FR2562218A1 - Solar-powered refrigerator - Google Patents

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FR2562218A1 FR8404920A FR8404920A FR2562218A1 FR 2562218 A1 FR2562218 A1 FR 2562218A1 FR 8404920 A FR8404920 A FR 8404920A FR 8404920 A FR8404920 A FR 8404920A FR 2562218 A1 FR2562218 A1 FR 2562218A1
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    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

The refrigerator is powered by photovoltaic energy and consists of a compartment for ice production and a compartment for storing perishable items. Each compartment has an evaporator immersed in a eutectic. Application to the preservation of vaccines and the production of ice in isolated areas.

Description

La présente invention concerne un réfrigérateur à compression permettant le stockage d'éléments dans une plage de température déterminée et la fabrication de glace en utilisant un minimum d'énergie. Elle concerne en particulier un réfrigérateur utilisable pour le stockage des vaccins dans des régions nécessitant une alimentation électrique autonome d'origine solaire photovoltaique.  The present invention relates to a compression refrigerator allowing the storage of elements in a determined temperature range and the production of ice using a minimum of energy. It relates in particular to a refrigerator which can be used for the storage of vaccines in regions requiring an autonomous electrical supply of photovoltaic solar origin.

On a déjà décrit dans le brevet US 4 367 633 un système réfrigérant comportant un compartiment conservation, un compartiment fabrication de glace et un circuit frigorifique, ce système étant spécialement étudié pour des applications similaires à celles visées par le dispositif qui fait l'objet de la présente invention. Dans le dispositif de ce brevet américain, les deux compartiments sont mis en communication par leur partie supérieure et le circuit frigorifique comporte un seul évaporateur qui est immergé dans une solution eutectique et placé dans le compartiment de fabrication de glace. L'inertie thermique de la solution eutectique permet de conserver longtemps les basses tempera- tures et par là, autorise une minimisation de l'énergie consommée du fait de l'augmentation de la longueur des cycles. US Pat. No. 4,367,633 has already described a refrigerating system comprising a storage compartment, an ice-making compartment and a refrigeration circuit, this system being specially studied for applications similar to those targeted by the device which is the subject of the present invention. In the device of this American patent, the two compartments are placed in communication by their upper part and the refrigeration circuit comprises a single evaporator which is immersed in a eutectic solution and placed in the ice-making compartment. The thermal inertia of the eutectic solution makes it possible to keep low temperatures for a long time and thereby allows minimization of the energy consumed due to the increase in the length of the cycles.

Mais l'on remarque que dans ce dispositif, il n'y a pas d'évaporateur dans le compactiment conservateur. Il y a donc des risques -en particulier lors de l'utilisation à des températures ambiantes élevées- que la température dans le compartiment conservateur fluctue, par exemple lorsque l'on remplit le compartiment de fabrication de glace avec de l'eau,et ainsi risque d'être supérieure à la température limite de stockage des vaccins. Le risque est d'autant plus présent que la régulation se fait à partir d'une prise de température de l'eutectique de ce compartiment freezer.But we note that in this device, there is no evaporator in the compacting preservative. There are therefore risks - in particular when used at high ambient temperatures - that the temperature in the preservative compartment fluctuates, for example when the ice-making compartment is filled with water, and thus may be higher than the temperature limit for vaccine storage. The risk is all the more present as the regulation is made from a temperature measurement of the eutectic of this freezer compartment.

En outre, ce dispositif ne permet pas de garder longtemps une température constante en cas de coupure de l'alimentation électrique. Enfin, ce dispositif présente des temps de marche améliorés par rapport à un dispositif dans lequel l'évaporateur n'est pas baigné dans un eutectique, mais ces temps doivent encore être améliorés si l'on veut une optimisation maximale de l'utilisation en circuit autonome.  In addition, this device does not keep a constant temperature for a long time in the event of a power cut. Finally, this device has improved running times compared to a device in which the evaporator is not bathed in a eutectic, but these times must be further improved if we want maximum optimization of the use in circuit. autonomous.

De façon à pallier les divers inconvénients des dispositifs de l'art antérieur, l'invention a pour but un réfrigérateur à compression qui permet le stockage d'éléments dans une plage déterminée, la fabrication de glace et qui peut fonctionner lorsque la température ambiante est élevée, ce dispositif ne présentant qu'une faible consommation d'électricité. In order to overcome the various drawbacks of the devices of the prior art, the object of the invention is a compression refrigerator which allows the storage of elements within a determined range, the production of ice and which can operate when the ambient temperature is high, this device having only a low electricity consumption.

Pour cela, elle prévoit un système de production de froid du type comprenant un premier compartiment pour la fabrication de la glace, un second compartiment pour la conservation d'éléments périssables, un circuit frigorifique à compression à détente par capillaire et un circuit de régulation du circuit frigorifique comprenant un dispositif de mesure de température. Ce système est caractérisé en ce que les deux compartiments sont isolés l'un de l'autre et en ce que le circuit frigorifique comporte au moins deux évaporateurs en série, chacun étant placé dans un desdits compartiments et étant plongé dans un liquide eutectique constituant un stockage thermique, ledit dispositif de mesure de la température étant situé dans le compartiment conservateur. For this, it provides a cold production system of the type comprising a first compartment for the manufacture of ice, a second compartment for the conservation of perishable elements, a refrigeration circuit with compression expansion by capillary expansion and a circuit for regulating the refrigeration circuit comprising a temperature measuring device. This system is characterized in that the two compartments are isolated from one another and in that the refrigeration circuit comprises at least two evaporators in series, each being placed in one of said compartments and being immersed in a eutectic liquid constituting a thermal storage, said temperature measuring device being located in the preservative compartment.

Selon une caractéristique complémentaire de l'invention, le compartiment de fabrication de glace est constitué par un premier bac, ouvert en sa partie supérieure, situé à l'intérieur d'un second bac, les deux bacs définissant entre eux une enceinte contenant le liquide eutectique dans lequel est plongé l'évaporateur. According to a complementary characteristic of the invention, the ice-making compartment is constituted by a first container, open in its upper part, located inside a second container, the two containers defining between them an enclosure containing the liquid. eutectic in which the evaporator is immersed.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'évaporateur entoure le premier bac au moins dans sa partie supérieure. According to another characteristic of the invention, the evaporator surrounds the first tank at least in its upper part.

De préférence, les deux bacs sont parallélépipédiques. Preferably, the two tanks are parallelepiped.

Selon une autre caractéristique, le compartiment de conservation est constitué par une enceinte ouverte en sa partie supérieure et munie, à proximité de celle-ci, d'un anneau, de~préférence horizontal, contenant le fluide eutectique dans lequel est plonge l'évaporateur. According to another characteristic, the preservation compartment is constituted by an enclosure open in its upper part and provided, near it, with a ring, preferably horizontal, containing the eutectic fluid in which the evaporator is immersed. .

Mais d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation de l'invention, description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente les éléments essentiels d'un
réfrigérateur réalisé selon l'invention, - la figure 2 représente l'évaporateur du compartiment
conservateur, - la figure 3 représente le circuit frigorifique, - la figure 4 représente une coupe du réfrigérateur de la
figure 1, - la figure 5 représente l'évolution de certaines températures
lors du fonctionnement du réfrigérateur.
However, other characteristics and advantages will appear on reading the following description of an exemplary embodiment of the invention, description made with reference to the appended drawings in which - Figure 1 represents the essential elements of a
refrigerator produced according to the invention, - Figure 2 shows the compartment evaporator
conservative, - figure 3 represents the refrigeration circuit, - figure 4 represents a section of the refrigerator of the
figure 1, - figure 5 represents the evolution of certain temperatures
during operation of the refrigerator.

On a représenté sur la figure 1 les éléments essentiels d'un réfrigérateur réalisé selon l'invention. Ce réfrigérateur est appelé "réfrigérateur solaire", car son alimentation provient d'un générateur photovoltalque comportant des accumulateurs en tampon. I1 est destiné à la conservation de vaccins et à la fabrication de glace dans les zones isolées, la glace devant servir principalement au transport des vaccins dans des récipients isothermes. FIG. 1 shows the essential elements of a refrigerator produced according to the invention. This refrigerator is called "solar refrigerator" because its power comes from a photovoltaic generator comprising accumulators in buffer. It is intended for the storage of vaccines and for the production of ice in isolated areas, the ice being used mainly for the transport of vaccines in insulated containers.

I1 comprend essentiellement une enceinte isotherme fermée par un couvercle de façon à réaliser un ensemble du type bahut. L'enceinte comporte un compartiment conservateur dans lequel sont disposés les vaccins. Tous ces éléments sont classiques et ne sont pas représentés. Le compartiment de fabrication de glace est représenté par (1) et il comprend un premier bac (2) parallélépipédique dont la face supérieure (3) est ouverte. Le bac (2) est entouré d'un. second bac (4), parallélépipédique. Les deux bacs (2) et (4) définissent une enceinte (5) dans laquelle est disposé le serpentin (6) de l'évaporateur (7) du compartiment fabrication de glace. I1 essentially comprises an isothermal enclosure closed by a cover so as to produce an assembly of the sideboard type. The enclosure has a preservative compartment in which the vaccines are placed. All these elements are classic and are not shown. The ice-making compartment is represented by (1) and it comprises a first parallelepipedal tank (2) whose upper face (3) is open. The tank (2) is surrounded by a. second tank (4), parallelepiped. The two tanks (2) and (4) define an enclosure (5) in which is arranged the coil (6) of the evaporator (7) of the ice-making compartment.

L'évaporateur (8) du compartiment conservateur (18) est placé à l'intérieur d'un tube (9) qui est disposé à l'intérieur du compartiment conservateur et à sa partie supérieure. Cet ensemble est plus particulièrement illustré à la figure 2 ou l'on remarque que le tube (9) comporte un orifice (10) de remplissage. The evaporator (8) of the preservative compartment (18) is placed inside a tube (9) which is arranged inside the preservative compartment and at its upper part. This assembly is more particularly illustrated in FIG. 2 where it is noted that the tube (9) has a filling orifice (10).

Le circuit frigorifique (11) est représenté à la figure 3. I1 comporte un compresseur (12), un double condenseur (13) et (14), un filtre déshydrateur (15), l'évapora- teur (7) du compartiment fabrique de glace et l'évaporateur (8) du compartiment conservateur. Les deux évaporateurs sont montés en série. Entre l'entrée (16) de l'évaporateur (7) et le filtre (15), le fluide frigorifique liquide circule dans un capillaire (17) qui est mis en situation d'échange thermique avec la sortie (20) de l'évaporateur (8). La régulation de ce circuit se fait à partir d'une mesure de la température dans le compartiment (18). The refrigeration circuit (11) is shown in Figure 3. I1 includes a compressor (12), a double condenser (13) and (14), a filter drier (15), the evaporator (7) of the factory compartment of ice and the evaporator (8) of the preservative compartment. The two evaporators are connected in series. Between the inlet (16) of the evaporator (7) and the filter (15), the liquid refrigerant circulates in a capillary (17) which is placed in a heat exchange situation with the outlet (20) of the evaporator (8). The regulation of this circuit is based on a measurement of the temperature in the compartment (18).

En se référant à la figure 1, on voit que l'évaporateur est enroulé en double spirale autour de la partie supérieure (22) du bac (2) alors que sur la figure 2, on remarque que l'évaporateur (8) est enroulé en spirale sur toute la longueur du tube (9)
Le tube (9) et ltenceinte (5) sont remplis d'une solution eutectique.
Referring to Figure 1, we see that the evaporator is wound in a double spiral around the upper part (22) of the tank (2) while in Figure 2, we notice that the evaporator (8) is wound spiral over the entire length of the tube (9)
The tube (9) and the enclosure (5) are filled with a eutectic solution.

La figure 4 représente une coupe partielle du réfrigérateur dont les éléments ont été illustrés aux figures 1, 2 et 3. Sur cette figure, on a plus précisément représenté le corps (40) du réfrigérateur comportant l'enceinte isotherme (41) et le couvercle (42), remplis de matière isolante t43).  4 shows a partial section of the refrigerator whose elements have been illustrated in Figures 1, 2 and 3. In this figure, there is more precisely shown the body (40) of the refrigerator comprising the isothermal enclosure (41) and the cover (42), filled with insulating material t43).

Cette figure illustre la façon dont le compartiment fabrication de glace (1) et le compartiment conservateur (18) sont séparés thermiquement. D'une part, ils sont séparés par la cloison épaisse (45) remplie de matière isolante, mais aussi par le couvercle secondaire (46) qui coiffe le compartiment fabrication de glace. Sur cette figure, on n'a pas représenté le circuit frigorifique.This figure illustrates how the ice-making compartment (1) and the preservative compartment (18) are thermally separated. On the one hand, they are separated by the thick partition (45) filled with insulating material, but also by the secondary cover (46) which covers the ice-making compartment. In this figure, the refrigeration circuit has not been shown.

Le réfrigérateur ainsi réalisé a un compartiment fabrication de glace de 10 dm3, et un compartiment conservation de 65 dm3. L'évaporateur du compartiment fabrication de glace est plongé dans 1,5 dm3 de liquide eutectique. The refrigerator thus produced has an ice-making compartment of 10 dm3, and a storage compartment of 65 dm3. The evaporator of the ice-making compartment is immersed in 1.5 dm3 of eutectic liquid.

L'évaporateur (8) est plongé dans au moins 2,8 dm3 d'eutectique. Ce réfrigérateur, alimenté en courant continu, consomme,en régime permanent et en charge complète, 395 Wh/jour à 430C à température ambiante et 421 Wh/jour à 320C et permet de maintenir une température moyenne de 40C dans le compartiment conservateur, cette température restant toujours dans la fourchette 2-80C.The evaporator (8) is immersed in at least 2.8 dm3 of eutectic. This refrigerator, supplied with direct current, consumes, in steady state and full load, 395 Wh / day at 430C at room temperature and 421 Wh / day at 320C and allows to maintain an average temperature of 40C in the preservative compartment, this temperature always remaining in the 2-80C range.

Ce même réfrigérateur peut fabriquer 1,3 kg de glace en moins de 24 heures, en maintenant une température intérieure à +40C dans le compartiment conservateur, cette température n'étant jamais inférieure à 20C ni supérieure à 80C. La température de l'eau avant congélation est égale à la température ambiante, la température finale étant inférieure à -30C, en général égale à -70C. Pour cela, les consommations relevés sont les suivantes : 564 Wh/jour pour 430C de température ambiante et 420 Wh/jour à 320C. Ces consommatipns sont donc parfaitement compatibles avec une alimentation photovoltalque. This same refrigerator can produce 1.3 kg of ice in less than 24 hours, maintaining an internal temperature of + 40C in the conservative compartment, this temperature never being below 20C nor above 80C. The temperature of the water before freezing is equal to room temperature, the final temperature being less than -30C, generally equal to -70C. For this, the consumptions recorded are as follows: 564 Wh / day for 430C of ambient temperature and 420 Wh / day for 320C. These consumptions are therefore perfectly compatible with a photovoltaic power supply.

Les bonnes performances de cette installation sont principalement dues à l'effet bénéfique de l'utilisation de 2 évaporateurs en série combinée avec l'utilisation de deux milieux eutectiques. The good performance of this installation is mainly due to the beneficial effect of the use of 2 evaporators in series combined with the use of two eutectic media.

En l'absence de cette caractéristique, un réfrigérateur identique ne pourrait pas atteindre les mêmes performances et en particulier, il consommerait entre 1,5 et 2 fois plus d'énergie pour fabriquer la même masse de glace. In the absence of this characteristic, an identical refrigerator could not achieve the same performance and in particular, it would consume between 1.5 and 2 times more energy to manufacture the same mass of ice.

En effet, pendant la période de fabrication de la glace, le stock eutectique permet une restitution mieux répartie des frigories lors du cyclage du compresseur et permet ainsi d'avoir un bon rapport de fonetionnsnent. La fabrication de glace n'entraîne donc pas de perturbation au niveau du compartiment de conservation. Ce résultat est mis en évidence par la figure 5 des dessins, qui représente des températures en différents points du réfrigérateur pendant son fonctionnement. Indeed, during the ice-making period, the eutectic stock allows a better distributed restitution of the frigories during the cycling of the compressor and thus allows to have a good function ratio. The production of ice therefore does not cause any disturbance in the storage compartment. This result is evidenced by FIG. 5 of the drawings, which represents temperatures at different points of the refrigerator during its operation.

La courbe (30) représente la température prise sur une paroi du compartiment conservateur, la courbe (31) représente la température prise sur la paroi annulaire de l'évaporateur (8) de ce compartiment conservateur. La courbe (32) représente la température de l'eau introduite dans le compartiment fabrication de glace et la courbe (33) représente la température au niveau de l'évaporateur (7) du compartiment fabrique de glace. On remarque sur cette figure que le compartiment fabrique de glace peut fournir les frigories nécessaires à la solidification de l'eau sans que cela entraîne de variation de la température du compartiment conservation.Ce résultat peut être attribué non seulement à la présence d'une solution eutectique dans chaque compartiment, en particulier de la solution eutectique dans le compartiment fabrique de glace qui permet de restituer les frigories emmagasinées, mais aussi à l'utilisation pour la régulation, d'une prise de température dans le compartiment conservateur qui est thermiquement isolé du compartiment fabrication de glace. The curve (30) represents the temperature taken on a wall of the preservative compartment, the curve (31) represents the temperature taken on the annular wall of the evaporator (8) of this preservative compartment. The curve (32) represents the temperature of the water introduced into the ice-making compartment and the curve (33) represents the temperature at the evaporator (7) of the ice-making compartment. Note in this figure that the ice-making compartment can supply the frigories necessary for the solidification of the water without this resulting in variation of the temperature of the conservation compartment. This result can be attributed not only to the presence of a solution eutectic in each compartment, in particular the eutectic solution in the ice-making compartment which allows restoring stored frigories, but also for the use for regulation, of a temperature measurement in the preservative compartment which is thermally isolated from the ice-making compartment.

De plus, la présence dans le circuit des eutectiques confère une inertie thermique importante, entraîne des temps de marche plus longs pour le compresseur. De ce fait, la viscosité de l'huile du compresseur diminue avec son échauffement, d'où une diminution des frottements et de la consommation électrique. De plus, le faible nombre de cycles entraîne une moins grande perte thermique par effet caloduc. En effet, dans un circuit frigorifique à compression à détente par capillaire, il y a équilibrage des pressions à l'arrêt. Le fluide frigorigène a tendance à aller vers l'endroit le plus froid du circuit, c'est-à-dire vers l'évaporateur. I1 s'y condense jusqu'à le remplir de liquide en libérant de la chaleur, ce qui introduit une quantité fixe de chaleur à l'intérieur du réfrigérateur à chaque temps d'arrêt du compresseur. In addition, the presence in the eutectic circuit confers significant thermal inertia, resulting in longer running times for the compressor. As a result, the viscosity of the compressor oil decreases with its heating, hence a reduction in friction and in electrical consumption. In addition, the low number of cycles results in less heat loss due to the heat pipe effect. Indeed, in a refrigeration circuit with compression with expansion by capillary, there is balancing of the pressures at the stop. The refrigerant tends to go to the coldest place in the circuit, that is to say to the evaporator. It condenses there until it fills with liquid, releasing heat, which introduces a fixed amount of heat inside the refrigerator each time the compressor stops.

Un autre avantage de la diminution du nombre de cycles est l'augmentation de la durée de vie du compresseur. Another advantage of the reduction in the number of cycles is the increase in the service life of the compressor.

La présence d'un stock froid -liquide eutectiquedans le compartiment conservation de vaccins permet de conserver ceux-ci encore plusieurs heures après un arrêt du réfrigérateur, ce qui peut être d'une importance vitale en zone isolée. La géométrie de ce stock, c'est-à-dire la position horizontale de l'évaporateur à proximité de l'ouverture du bac, entraîne une faible stratification des températures dans ce compartiment.  The presence of a cold stock - eutectic liquid in the vaccine storage compartment makes it possible to keep them for several hours after stopping the refrigerator, which can be of vital importance in isolated areas. The geometry of this stock, that is to say the horizontal position of the evaporator near the opening of the tank, results in low stratification of the temperatures in this compartment.

D'autre part, la présence d'un stock froid dans le compartiment fabrication de glace permet d'éviter que la température ne remonte au-dessus de zéro pendant les temps d'arrêt et permet ainsi que la fabrication de la glace n'ait que très peu d'influence sur la température du compartiment conservateur. On the other hand, the presence of a cold stock in the ice-making compartment makes it possible to prevent the temperature from rising above freezing during downtime and thus allows the ice-making to have very little influence on the temperature of the preservative compartment.

Les bonnes performances de ce dispositif sont aussi attribuables au fait que les deux évaporateurs travaillent à des températures voisines de zéro degré, c'est-à-dire à des températures plus élevées que pour un réfrigérateur classique sans eutectique. Ce mode de fonctionnement permet une augmentation notable du C.O.P. The good performance of this device is also due to the fact that the two evaporators work at temperatures close to zero degrees, that is to say at higher temperatures than for a conventional refrigerator without eutectic. This operating mode allows a noticeable increase in C.O.P.

A titre indicatif, un réfrigérateur tel que celui qui a fait l'objet des essais ci-dessus, a des cycles d'environ 96 minutes dont 63 correspondent au temps d'arrêt du compresseur. As an indication, a refrigerator such as that which was the subject of the tests above, has cycles of approximately 96 minutes of which 63 correspond to the compressor downtime.

Mais l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit. Elle en englobe au contraire toutes les variantes, en particulier toutes les variantes géométriques. However, the invention is not limited to the embodiment described. On the contrary, it includes all the variants, in particular all the geometric variants.

Par exemple, les bacs constituant le compartiment fabrique de glace ou le compartiment conservateur peuvent avoir des formes autres que parallélépipédiques. Ils peuvent en effet présenter toute forme adaptée à l'utilisation envisagée. For example, the bins constituting the ice-making compartment or the preserving compartment may have shapes other than parallelepipedic. They can indeed have any shape suitable for the intended use.

Claims (5)

REVENDICATIONS un liquide eutectique constituant un stockage thermique. an eutectic liquid constituting a thermal storage. placé dans le compartiment conservateur et plongé dans placed in the preservative compartment and immersed in le circuit frigorifique comporte au moins un évaporateur the refrigeration circuit includes at least one evaporator compartiments sont isolés l'un de l'autre et en ce que compartments are isolated from each other and in that stockage thermique, caractérisé en ce que les deux thermal storage, characterized in that both étant plongé dans un liquide eutectique constituant un being immersed in a eutectic liquid constituting a compartiment de fabrication de glace, ledit évaporateur ice making compartment, said evaporator capillaire comprenant au moins un évaporateur dans le capillary comprising at least one evaporator in the un circuit frigorifique à compression à détente par an expansion compression refrigeration circuit by compartiment pour la conservation d'éléments périssables, compartment for storing perishable items, timent pour la fabrication de la glace, un second timent for making ice, a second I - Réfrigérateur à compression comprenant un premier compar I - Compression refrigerator including a first compar 2 - Réfrigérateur selon la revendication 1, caractérisé en2 - Refrigerator according to claim 1, characterized in ce que le compartiment de fabrication de glace est what the ice making compartment is constitué par un premier bac, ouvert en sa partie supé consisting of a first tank, open in its upper part rieure et situé à l'intérieur d'un deuxième bac, les and located inside a second bin, the deux bacs définissant entre eux une enceinte contenant two tanks defining between them an enclosure containing le liquide eutectique dans lequel est plongé l'évapora the eutectic liquid in which the evaporator is immersed teur. tor. 3 - Réfrigérateur selon la revendication 2, caractérisé en3 - Refrigerator according to claim 2, characterized in ce que les deux bacs sont parallélépipédiques. that the two tanks are parallelepiped. 4 - Réfrigérateur selon la revendication 1, caractérisé en4 - Refrigerator according to claim 1, characterized in ce que le compartiment conservation est constitué par what the conservation compartment consists of une enceinte ouverte en sa partie supérieure et munie, an enclosure open in its upper part and provided, à proximité de celle-ci, d'un anneau contenant le fluide near it, a ring containing the fluid eutectique dans lequel est plonge l'évaporateur. eutectic in which the evaporator is immersed. 5 - Réfrigérateur selon la revendication 4, caractérisé en5 - Refrigerator according to claim 4, characterized in ce que ledit anneau est horizontal.  that said ring is horizontal.
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