Dispositif de dégivrage de l'évaporateur d'une machine frigorifique
La présente invention a pour objet un dispositif de dégivrage de l'évaporateur d'une machine frigorifique à compression. Dans cette machine, un fluide frigorigène gazeux comprimé par un compresseur est amené dans un condenseur dans lequel il est condensé. Le fluide frigorigène liquide sortant du condenseur est acheminé à travers un réservoir liquide/gaz et un détendeur, dans un évaporateur dans lequel il est évaporé.
Le fluide frigorigène gazeux sortant de l'évaporateur est aspiré par le compresseur pour être recyclé.
Dans de telles machines frigorifiques connues, le dégivrage de l'évaporateur est réalisé par admission dans ce dernier d'une quantité de fluide frigorigène gazeux qui y est condensé et qui est ramené dans le réservoir liquide/gaz. Cette quantité de fluide frigorigène gazeux est amenée dans l'évaporateur, à travers une conduite de dérivation qui relie, d'une part, la conduite de refoulement du compresseur aboutissant au réservoir liquide/gaz et, d'autre part, la conduite d'aspiration de ce compresseur raccordant l'évaporateur à ce dernier. Généralement, le raccordement de la conduite de dérivation sur la conduite de refoulement du compresseur se trouve à peu de distance de ce dernier.
Toutefois, ce raccordement peut aussi être prévu sur le réservoir liquide/gaz. Par ailleurs, le raccordement de la conduite de dérivation sur la conduite d'aspiration du compresseur est situé à peu de distance de l'évaporateur et assuré par une vanne à trois voies.
Lorsque l'épaisseur de la glace ou du givre formé sur les parois de l'évaporateur d'une machine frigorifique connue atteint une valeur limite, un détecteur d'épaisseur de cette glace ou de ce givre actionne la vanne à trois voies de manière à couper la mise en communication de l'évaporateur et du compresseur, à travers la conduite d'aspiration de ce dernier et à établir la liaison entre ces deux éléments de la machine frigorifique, à travers la conduite de dérivation. De ce fait, à ce moment, une quantité de fluide frigorigène gazeux chaud est véhiculé dans l'évaporateur par le compresseur qui continue à tourner normalement. Cette quantité de fluide frigorigène gazeux cède sa chaleur latente aux parois de l'évaporateur, se condense ainsi sur celles-ci et y ruisselle dans le fond.
Le fluide frigorigène liquide résultant est ramené ensuite de l'évaporateur au réservoir liquide/gaz, à travers une conduite de retour.
Lorsque l'évaporateur est dégivré, le détecteur actionne la vanne à trois voies en sorte de rétablir la mise en communication de l'évaporateur et du compresseur, à travers la conduite d'aspiration de ce dernier et de faire refonctionner ainsi normalement la machine frigorifique.
Dans les machines frigorifiques connues, le compresseur reste constamment en marche pendant tout le dégivrage de l'évaporateur et produit la pression motrice nécessaire au déplacement du fluide frigorigène gazeux servant au dégivrage. Ainsi, le dégivrage de l'évaporateur est fait complètement par du fluide frigorigène gazeux à pression constamment élevée et à température constamment voisine de celle de saturation.
Le but de la présente invention est de fournir un dispositif de dégivrage d'une machine frigorifique à compression assurant un dégivrage plus économique et plus rationnel de l'évaporateur que les dispositifs analogues des machines frigorifiques connues.
Le dispositif de dégivrage selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour prélever continûment le fluide frigorigène gazeux servant au dégivrage hors du réservoir liquide/gaz et le véhiculer dans l'évaporateur d'abord sous l'effet des différences de pressions existant entre le réservoir et l'évaporateur, et ensuite sous l'effet de thermosiphon, sans l'intervention motrice du compresseur qui est arrêté au moment de l'ouverture de la vanne de dégivrage et qui est remis en marche au moment de sa fermeture.
Grâce à ce dispositif, le dégivrage de l'évaporateur de la machine frigorifique est complètement indépendant du compresseur et n'exige aucune dépense d'énergie sinon celle nécessaire à l'actionnement de la vanne de dégivrage. En outre, le fluide frigorigène gazeux prélevé dans le réservoir de dégivrage et servant au dégivrage se trouve à une pression réduite à la fin du dégivrage, pression d'ailleurs égalisée à ce moment dans le circuit frigorifique de la machine et n'entravant pas le redémarage de l'organe moteur du compresseur. De plus, le dégivrage est efficace car on dispose pour le réaliser d'une plus grande quantité de chaleur, vu qu'on profite de la chaleur ambiante du médium de refroidissement du condenseur, transmise à l'évaporateur à travers le réservoir de dégivrage.
Enfin, le dégivrage est rationnel thermodynamiquement vu le changement total de phase du fluide frigorigène mis en oeuvre, condensé dans l'évaporateur et évaporé dans le condenseur.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, trois formes d'exécution de l'objet de l'invention:
La fig. 1 est un schéma illustrant une machine frigorifique comprenant la première forme d'exécution, cette machine étant en marche normale.
La fig. 2 est un schéma analogue illustrant la même machine pendant la période de dégivrage.
Les fig. 3 et 4 sont des schémas de deux autres machines frigorifiques comprenant respectivement la seconde et la troisième forme d'exécution.
La machine frigorifique comprend un compresseur
1, un condenseur 2, un réservoir de dégivrage 3, un détendeur 4 et un évaporateur 5.
Le réservoir de dégivrage 3 présente deux compartiments 6 et 7 qui sont adjacents. Dans la première forme de réalisation, ces compartiments 6 et 7 sont superposés tandis que dans les deuxième et troisième formes d'exécution les compartiments 6 et 7 sont horizontalement adjacents.
Les compartiments 6 et 7 du réservoir de dégivrage
3 sont séparés l'un de l'autre par une cloison 8, mais
ils communiquent entre eux par un tube 9 vertical dans la première forme d'exécution ou par une ouverture 9 de cette cloison dans les deux derniers cas.
Le réservoir de dégivrage 3 contient constamment du fluide frigorigène en phase liquide surmonté par du fluide frigorigène en phase gazeuse.
En marche normale de la machine frigorifique, du
fluide frigorigène en phase gazeuse est aspiré par le compresseur 1 de la partie supérieure de l'évaporateur
5 et refoulé vers le condenseur 2, à travers une con
duite d'aspiration 10 et une conduite de refoulement
11. Lors de son passage à travers le condenseur 2, le fluide frigorigène est refroidi et passe en phase liquide.
A la sortie du condenseur 2, le fluide frigorigène en
phase liquide est admis dans le réservoir de dégivrage
3 dans lequel il peut passer d'un compartiment à l'au
tre à travers le tube 9 ou l'ouverture 9' de la cloison 8.
Sous l'action du compresseur 1, du fluide frigorigène en phase liquide est transporté à travers une conduite de
liaison 14 jusqu'au détendeur 4 où se produit une chute de pression. De là le fluide frigorigène est introduit dans
la partie inférieure de l'évaporateur 5 dans lequel il
poursuit son évaporation et fournit alors du froid à la
machine frigorifique. Après avoir assuré le refroidissement voulu de cette machine, le fluide frigorigène en phase gazeuse est aspiré par le compresseur 1 à la partie supérieure de l'évaporateur 5 pour recommencer le même cycle.
Après un certain temps de marche normale, il se forme sur les parois de l'évaporateur 5 une couche de givre ou de glace dont l'épaisseur est détectée par un pressostat 15, un thermostat ou une minuterie. Lorsque l'épaisseur de cette couche atteint une valeur limite, le pressostat 15 agit et assure la période de dégivrage nécessaire des parois de l'évaporateur 5.
Le pressostat 15 est branché dans le circuit électrique d'alimentation de l'organe moteur du compresseur 1 par des conducteurs électriques 16. En outre, le pressostat 15 est relié électriquement à une vanne de dégivrage 17 jusqu'alors fermée par des conducteurs électriques 18. La vanne de dégivrage 17 est branchée dans une conduite de dégivrage 19 qui s'étend de la partie supérieure d'un des compartiments du réservoir de dégivrage 3, à la conduite d'aspiration 10. Le pressostat 15 ayant enregistré une pression déterminée correspondant à une couche de glace ou de givre déterminée met le compresseur 1 à l'arrêt et ouvre la vanne de dégivrage 17. Il s'établit ainsi alors une même pression stabilisée dans la machine frigorifique. L'agent réfrigérant du condenseur agit cette fois comme source de chaleur pour le fluide frigorigène.
Le fluide frigori gène en phase liquide se trouvant en réserve dans les compartiments du réservoir de dégivrage 3 est progressivement vaporisé dans le condenseur 2 qui joue le rôle d'évaporateur. Ce fluide frigorigène vaporisé passe ensuite à travers la conduite de dégivrage 19 et la vanne
17 alors ouverte dans l'évaporateur 5, d'abord sous l'effet des différences de pression existant entre le réservoir 3 et cet évaporateur 5, et ensuite sous l'effet de thermosiphon, sans l'intervention motrice du compresseur 1. Dans l'évaporateur 5, le fluide frigorigène gazeux est condensé en transmettant sa chaleur de vaporisation à la couche de glace ou de givre qui fond.
Le fluide frigorigène ainsi condensé est acheminé dans la partie inférieure de l'évaporateur 5 et est évacué par gravité à travers la conduite de retour 20 pourvue d'un clapet de retenue 21, dans la partie inférieure du compartiment 6 du réservoir de dégivrage 3 pour passer ensuite dans le compartiment 6 de ce réservoir et pour être recyclé à travers le condenseur 2 et l'évaporateur 5.
Lorsque le dégivrage est terminé, le pressostat 15 ferme simultanément la vanne de dégivrage 17 et remet le compresseur 1 en marche. Le niveau du fluide frigo
rigène en phase liquide remonte dans le réservoir de dégivrage 3. En outre, lors de la reprise de la marche normale, la pression élevée régnant dans le réservoir de dégivrage 3 est rétablie, ce qui produit la fermeture du clapet de retenue 21.
Les formes d'exécution selon les fig. 3 et 4 diffèrent de la précédente non pas tellement par la disposition mutuelle des compartiments 6 et 7 du réservoir de dégivrage 3, mais surtout par la présence d'un moyen permettant d'évaporer, pendant le dégivrage de cette machine, au moins une partie du fluide frigorigène en phase liquide se trouvant dans le réservoir 3.
Dans la deuxième forme d'exécution selon la fig. 3, ce moyen est constitué d'une résistance électrique 22 entourant une portion de la conduite 12. Cette résistance alimentée en courant par des conducteurs électriques 23 produit par effet Joule la chaleur nécessaire à l'évaporation du fluide frigorigène en phase liquide.
Dans la troisième forme d'exécution selon la fig. 4, le moyen est un échangeur de chaleur 24 formé par une portion de la conduite 12 et par une autre conduite alimentée par un agent chauffant, notamment par de l'air ambiant.
Au moment où la couche de givre ou de glace sur les parois de l'évaporateur 5 atteint une épaisseur limite, le pressostat 15 commande simultanément l'arrêt du compresseur 1, l'ouverture de la vanne de dégivrage 17, l'alimentation de la résistance électrique 22 ou de l'échangeur thermique 24. Cette action a pour effet d'établir dans tout le circuit de la machine frigorifique une pression moyenne entre les parties haute pression et basse pression mises en communication par la vanne de dégivrage 17. L'agent réfrigérant du condenseur agit cette fois comme agent fournissant de la chaleur au fluide frigorigène en phase gazeuse amené dans ce condenseur 2, grâce à l'évaporation du fluide frigorigène en phase liquide se trouvant dans la partie chauffée de la conduite 12.
Ce fluide frigorigène en phase liquide chauffé par la résistance électrique 22 ou l'échangeur calorifique 24 monte en gouttelettes jusqu'au condenseur 2 où elles sont gazéifiées, le condenseur jouant le rôle d'évaporateur. Le fluide frigorigène se trouvant dans le condenseur 2 est ainsi continuellement vaporisé et passe par la conduite 13 dans la partie supérieure du réservoir de dégivrage 3. Ce fluide frigorigène vaporisé passe ensuite à travers la conduite de dégivrage 19 par la vanne de dégivrage 17 alors ouverte et aboutit à l'évaporateur 5, d'abord sous l'effet des différences de pression existant entre le réservoir 3 et cet évaporateur 5 et ensuite sous l'effet de thermosiphon, sans l'intervention motrice du compresseur 1.
Dès lors, le fluide frigorigène gazeux se condense dans l'évaporateur 5 et dégivre ainsi ce dernier. Le fluide frigorigène liquide ainsi produit par condensation dans l'évaporateur 5 s'écoule de celui-ci et passe à travers la conduite de retour 20 dans le réservoir de dégivrage 3.
Evaporator defrost device of a refrigeration machine
The present invention relates to a device for defrosting the evaporator of a compression refrigeration machine. In this machine, a gaseous refrigerant compressed by a compressor is fed into a condenser in which it is condensed. The liquid refrigerant leaving the condenser is conveyed through a liquid / gas tank and an expansion valve, into an evaporator in which it is evaporated.
The gaseous refrigerant leaving the evaporator is sucked by the compressor to be recycled.
In such known refrigerating machines, the evaporator is defrosted by admission into the latter of a quantity of gaseous refrigerant which is condensed therein and which is returned to the liquid / gas tank. This quantity of gaseous refrigerant is brought into the evaporator, through a bypass line which connects, on the one hand, the discharge line of the compressor leading to the liquid / gas tank and, on the other hand, the discharge line. suction of this compressor connecting the evaporator to the latter. Usually, the connection of the bypass line to the compressor discharge line is a short distance from the compressor.
However, this connection can also be provided on the liquid / gas tank. In addition, the connection of the bypass line to the compressor suction line is located a short distance from the evaporator and is provided by a three-way valve.
When the thickness of the ice or frost formed on the walls of the evaporator of a known refrigerating machine reaches a limit value, a thickness detector of this ice or of this frost actuates the three-way valve so as to cut the communication between the evaporator and the compressor, through the suction line of the latter and establish the connection between these two elements of the refrigeration machine, through the bypass line. Therefore, at this time, a quantity of hot gaseous refrigerant is conveyed into the evaporator by the compressor which continues to operate normally. This quantity of gaseous refrigerant gives up its latent heat to the walls of the evaporator, thus condenses on them and trickles down there to the bottom.
The resulting liquid refrigerant is then returned from the evaporator to the liquid / gas tank, through a return line.
When the evaporator is defrosted, the detector actuates the three-way valve so as to re-establish communication between the evaporator and the compressor, through the suction line of the latter and thus make the refrigeration machine operate normally. .
In known refrigeration machines, the compressor remains constantly on throughout the defrost of the evaporator and produces the driving pressure necessary for the displacement of the gaseous refrigerant used for defrosting. Thus, the defrosting of the evaporator is carried out completely by gaseous refrigerant at constantly high pressure and at a temperature constantly close to that of saturation.
The aim of the present invention is to provide a defrosting device for a compression refrigeration machine ensuring more economical and rational defrosting of the evaporator than similar devices of known refrigerating machines.
The defrosting device according to the invention is characterized in that it comprises a means for continuously withdrawing the gaseous refrigerant used for defrosting from the liquid / gas tank and transporting it to the evaporator first under the effect of the differences. of pressures existing between the tank and the evaporator, and then under the thermosiphon effect, without the motor intervention of the compressor which is stopped when the defrost valve is opened and which is restarted when the its closure.
Thanks to this device, the defrosting of the evaporator of the refrigerating machine is completely independent of the compressor and does not require any energy expenditure other than that necessary to actuate the defrost valve. In addition, the gaseous refrigerant taken from the defrost tank and used for defrosting is at a reduced pressure at the end of defrosting, a pressure which is also equalized at this time in the machine's refrigeration circuit and does not interfere with the restart of the compressor motor unit. In addition, defrosting is efficient because more heat is available to carry it out, since it takes advantage of the ambient heat from the condenser cooling medium, transmitted to the evaporator through the defrost tank.
Finally, defrosting is thermodynamically rational given the total phase change of the refrigerant used, condensed in the evaporator and evaporated in the condenser.
The appended drawing represents, by way of example, three embodiments of the object of the invention:
Fig. 1 is a diagram illustrating a refrigeration machine comprising the first embodiment, this machine being in normal operation.
Fig. 2 is a similar diagram illustrating the same machine during the defrost period.
Figs. 3 and 4 are diagrams of two other refrigeration machines comprising respectively the second and the third embodiment.
The refrigeration machine includes a compressor
1, a condenser 2, a defrost tank 3, an expansion valve 4 and an evaporator 5.
The defrost tank 3 has two compartments 6 and 7 which are adjacent. In the first embodiment, these compartments 6 and 7 are superimposed while in the second and third embodiments the compartments 6 and 7 are horizontally adjacent.
Compartments 6 and 7 of the defrost tank
3 are separated from each other by a partition 8, but
they communicate with each other through a vertical tube 9 in the first embodiment or through an opening 9 in this partition in the last two cases.
The defrost tank 3 constantly contains liquid phase refrigerant surmounted by gas phase refrigerant.
In normal operation of the refrigeration machine,
refrigerant in gaseous phase is sucked by compressor 1 from the upper part of the evaporator
5 and delivered to the condenser 2, through a con
suction line 10 and a discharge line
11. As it passes through the condenser 2, the refrigerant is cooled and goes into the liquid phase.
At the outlet of the condenser 2, the refrigerant in
liquid phase is admitted into the defrost tank
3 in which it can go from one compartment to the other
be through the tube 9 or the opening 9 'of the partition 8.
Under the action of compressor 1, refrigerant in liquid phase is transported through a
link 14 to the regulator 4 where a pressure drop occurs. From there the refrigerant is introduced into
the lower part of the evaporator 5 in which it
continues to evaporate and then provides cold to the
refrigeration machine. After ensuring the desired cooling of this machine, the refrigerant in the gaseous phase is sucked by the compressor 1 at the upper part of the evaporator 5 to start the same cycle again.
After a certain period of normal operation, a layer of frost or ice forms on the walls of the evaporator 5, the thickness of which is detected by a pressure switch 15, a thermostat or a timer. When the thickness of this layer reaches a limit value, the pressure switch 15 acts and ensures the necessary defrosting period of the walls of the evaporator 5.
The pressure switch 15 is connected to the electrical supply circuit of the motor member of the compressor 1 by electrical conductors 16. In addition, the pressure switch 15 is electrically connected to a defrost valve 17 until then closed by electrical conductors 18. The defrost valve 17 is connected in a defrost pipe 19 which extends from the upper part of one of the compartments of the defrost tank 3, to the suction pipe 10. The pressure switch 15 having recorded a corresponding determined pressure. at a determined layer of ice or frost puts the compressor 1 off and opens the defrost valve 17. The same stabilized pressure is thus established in the refrigeration machine. The condenser refrigerant this time acts as a heat source for the refrigerant.
The refrigerant fluid in the liquid phase which is in reserve in the compartments of the defrost tank 3 is gradually vaporized in the condenser 2 which acts as an evaporator. This vaporized refrigerant then passes through the defrost line 19 and the valve
17 then open in the evaporator 5, first under the effect of the pressure differences existing between the tank 3 and this evaporator 5, and then under the effect of thermosiphon, without the motor intervention of the compressor 1. In the Evaporator 5, the gaseous refrigerant is condensed by transmitting its heat of vaporization to the layer of ice or frost which melts.
The refrigerant thus condensed is conveyed to the lower part of the evaporator 5 and is discharged by gravity through the return pipe 20 provided with a check valve 21, in the lower part of the compartment 6 of the defrost tank 3 for then pass into compartment 6 of this tank and to be recycled through condenser 2 and evaporator 5.
When the defrost is finished, the pressure switch 15 simultaneously closes the defrost valve 17 and puts the compressor 1 back on. The refrigerant level
Rigene in the liquid phase rises in the defrost tank 3. In addition, when normal operation is resumed, the high pressure prevailing in the defrost tank 3 is reestablished, which produces the closing of the check valve 21.
The embodiments according to FIGS. 3 and 4 differ from the previous one not so much by the mutual arrangement of the compartments 6 and 7 of the defrost tank 3, but above all by the presence of a means making it possible to evaporate, during the defrosting of this machine, at least a part refrigerant in liquid phase in tank 3.
In the second embodiment according to FIG. 3, this means consists of an electrical resistance 22 surrounding a portion of the pipe 12. This resistance supplied with current by electrical conductors 23 produces by Joule effect the heat necessary for the evaporation of the refrigerant in the liquid phase.
In the third embodiment according to FIG. 4, the means is a heat exchanger 24 formed by a portion of the pipe 12 and by another pipe supplied with a heating agent, in particular with ambient air.
When the layer of frost or ice on the walls of the evaporator 5 reaches a limit thickness, the pressure switch 15 simultaneously controls the stopping of the compressor 1, the opening of the defrost valve 17, the supply of the electrical resistance 22 or of the heat exchanger 24. This action has the effect of establishing an average pressure throughout the refrigerating machine circuit between the high pressure and low pressure parts placed in communication by the defrost valve 17. The condenser refrigerant this time acts as an agent providing heat to the refrigerant in gas phase brought into this condenser 2, thanks to the evaporation of the refrigerant in liquid phase located in the heated part of the pipe 12.
This liquid phase refrigerant heated by the electric resistance 22 or the heat exchanger 24 rises in droplets to the condenser 2 where they are gasified, the condenser playing the role of evaporator. The refrigerant in the condenser 2 is thus continuously vaporized and passes through line 13 in the upper part of the defrost tank 3. This vaporized refrigerant then passes through the defrost line 19 via the defrost valve 17 then open. and ends at the evaporator 5, first under the effect of the pressure differences existing between the tank 3 and this evaporator 5 and then under the thermosiphon effect, without the motor intervention of the compressor 1.
Consequently, the gaseous refrigerant condenses in the evaporator 5 and thus defrosts the latter. The liquid refrigerant thus produced by condensation in the evaporator 5 flows therefrom and passes through the return line 20 into the defrost tank 3.