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La présente invention est relative à des perfectionnements appor- tés aux éléments d'échangeur de chaleur applicables surtout à la réfrigéra- tion. Un des buts de l'invention est de prévoir un élément échangeur de chaleur applicable au dégivrage des évaporateurs refroidis au moyen d'un réfrigérant volatil.
L'invention prévoit également : un plateau échangeur de chaleur autonome compact et efficace pou- vant être transporté et manipulé comme un ensemble ; un plateau pouvant être facilement installé et monté dans un sys- tème de réfrigération approprié comportant un compresseur et un condenseur; un ensemble de faible volume et de forme commode; un ensemble échangeur de chaleur comportant des moyens perfection- nés et autonomes d'isolation; un ensemble comportant des moyens s'adaptant de façon adéquate au problème de l'huile dans le réfrigérant; des moyens pour le chauffage d'une masse d'emmagasinage de chaleur dans l'échangeur de chaleur.
D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins schématiques annexés sur lesquels
La fig. 1 est une vue de côté en élévation, avec arrachement et coupe partiels;
La fig. 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. I.
La fige 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la Fig. I. et la Fig. 4 est une coupe semblable à la fig. 2 représentant une variante de réalisation de la structure d'un serpentin.
En se référant aux dessins, on a représenté un plateau, bottier ou enceinte comportant deux plaques formant les parois latérales 1 et 2 convenablement réunies entre elles au voisinage de leurs bords, de manière étanohe aux gaz. Elles peuvent, par exemple être réunies entre elles au moyen de portions de parois périphériques 3 qui peuvent consister en des rebords de l'une des parois latérales. Il est évident, que le plateau ou l'enceinte extérieure peut être formé de différentes manières, mais la struc- ture représentée ici est ramassée robuste et efficace. A l'intérieur de l'enceinte ou du plateau, se trouve une masse d'une substance absorbant ou emmagasinant la chaleur, qui, par exemple peut être un liquide, comme indi- qué en 4 sur la Fig. I.
Le niveau de ce liquide atteint pratiquement le bord supérieur intérieur de l'enceinte représentée en coupe de côté. On peut appliquer comme liquide de l'eau, de l'alcool ou tout autre liquide approprié.
En relation d'échange de chaleur avec la masse liquide 4, on a représenté deux serpentins ou deux systèmes de circulation à travers les- quels on fait circuler un réfrigérant volatil. Il doit être entendu que le terme "serpentin" est appliqué de façon large et ne doit donc pas être limité à un arrangement précis de tubes ou de conduites, sauf en ce qui concerne les restrictions spécifiées ci-après.
On peut appliquer tout moyen approprié pour le chauffage de la masse de liquide 4 d'échange de chaleur. Par exemple, on peut appliquer un serpentin ou un tube inférieur 5 qui, si on le désire peut être connecté
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à une source d'un fluide de chauffage, tel que le gaz chaud provenant du côté du refoulement du compresseur.
Toutefois, il est préférable d'appliquer comme représenté, une résistance électrique pouvant être placée dans le tu- be 5, ou telle que, sans tube 5, cette résistance étant convenablement re- liée à des éléments conducteurs ou fils 5a et 5b, qui sont eux-mêmes reliés à tout circuit électrique approprié, comme par exemple, toute source de courant électrique industriel, grâce à quoi, l'élément de résistance élec- trique en relation de chaleur avec le liquide 4 accumule de la chaleur dans ledit liquide.
On a également représenté un serpentin supérieur ou système de circulation 8 qui se présente sous la forme d'une boucle 9 constituée par une branche inférieure 10, une branche intermédiaire 11 et par des branches de oonnection 12 et 13. La boucle ainsi formée est de préférence supportée, par exemple, par des cloisons d'écartement appropriées 14, la branche infé- rieure 10 étant immergée dans le liquide alors que la branche intermédiai- re s'étend en partie au dessus du liquide. La référence 15 représente une branche supérieure qui est reliée par l'une de ses extrémités 16, à ladite boucle.
Le réfrigérant qui doit être chauffé pour son évaporation, est introduit, par un raccord d'admission 17, dans une conduite de distribution 18 qui communique en 18a avec la branche supérieure et qui se prolonge en 19 vers le bas à l'intérieur de la branche de connection 12. Cette branche dirigée vers le bas possède à son extrémité inférieure une ouverture 20 qui peut être commodément placée au niveau de la surface supérieure du liquide 4. Un tube ou une conduite d'évacuation 21 relie l'autre extrémité de la branche supérieure 15 avec un raccord d'évacuation 21a. Un coude formant collecteur 22 est de préférence dirigé vers le bas et baigne au fond du li- quide 4. L'extrémité inférieure du coude communique, par l'intermédiaire d'une conduite 23, avec la branche inférieure 10.
Si de l'huile lubrifian- te s'accumule dans la branche inférieure, elle est ramenée vers le compres- seur par aspiration à travers la conduite 23.
On peut prévoir tout moyen approprié pour l'isolation de l'ensem- ble ainsi prévu. On peut, par exemple, appliquer une chemise extérieure isolante appropriée. Il est préférable, dans certaines circonstances, de prévoir des couches intérieures 24 constituées par des matériaux ou panneaux isolants appropriés qui sont représentés comme étant disposés entre la structure du serpentin et les parois latérales 1 et 2. On peut appliquer tout matériau approprié, toutefois le bois de balsa s'est montré avantageux, surtout lorsqu'il est traité avec de l'asphalte ou tout autre substance hy- drofuge.
On a constaté qu'il était avantageux d'appliquer les parois laté- rales 1 et 2 vers l'intérieur contre les couches isolantes 24 à l'aide d'une pression différentielle. On a donc représenté, un raccord 25 à travers le- quel l'air contenu à l'intérieur de l'enceinte peut facilement être évacué, Ce raccord peut comporter une issue 26 normalement obturée par une bille ou valve 27. Toute obturation extérieure 28 peut également être prévue.
On voit alors aisément que lorsqu'un volume approprié d'air a été évacué de l'intérieur de l'enceinte, il en résulte une différence sensible de pres- sion, la pression qui règne à l'intérieur de l'enceinte étant quelque peu inférieure à la pression atmosphérique. Cet excès de pression extérieure exerce une forte poussée dirigée vers l'intérieur contre les parois 1 et 2 de l'enceinte ce qui les fait appliquer fortement contre les couches isolan- tes 24, lesquelles à leur tour s'appliquent fortement contre le système de serpentin décrit ci-dessus.
Bien que le dispositif représenté soit réalisable pratiquement et qu'il fonctionne, on peut, néanmoins, y apporter toute modification de di-
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mension, de forme, ainsi que dans la disposition et le nombre des diffé- rentes parties constitutives, sans s'écarter de l'esprit de l'invention.
C'est pourquoi la présente description et les dessins annexés doivent être interprétés dans leur sens le plus large n'étant donnés qu'à titre illus- tratif et non limitatif de l'invention. Par exemple, comme indiqué sur la fige 4, on pourra appliquer des tubes rectangulaires dans le système de serpentin supérieur en créant ainsi un support à surface rectangulaire plane pour les parois latérales 1 et 2 et pour les couches isolantes 24 lorsqu'elles sont soumises à la différence de pression dont il a été ques- tion ci-dessus. Il est évident que, bien qu'il soit préférable d'adopter une résistance électrique pour échauffer la masse de liquide, tout moyen approprié de chauffage peut être appliqué.
La hauteur du liquide n'est pas critique, mais on a constaté qu'il était préférable que la branche supérieure 15 soit située partielle- ment ou entièrement au-dessus du niveau du liquide.
L'appareil selon l'invention fonctionne de la manière suivante
Dans les systèmes automatiques de réfrigération, on applique ha- bituellement un compresseur fournissant un réfrigérant chaud, à l'état ga- zeux, à un c'ondenseur approprié et à un collecteur. Le gaz chaud se con- dense dans le condenseur et s'accumule, à l'état liquide dans le collecteur.
Ce liquide peut alors être envoyé dans un évaporateur, non représenté, à travers un détendeur de manière à obtenir une chute de pression. Le li- quide réfrigérant s'évapore dans l'évaporateur et retourne à l'état gazeux au côté d'aspiration du compresseur. Ces évaporateurs peuvent être dégi- vrés en by-passant le condenseur et en fournissant le gaz chaud à l'évapo- rateur. Ce gaz chaud sert à dégivrer l'évaporateur, mais, au moins une partie se liquéfie ou se condense au cours de l'opération de dégivrage.
Ce liquide doit alors être évaporé avant son retour et au côté d'aspiration du compresseur. Dans le dispositif représenté, le réfrigérant liquide pé- nètre dans le raccord d'amenée 17 et circule dans le serpentin ou "bouil- leur" constitué par les éléments 10, 11, 12, 13 et 15. Une partie de cet ensemble, par exemple les éléments 10, 11, 12 et 13 sont partiellement ou totalement en relation d'échange de chaleur avec la masse 4 qui est de pré- férence un liquide. On utilise la chaleur de cette masse pour évaporer le réfrigérant volatil. Le réfrigérant évaporé au côté d'aspiration du com- presseur en passant par le tube 21, la boucle immergée 22, et le raccord de sortie 21a.
Le tube ou conduit inférieur 5 est utilisé de préférence comme enveloppe d'une résistance appropriéeo Cette résistance fournit la chaleur nécessaire pour maintenir le liquide approprié 4 à une température adéquate permettant l'évaporation du liquide réfrigérant qui pénètre dans le "bouilleur" par la conduite 18. On comprendra. aisément que, si on le désire, on peut faire circuler un fluide chauffé à travers la conduite 5.
Dans certaines circonstances, il peut être avantageux d'appliquer l'ensem- ble selon l'invention dans un circuit dans lequel le réfrigérant chaud pas- se lui-même dans la conduite 5 servant ainsi de moyen de chauffage du corps emmagasineur de chaleur 4.
Un des avantages de l'application d'un courant électrique réside dans le fait qu'il peut fournir une température constante. Aussi, puisque l'apport de chaleur peut être maintenu à une valeur constante ou sensible- ment constante, l'isolation de l'ensemble peut être dans certaines circon- stances éliminée. Toutefois, il est préférable de prévoir un minimum d'isolation comme par exemple, une couche relativement mince 24 telle que représentée sur le dessin.
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The present invention relates to improvements in heat exchanger elements applicable primarily to refrigeration. One of the aims of the invention is to provide a heat exchanger element applicable to the defrosting of evaporators cooled by means of a volatile refrigerant.
The invention also provides: a compact and efficient self-contained heat exchanger tray capable of being transported and handled as a unit; a tray which can be easily installed and mounted in a suitable refrigeration system comprising a compressor and a condenser; a set of small volume and convenient shape; a heat exchanger assembly comprising improved and autonomous means of insulation; an assembly comprising means adapting adequately to the problem of oil in the refrigerant; means for heating a mass of heat storage in the heat exchanger.
Other advantages and characteristics of the present invention will emerge from the following description given with reference to the appended schematic drawings in which
Fig. 1 is a side elevational view, partially broken away and sectioned;
Fig. 2 is a section taken along line 2-2 of FIG. I.
Fig 3 is a section taken along line 3-3 in FIG. I. and FIG. 4 is a section similar to FIG. 2 showing an alternative embodiment of the structure of a coil.
Referring to the drawings, there is shown a tray, casing or enclosure comprising two plates forming the side walls 1 and 2 suitably joined together near their edges, gas-tight. They can, for example be joined together by means of portions of peripheral walls 3 which can consist of edges of one of the side walls. Obviously, the tray or outer enclosure can be formed in different ways, but the structure shown here is made robust and efficient. Inside the enclosure or tray there is a mass of a heat absorbing or storing substance, which for example may be a liquid, as shown at 4 in FIG. I.
The level of this liquid practically reaches the upper inner edge of the enclosure shown in side section. Water, alcohol or any other suitable liquid can be applied as the liquid.
In relation to heat exchange with the liquid mass 4, two coils or two circulation systems have been shown through which a volatile refrigerant is circulated. It should be understood that the term "coil" is applied broadly and therefore should not be limited to a specific arrangement of tubes or pipes, except as regards the restrictions specified below.
Any suitable means can be applied for heating the mass of heat exchange liquid 4. For example, one can apply a coil or a lower tube 5 which, if desired can be connected
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to a source of a heating fluid, such as hot gas from the discharge side of the compressor.
However, it is preferable to apply, as shown, an electrical resistance which can be placed in the tube 5, or such that, without tube 5, this resistance being suitably connected to conductive elements or wires 5a and 5b, which are themselves connected to any suitable electric circuit, such as, for example, any industrial electric current source, whereby the electric resistance element in heat relation with the liquid 4 accumulates heat in said liquid.
There is also shown an upper coil or circulation system 8 which is in the form of a loop 9 constituted by a lower branch 10, an intermediate branch 11 and by oonnection branches 12 and 13. The loop thus formed is of preferably supported, for example, by suitable spacer partitions 14, the lower leg 10 being submerged in the liquid while the middle leg extends partly above the liquid. Reference 15 represents an upper branch which is connected by one of its ends 16 to said loop.
The refrigerant which must be heated for its evaporation is introduced, through an inlet connector 17, into a distribution pipe 18 which communicates at 18a with the upper branch and which extends at 19 downwards inside the connection branch 12. This downwardly directed branch has at its lower end an opening 20 which can be conveniently placed at the level of the upper surface of the liquid 4. A tube or a discharge pipe 21 connects the other end of the liquid. upper branch 15 with an evacuation connector 21a. An elbow forming a manifold 22 is preferably directed downwards and bathes at the bottom of the liquid 4. The lower end of the elbow communicates, via a pipe 23, with the lower branch 10.
If lubricating oil accumulates in the lower branch, it is drawn back to the compressor by suction through line 23.
Any suitable means can be provided for the insulation of the assembly thus provided. For example, a suitable insulating outer jacket can be applied. It is preferable, in certain circumstances, to provide inner layers 24 made of suitable insulating materials or panels which are shown as being disposed between the coil structure and the side walls 1 and 2. Any suitable material can be applied, however. Balsa wood has been shown to be advantageous, especially when treated with asphalt or any other water repellent substance.
It has been found advantageous to apply sidewalls 1 and 2 inwardly against insulating layers 24 using differential pressure. There has therefore been shown a connector 25 through which the air contained inside the enclosure can easily be evacuated. This connector can include an outlet 26 normally closed by a ball or valve 27. Any external closure 28 can also be expected.
It is then easily seen that when an appropriate volume of air has been evacuated from the interior of the enclosure, a substantial difference in pressure results, the pressure which prevails inside the enclosure being some. slightly lower than atmospheric pressure. This excess external pressure exerts a strong inwardly directed thrust against the walls 1 and 2 of the enclosure which causes them to apply strongly against the insulating layers 24, which in turn press strongly against the system. coil described above.
Although the device shown is practically feasible and works, it is nevertheless possible to make any modification of the di-
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dimension, form, as well as in the arrangement and number of the various constituent parts, without departing from the spirit of the invention.
This is why the present description and the accompanying drawings must be interpreted in their broadest sense, being given only as an illustration and not as a limitation of the invention. For example, as shown in fig 4, rectangular tubes could be applied in the upper coil system thus creating a support with a flat rectangular surface for the side walls 1 and 2 and for the insulating layers 24 when subjected to the pressure difference discussed above. Obviously, although it is preferable to adopt an electrical resistance to heat the mass of liquid, any suitable means of heating can be applied.
The height of the liquid is not critical, but it has been found that it is preferable that the upper leg 15 is located partially or entirely above the level of the liquid.
The apparatus according to the invention operates as follows
In automatic refrigeration systems, a compressor supplying hot refrigerant, in the gaseous state, to a suitable condenser and manifold is usually applied. The hot gas condenses in the condenser and accumulates in the liquid state in the collector.
This liquid can then be sent to an evaporator, not shown, through a pressure reducing valve so as to obtain a pressure drop. The refrigerant liquid evaporates in the evaporator and returns to the gaseous state at the suction side of the compressor. These evaporators can be defrosted by bypassing the condenser and supplying the hot gas to the evaporator. This hot gas is used to defrost the evaporator, but at least part of it liquefies or condenses during the defrosting operation.
This liquid must then be evaporated before its return and at the suction side of the compressor. In the device shown, the liquid refrigerant enters the supply connection 17 and circulates in the coil or "boiler" formed by the elements 10, 11, 12, 13 and 15. A part of this assembly, for example for example, the elements 10, 11, 12 and 13 are partially or totally in a heat exchange relationship with the mass 4 which is preferably a liquid. The heat of this mass is used to evaporate the volatile refrigerant. Refrigerant evaporated at the suction side of the compressor through tube 21, submerged loop 22, and outlet fitting 21a.
The lower tube or duct 5 is preferably used as an envelope of suitable resistance. This resistance provides the heat necessary to maintain the appropriate liquid 4 at a suitable temperature allowing the evaporation of the refrigerant liquid which enters the "boiler" through the pipe. 18. We will understand. readily that, if desired, a heated fluid can be circulated through line 5.
Under certain circumstances, it may be advantageous to apply the assembly according to the invention in a circuit in which the hot refrigerant itself passes into line 5 thus serving as a means of heating the heat storage body 4. .
One of the advantages of applying an electric current is that it can provide a constant temperature. Also, since the heat input can be maintained at a constant or substantially constant value, the insulation of the assembly can in certain circumstances be eliminated. However, it is preferable to provide a minimum of insulation such as for example a relatively thin layer 24 as shown in the drawing.