction particulière montrée sur le dessin et ici décri- te, mais qu'une telle forme de réalisation a été choisie seulement pour indi- quer la nature de l'invention et en illustrer une forme typique.
REVENDICATIONS.
@
1. Sustente rérigérature comprenant un compressaur, un condenseur- Et un évapo- rateur, ues conduites pour conduire l'agent réfrigérant du compresseur au con- denseur et du condenseur à l'évaporateur et de l'évaporateur en retour au com- presseur, une soupape de détente dans la conduite conduisant l'agent réfrigé- rant du condenseur à l'évaporateur} une conduite en by-pass pour conduire l'a- gent réfrigérant du compresseur à l'évaporateur de manière à by-passer le con- denseur et la soupape de détente, une soupape contrôlant l'écoulement de l'a- gent réfrigérant à travers la dite conduite en by-pass, un réchauffeur dans la dite conduite allant de l'évaporateur au compresseur,
et des moyens pour faire circuler de l'air contenant de l'humidité à une température supérieure au point d'ébullition de l'agent réfrigérant disposés de manière à permettre des échanges de chaleur avec ledit réchauffeur.
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REFRIGERATION SYSTEMS IMPROVEMENTS.
The present invention relates to refrigeration systems in which a liquid refrigerant is supplied to an evaporator and is vaporized therein to reduce the temperature of the air adjacent to or flowing around the evaporator. particularly to methods and means for removing frost or ice from coils, fins, baffles, drip traps or other surfaces associated with the evaporator.
The accumulation of frost and ice on the surfaces of an evaporator lowers the refrigeration efficiency dramatically by reducing the rate of heat transfer from the ambient air to the evaporator and interfering with the heat transfer rate. air flow around the surfaces of the evaporator.
In the ordinary household or commercial refrigerator, employed to maintain air at temperatures of the order of 400F, defrost is usually achieved by stopping the flow of refrigerant to the evaporator and allowing heat from the air near the coils and fins, to melt frost or ice. This defrosting process is slow and annoying for the hostess or others and cannot be used at all when the refrigerator system is used to keep the air near the evaporator at temperatures below the melting point. ice.
To overcome the difficulties specific to old evaporator defrosting processes :! it has been proposed to use electric heating elements to periodically raise the temperature of the coils and fins with a view to melting the ice therein. However, such systems require the use of such high current loads that they are anteconbmi - ques and even led to the evaporator melting and causing the ignition and explosion of the refrigerant gas.
It has also been proposed that hot refrigerant from the compressor is admitted directly to the evaporator to melt the ice that has accumulated. However, the amount of ice on the coils and fins and the amount of heat required to melt that ice are
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often so large that the defrosting operation is unduly prolonged.
In addition, the amount of heat conveyed by the compressed refrigerant gas is very limited and the gas soon condenses in the evaporator and cannot be reused as a de-icing agent until it has been vaporized again by applying it 'latent and sensible heat. Oil entrained with the refrigerant, a leaky or sticky valve can also cause liquid refrigerant to be supplied to the compressor thus interfering with the operation of the compressor.
In a process in which hot refrigerant is supplied to the evaporator for defrosting purposes, an element is provided for storing heat in a mass of liquid or other heat storage agent for a period of time. period of refrigeration and this heat is used to vaporize the refrigerant passing from the evaporator to the compressor during the defrost cycle. However, the temperature of such a storage medium is reduced rapidly during the defrosting operation so that its efficiency is reduced after a short time and when the operation is prolonged. The stored heat is often. spent before frost and ice removal from evaporator surfaces has been completed.
This situation is very often encountered when the evaporator is exposed to come in contact with humid air and the ice build-up is very annoying.
It is a characteristic of all refrigeration systems in which the evaporator is brought to a high temperature for defrost purposes, that the initial period of refrigeration following a defrost cycle places a heavy load on the compressor, condenser and the like. elements of the system. This is due. the fact that the evaporator is relatively hot at the end of the defrost cycle and that relatively large amounts of refrigerant are introduced into the evaporator. The refrigerant gas returning to the compressor under these conditions is at a higher temperature and pressure than usual and therefore recompression of the refrigerant gas raises it to an abnormal temperature and pressure.
The condenser is then called upon to dissipate an excessive amount of heat so that it can, at least temporarily, be overloaded and its temperature rise, causing back pressure to be imposed on the system. and imposing a heavy load on the motor by which the compressor is driven. In order to overcome these objections to old-fashioned processes and constructions, the inventor developed a system for removing frost and ice from the surfaces of a - vaporizer, which is quick to operate and economical to use. Furthermore, the defrosting operation can be continued indefinitely without decreasing the efficiency, and for as long as is necessary to ensure complete defrosting of the evaporator under all possible circumstances.
In this way a complete defrosting of the evaporator is ensured, the heat reservoir necessary until now is eliminated, and the duration of the time required for the defrosting of the evaporator is considerably reduced.
In the preferred form of the invention described herein, the heat for re-vaporizing the refrigerant is obtained from waste heat sources such as the humidity contained in the ambient air which may or may not have had its high temperature by heat exchange with the compressor or motor used in the system. The heat used to evaporate the refrigerant is primarily the latent heat of vaporization given by the moisture contained in the air and condensing on the coils and fins of the heater. Freezing this condensed moisture on the heater coils during the defrost operation further serves to provide latent heat of fusion to vaporize the refrigerant returning to the compressor.
Latent heat of condensation and fusion and sensible heat derived from the compressor, motor and other components of the. system are waste heat, part of which can actually be generated during the defrost operation. The overall efficiency of the system is thereby increased and the defrost operation can be continued indefinitely.
In the preferred form of the invention, the coils or conduits of the revaporizer are arranged so as to allow heat exchange with the coils of the condenser and a restriction or expansion valve is provided.
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located near the inlet to the revaporizer to ensure expansion and vaporization of the returning refrigerant liquid. The ambient air is blown over the two coils, causing the humidity in the air to condense on the coils of the revaporizer., And give up its latent heat of vaporization to the refrigerant liquid which evaporates.
According to the present invention, such heat exchange between the re-vaporizer and the condenser is further used to reduce the compressor load during the initial stages of the refrigeration cycle.
This is achieved by arranging the coils of the revaporizer and condenser for heat exchange under conditions such that the condenser coils are cooled enough by the expansion of gas in the revaporizer during the defrost cycle to cause moisture to settle and ice to form on the condenser. After that during the initial period of the refrigeration cycle the condenser gives off heat by melting this ice or this ice and evaporating the humidity which increases the heat dissipation by the condenser at the precise moment when an overload of the condenser and other parts of the system would otherwise occur.
The unlimited possibility of having air for heat exchange with the revaporizer also allows the extension of the defrosting operation of the present invention, enough to cause the evaporator to function as a means of rejecting heat or radiator, when desired. The temperature of the air in an enclosure or duct can therefore be raised or lowered on demand by reversible inaction of the evaporator in all cases where it is desired to maintain temperatures between predetermined limits.
The construction according to the present invention further enables the size and cost of the condenser and the vaporizer to be reduced and the whole assembly can be made more compact and easier to construct.
It is an object of the present invention to provide an improved form of de-icing equipment for use in refrigeration systems of the type employing a compressor, condenser and evaporator.
Another object of the invention is to reduce the loads to which the compressor, condenser and other elements of the refrigerator system are subjected during the initial stages of a refrigeration cycle following a defrost cycle.
Another object of the invention is to provide an improved form of condenser-revaporizer assembly for use in refrigeration systems.
Another object of the invention is to provide a system in which continuous and reversible heat transfer by the evaporator is possible.
These objects and features of the present invention and others will emerge from the subsequent description in which reference is made to the figures of the accompanying drawing.
In this drawing - Figure 1 is a schematic illustration of a typical refrigeration system embodying the invention; Figure 2 is a schematic illustration of an alternate embodiment of the system shown in Figure 1; . - Figure 3 is another schematic illustration of a system embodying the present invention; - Figure 4 is a sectional view of a valve suitable for use in the system of Figure 3; - Figure 5 is a perspective of a preferred form of condenser-heater suitable for use in the present invention, and - Figure 6 is a vertical sectional view in part of the construction shown in Figure 5 and
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- Figure 7 is a section taken along line 7-7 of figure
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o.
The form of the present invention illustrated in FIG. 1 is carried out in a usual refrigerator system comprising a compressor 2 driven by a motor 4 to supply the refrigerant to the condenser 6 through the pressure line 8. The refrigerant liquefied by the condenser passes to the receiver 10 and is supplied to the evaporator 12 via the supply line 14 under the control of the expansion valve 16. The refrigerant is vaporized in the evaporator and returns to the compressor via the Return line 18. A heater element 20 is contained in the return line 18 between the evaporator and the compressor to ensure complete vaporization of the refrigerant returning to the compressor.
In addition to defrost the vaporizer 12, a bypass line 32 goes from the pressure line 8 to the supply line 14 and is controlled by the valve 24. According to the present invention, the heater is provided with means. new ones to ensure a continuous and adequate supply of heat to defrost the evaporator. This heat can be derived entirely or in part from the air by the condensation and freezing of the moisture contained therein, on the coils and the heater fins outside the refrigerator space.
The air is preferably heated by elements such as the motor, the compressor, the condenser or the like.
The operation of the elements described is as follows:
During normal refrigeration operation the compressor serves to compress a gaseous refrigerant and forces it to pass through the pressure line 8 to the condenser 6. The heat generated by the compression of the gas and the heat of vaporization of the refrigerant are dissipated in the condenser, after which the refrigerant condenses and passes to the receiver 10 and from there to the supply line 14.
The expansion valve 16 controls the admission of liquefied refrigerant to the evaporator where the refrigerant is vaporized by taking up heat as latent heat of vaporization and reducing the air temperature. next to the evaporator. The vaporized refrigerant then passes through return line 18 and heater 20 to the suction side of the compressor. The cycle is continued during refrigeration until the air near the evaporator is reduced to a predetermined temperature or until it is necessary to defrost the evaporator.
When you want to defrost the evaporator, valve 24 in bypass line 22 is open.
The hot refrigerant coming from the compressor then flows directly to the evaporator where it makes it dry by melting ice and frost on the coils, fins and other surfaces associated with the evaporator. The bypass line through which the hot coolant flows is preferably welded or otherwise arranged for heat exchange with the drip trap 25, the drain 26 and the siphon 27 so as to melt the ice in these. elements to prevent overflow and ensure the free passage of water out of the refrigerator space.
The hot refrigerant passed through the evaporator releases both sensible heat and latent heat by melting ice on coils and other surfaces and is condensed when cooled so that it passes to the cooling line. return 18 as liquid o The compressor is not ordinarily designed to receive and process the refrigerant in liquid form and in any case the latent heat of vaporization must be supplied to the refrigerant so that it is transformed into gas in such a way to be able to be compressed and passed to the evaporator for defrosting purposes.
The liquid refrigerant from the evaporator is therefore passed through the heater 20 to cause it to be completely re-vaporized before being supplied to the compressor. The defrost cycle can then be continued for as long as necessary and until the evaporator is free of ice and frost. After the end of the defrosting operation, the valve 24 is closed to re-establish the refrigeration cycle.
The general principle of operation of the elements described below
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above is well known in theory but has not been extensively employed in actual practice because so far no practical and economical means have been provided for supplying heat to the heater in quantities. sufficient or for a sufficient duration to ensure effective defrosting of the evaporator. In particular, when defrost systems using hot refrigerant from the compressor are employed to defrost evaporator coils on which ice tends to form rapidly, the defrost operation must be repeated often or continued for a long enough time so that the use of electric heating elements is very expensive.
Rather, heat stored in a heat accumulator during a refrigeration cycle is rapidly removed while the defrost operation continues. The temperature of the heat storage medium is therefore lowered since additional heat is not supplied to the heater during the defrost cycle. For this reason the speed at which the ice and frost are melted becomes slower and slower, prolonging the defrosting operation and in many cases the heat input is inadequate to ensure the complete defrosting of the evaporator. - tor. Under these circumstances, the ice remaining at the end of each defrost cycle accumulates until the system becomes inoperative or at least seriously malfunctioning.
According to the present invention the heat contained in the air coming from outside the refrigerator space and the heat produced by the motor, the compressor and other elements operated during the defrost cycle, is supplied to the heater. . As the compressor is operated during the defrost cycle and the heat contained in the ambient atmosphere is continuously available, the defrost operation can be continued indefinitely until the evaporator and other surfaces. are clear of the ice. The ambient atmosphere always contains moisture, and the condensation of this moisture on the heater coils and fins serves to deliver the latent heat of this moisture to re-vaporize the condensed refrigerant.
When the returning refrigerant is at a temperature low enough to cause the moisture condensed on the heater to be frozen to ice or frost, the additional latent heat of fusion is released and helps re-vaporize the refrigerant before it passes through the heat. compress
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.sèur:: AiJ3.sJÍ: ":" the arcMfuenrG supplied: l, -. aû ::: 'khalltfè1hr, - estfic 3réeo-de -'l'atmps-' -e pJ1è: bo "L-.Gw: ' eestldes -: ... theG halëudipéeneprr the motor, the compressor, the blower, the condenser or other elements by which heat is generated or of which heat is rejected as a by-product of the normal operation of the system. Therefore, there is no additional expense for this operation and little additional equipment is needed.
In the construction mode illustrated in FIG. 1, a casing 28 in the form of an open-ended or tubular casing extends around the compressor 2, the motor 4, the condenser 6 and the heater 20. The condenser is located at the right of the casing 28 as seen in Figure 1 and the heater is located at the left end. A fan 30 driven by a motor 32 or by the motor 4 of the compressor is disposed in the housing in the vicinity of the condenser and serves to bring a current of air coming from outside the refrigerator space to its outlet. 'flow through the casing 28 and pass around the condenser, motor and compressor, to the heater.
The air thus circulated provides ample latent and sensible heat to the heater 20 so as to ensure continuous flashback of the coolant in the heater. The refrigerant, therefore, is continuously and completely vaporized before passing to the compressor during the defrost cycle. The heat extracted from the atmosphere alone as the latent heat of vaporization and the latent heat of fusion is in most cases sufficient for this purpose but for a faster defrost the applicant uses the heat of the engine since practically all the electric motors used in operating compressors in refrigerator-a systems develop heat losses of up to 20 to 50% of the input energy.
The compressor also gives off heat during operation.
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nemèftt, while which condenser returns the residual heat..GUi.y is! rate- "'naked' when the defrost cycle begins. 'These elements .. e.'bi-dutrë.âs- generate or release heat that would otherwise be dissipated.
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siphoned off and lost to the system. In fact the dissipation of this wasted heat has itself presented a problem heretofore as the applicant uses this dissipated heat in such a way as to increase the overall efficiency of the system and to ensure rapid and efficient defrosting of the evaporator.
In addition, the heat used by the heater is largely if not entirely released by the air and cooling elements during the continuation of the defrost operation so that there is no decrease in the amount of heat. heat supplied to re-vaporize the refrigerant when the defrost cycle continues and the rate at which ice is melted by the evaporator is the same at the end of the defrost cycle as when the defrost cycle is started. This ensures rapid and complete defrosting of the evaporator.
As shown in Figure 1, the compressor, motor, heater and blower can be included to form a compact net assembly which easily installs into the system and can be economically made for application. in existing refrigerated construction methods.
In the construction shown in Figure 2, the heater is configured with a series of coils 44 which are disposed adjacent to the coils 46 of the condenser 6. The heater and condenser coils are preferably provided with common heat conductive fins. so that they can be assembled into a whole. The air circulating around the heater and condenser can be used to remove heat from the condenser coils during the completion of the refrigeration cycle and to provide heat to the heater coils during the completion of the refrigeration cycle. Defrost Cycle.
It is generally preferable when this construction is employed to use a reversible motor 48 for the fan 50 and to operate the fan so as to circulate the air in a direction from the condenser-heater assembly to the motor. during the refrigeration cycle, and in a direction from the motor to the condenser-heater assembly during the defrost cycle.
In the form of the invention illustrated in FIG. 3, the expansion valve 16 is controlled by a temperature-sensitive member 19, located near the outlet of the evaporator and the vaporized refrigerant returning. from the evaporator to the compressor passes through a valve or restriction member 33 before entering the heater 20.
The bypass scupape 24 is controlled by a solenoid 34 under the control of an actuating means 36 such as a clock, a thermostat or a combination of these or other elements.
Restriction valve 33 and heater 20 are continuously connected in series between the evaporator and the compressor.
The restriction valve is responsive to a condition of the refrigerant flowing to the inlet side of the compressor, such as the pressure or temperature of the refrigerant gas returning.
In practice it is generally preferable to employ a pressure sensitive valve which imposes very limited restriction on the flow of refrigerant therethrough, under the low pressure conditions of the refrigeration cycle. , yarn which effectively restricts this flow and acts as a relief valve under the high pressure conditions of the defrost cycle.
The valve shown in Figure 4 is of this type and is provided with an inlet port 38, an outlet port 40 and a main valve part 42 fitted with clearance in the valve body. and pressed by the spring 66 against the valve seat 64. A suction duct 68 extends from a point adjacent to the exhaust port 40 to a chamber 70 above a secondary valve seat 72. A duct. side 74 runs from the suction duct 68 to the central opening 76 of the part 72 in which a valve part 80 can move in. The latter valve part is kept lowered under low pressure operating conditions by the valve part. diaphragm 82 cooperating with spring 84.
At these times the secondary valve piece 80 remains open and the suction created at the valve outlet lumen by the air inlet to the compressor is exerted on the upper face of the main valve piece. 42, whereby the valve part is lifted
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vee counter to the action of the spring 66. In this way the restriction valve functions so as to permit the easy flow of the refrigerant from the inlet port 38 to the outlet port 40. during the refrigeration cycle.
There is an increase in pressure at the discharge port 40 of the valve as soon as the defrost cycle begins, due to the bypass of the expansion valve 16 and the direct flow of liquid refrigerant. to the evaporator. The pressure on the discharge side of the valve 33 then rises thereafter. whereby the diaphragm 82 is raised against the action of the spring 84 and the secondary valve part 80 then closes under the action of the spring 66.
After that, the pressure on the opposite faces of the main valve part is equalized by the flow of the refrigerant through the small lumen 83 in the side wall of the main valve part and into the space below. the valve seat piece 72.
The valve piece is then passed to the open position only by the pressure of the refrigerant in the vicinity of the inlet port 38 and acting against the spring 66. The restriction member then acts as a valve to. throttling or expansion to limit the flow of refrigerant to the heater and compressor.
In this way, a proper pressure difference is maintained on the two opposite sides of the compressor at all times so as to provide uniformity of operation which maintains a proper load on the compressor and prevents the engine from racing. At the same time by placing the restrictor member 33 near and before the heater 20, the restrictor member functions as an expansion valve during the defrost cycle. The heater then functions as an evaporator, while the evaporator 6 then functions as a condenser or heat dissipation means during the defrost cycle.
Valve 33 further operates to overcome the surge which tends to occur when the refrigeration cycle is first resumed. The evaporator 6 at this time is relatively hot and the sensitive member 19 at the outlet of the evaporator therefore causes the expansion valve 16 to admit the maximum amount of liquid refrigerant to the evaporator. If the restrictor member 33 is positively opened or bypassed under these conditions, the rapid vaporization of the liquid refrigerant in the evaporator will force any liquid remaining in the line to go directly to the compressor., However, the restrictor member of FIG. 49 being sensitive to pressure, prevents such an influx and restricts the flow of refrigerant to the compressor.
Air is blown over the coils, fins and other surfaces of the heater 20 by means of a blower 32 whereby the moisture in the air is caused to condense on the surfaces adjacent to the heater causing it to condense. latent heat of vaporization to the liquid refrigerant so that the refrigerant is completely evaporated before returning through the low pressure line to compressor 2:
At the end of the defrost cycle the valve 24 in the bypass line 22 is closed so that the refrigerant gas passes again from the compressor to the condenser.
However, by arranging the condenser and revaporizer coils in a manner which allows for internal heat exchange, moisture which was condensed and ice which accumulated on the surfaces of the condenser assembly - The evaporator absorbs heat as the latent heat of fusion and the latent heat of vaporization of the hot gas flowing to the condenser. Sensible heat is also imparted by the condenser to the coils, fins and other surfaces of the vaporizer. In this way there is immediate and unusual dissipation of heat by the condenser during the initial refrigeration period following the defrost cycle and until the ice and humidity of the surfaces of the assembly. condenser revaporizer have been removed.
Thereafter, the heat dissipation demand by the condenser is reduced and the normal flow of air from blower 32 around the coils and fins of the condenser is suitable to condense the refrigerant and prevent overloading of the system. .
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The construction shown in Figures 5,6 and 7 of the drawings includes a condenser section 85 and a condenser-re-vaporizer section 860 The refrigerant gas from the compressor passes from the high pressure line 8 to the small manifold 88 of the condenser section and then flows in parallel through the two sets of coils 90 and 92 which extend behind and in front from the lower part to the upper part of the condenser section 85. These coils are suitable for use. 'fins 94 to increase their heat exchange area., and the lower ends of coils 90 and 92 turning upward as shown at 96 and 98 and entering the side of manifold 100 shown on the right side of the condenser-steamer section 86.
As shown in Figure 6, manifold 100 is preferably formed of an inner manifold section 102 and an outer manifold section 104. The opposite end of the condenser-revaporizer is provided with a similar manifold. 106 which is configured with an inner manifold section 108 and an outer manifold section 110. Two sets of tubes of different diameters are arranged one inside the other and extend between the manifolds 100 and 106 with the larger diameter tubes 112 communicating with the inner manifold sections 102 and 108 and the smaller diameter tubes 114 communicating with the outer manifold sections 104 and 110.
Webs or waves of conductive material 116 extend radially from the inner tubes 114 to the outer tubes 112, providing effective heat conduction between these tubes while providing very little resistance to gas flow through it. space between the tubes. The tubes are also provided with the usual outer fins 118 to provide additional heat transfer surfaces through which the air blown by blower 32 passes.
The flow of condensing refrigerant from the compressor through the condenser-re-vaporizer during the refrigeration cycle occurs as follows:
After passing in parallel through the coils 90 and 92 of the condensing section, the refrigerant flows upwards through the vertical tubes 96 and 98 and enters the side of the collector 100 at points 120 and 122 in the inner manifold section 120 between an upper division 124 and an intermediate division 126. It then flows in parallel through the space between the tubes 112 and 114 which form the passages indicated by A and B to the interior manifold section 102 of manifold 106.
This last section is provided with an intermediate division 128 which serves to cause the refrigerant received from the two passages A and B to return to the manifold 100 through the single passage Co A lower division 130 in the inner section of manifold 100 separates passage D from passage E and therefore the refrigerant flows through passage D to manifold 106 and returns through passage E to chamber 132 below partition 130. From chamber 132 the now fully condensed and liquefied refrigerant passes through liquid line 138 to receiver 10.
The refrigerant gas returning to the compressor 2, from the evaporator 12, flows through the return line 18 and the restrictor 33 so as to enter the outer section of the manifold 110 of the manifold 106. From the latter manifold the refrigerant medium flows in parallel through the smaller diameter tubes 114 to the outer manifold section 104 of the manifold 100 and then flows upward through the lumen 140 and the overhead 142 which functions as a die -superheater. The vaporized and conditioned refrigerant gas then flows to the low pressure line 18 going to the inlet side of the compressor 2.
The restriction valve 33 through which the refrigerant enters the manifold 62 is preferably of the type shown in Fig. 4 and operates in response to the gas pressure, on the inlet side of the compressor, to impose little or no resistance to the flow of refrigerant through it during the normal refrigeration cycle when the gas pressure in the evaporator and the return line is relatively low.
However, when the pressure at the inlet side of the compressor is relatively
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high as is the case during the defrost cycle, and during the initial refrigeration period following the defrost cycle, valve 33 tends to close and functions as an expansion valve to ensure vaporization of the gas. liquid refrigerant in the tubes 114 of the condenser / vaporizer section 86.
With this construction, heat is supplied during the defrost cycle to the refrigerant flowing through the smaller tubes 114 by conduction through the webs 116 and exposed surfaces of the larger tubes 112 and fins 181. Air is blown over the condenser and the larger tubes of the condenser-revaporizer assembly, through blower 32.
The refrigerant flowing through the revaporizer tubes is expanded by its passage through the restriction valve 33 and is generally at a temperature below 0 Fo The temperature of the larger diameter tubes 112 is therefore reduced by heat flow through the webs 116 and hence moisture in the air condenses on the surface of the larger tubes and fins ;, making its latent heat of vaporization to re-vaporize the refrigerant returning to the compressor by the tubes 114.
There is little or no flow of refrigerant through the condenser and large tubes 112 during the defrost cycle so that as the defrost cycle continues the moisture condensed on the exposed surfaces of the tubes and fins is usually frozen to form ice or frost whereby additional heat is rendered as the latent heat of fusion of moisture condensed from the air.
In most cases it is this latent heat which is used first to re-vaporize the returning liquid refrigerant, during the defrost cycle, since it can be easily shown in a typical installation that about 300 times as much. heat is returned to the refrigerant as latent heat of vaporization of moisture condensing from the air and freezing on exposed surfaces, than is returned as sensible heat by cooling the air flowing around from the whole.
Condensed and frozen moisture continues to accumulate on tubes 112 and fins 116 during the defrosting operation and therefore accumulates to actually serve as a cold storage medium which then automatically operates to keep it cool. increase the effective capacity of the condensing elements when hot refrigerant gas passes back to the condenser by restarting the refrigeration cycle.
After that when the refrigeration cycle is at the start the hot refrigerant gas from the compressor first flows through the condenser section 34 and then flows through the ice-covered tubes 68 of the condenser-revaporizer assembly. The ice and frost that have accumulated on the exposed surfaces are then melted, absorbing heat from the melting point, and the resulting moisture is evaporated by absorbing. latent heat of vaporization. The accelerated rate of heat absorption resulting from such melting and evaporation ensures faster condensation of the refrigerant during the initial period of refrigeration and a reduction in the back pressure imposed on the compressor and condenser.
At the same time, the refrigerant gas returning to the compressor through the restriction valve and the inner tubes 114 of the condenser-re-vaporizer serves to cool the condensing refrigerant, removing further heat therefrom. Such unusual heat dissipation by the condenser continues until all ice, frost and moisture from the surface of tubes 112 and fins 118 have been dissipated. At the same time, however, the temperature of the evaporator will be reduced and the load on the compressor and the heat dissipation demand by the condenser are greatly reduced.
In order to reduce the excess heat of the refrigerant gas returning to the compressor after heat exchange with the refrigerant condensing during the refrigeration cycle, the upper passage 142 of the condenser-revaporizer is provided. to provide heat exchange by convection with ambient air and by conduction through the fins 118. The returning refrigerant is thus cooled sufficiently before entering the compressor to ensure efficient operation of the compressor.
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The disclosed construction is shown to actually serve as a reversible heat exchange and cold storage medium, which reduces load and increases operational efficiency both during the refrigeration cycle and the refrigeration cycle. defrost. In addition, the system adapts automatically to atmospheric conditions due to the fact that on days and places where the air has a high humidity content producing a rapid formation of frost on the evaporator coils, the condensation of Moisture on the condenser-re-vaporizer coils and fins during the defrost cycle will occur more quickly and the flashback of the refrigerant will be more efficient.
The defrost cycle can be continued as long as necessary to ensure complete defrosting of the evaporator since the supply of air containing moisture which is used to condense moisture on the condenser- revaporisaur, is unlimited. In fact the defrost cycle can be continued long after the ice has been melted by the evaporator to cause heat to be supplied to the air in any enclosure or duct where the evaporator is located. At these times the evaporator operates as a radiator and can prevent overcooling of an enclosure just as it acts to prevent overheating in the normal refrigeration cycle.
Thermostatic or other suitable control of valve 24 will therefore transform the system into a complete set of temperature control or air conditioning having a wide variety of applications.
The compact layout and efficient heat exchange associated with the condenser-revaporizer assembly serves to reduce the cost of the complete assembly equipment, allowing the use of a smaller condenser and revaporizer. , and the housing of one of these elements inside the other. The cost of the installation is reduced and the efficiency of its operation is increased, while the stresses and loads of the system are reduced to a minimum.
It will be understood, however, that the particular form, arrangement and construction of the elements employed in carrying out the present invention are susceptible to many variations, particularly when the invention is adapted to particular installation and refrigeration problems. .
In consideration of this it will be obvious that the invention is not limited to the particular construction shown in the drawing and described here, but that such an embodiment has been chosen only to indicate the nature of the invention. invention and illustrate a typical form thereof.
CLAIMS.
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1. Sustente rerigerature comprising a compressor, a condenser and an evaporator, pipes to conduct the refrigerant from the compressor to the condenser and from the condenser to the evaporator and from the evaporator back to the compressor, an expansion valve in the line carrying the refrigerant from the condenser to the evaporator} a bypass line to lead the refrigerant from the compressor to the evaporator so as to bypass the condenser. denseur and the expansion valve, a valve controlling the flow of refrigerant through said bypass pipe, a heater in said pipe going from the evaporator to the compressor,
and means for circulating air containing moisture at a temperature above the boiling point of the refrigerant arranged so as to allow heat exchange with said heater.