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.