FR2571480A1 - Procede d'injection du fluide frigorigene dans une armoire frigorifique a deux compartiments et armoire frigorifique pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Procede d'injection du fluide frigorigene dans une armoire frigorifique a deux compartiments et armoire frigorifique pour la mise en oeuvre de ce procede Download PDF

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Abstract

L'INVENTION EST RELATIVE A UN PROCEDE POUR L'INJECTION DU FLUIDE FRIGORIGENE DANS UNE ARMOIRE FRIGORIFIQUE MONOCOMPRESSEUR A DEUX COMPARTIMENTS A TEMPERATURES DIFFERENTES ET A UNE ARMOIRE FRIGORIFIQUE POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE PERMETTANT D'OBTENIR DES VALEURS FIXES DE TEMPERATURE DANS CHAQUE COMPARTIMENT, LORSQUE LA TEMPERATURE D'AMBIANCE VARIE ENTRE UNE VALEUR MINIMUM ET UNE VALEUR MAXIMUM. LA REGULATION EST EFFECTUEE GRACE A UN THERMOSTAT T PLACE DANS LE COMPARTIMENT A TEMPERATURE PLUS HAUTE, ET LE FLUIDE, APRES COMPRESSION, EST INJECTE EN SERIE DANS UNE PREMIERE PARTIE 121 DE L'EVAPORATEUR 120 DU COMPARTIMENT A TEMPERATURE PLUS HAUTE, DANS L'EVAPORATEUR 110, 111 DU COMPARTIMENT A TEMPERATURE PLUS BASSE, ET DANS UNE SECONDE PARTIE 122 DE L'EVAPORATEUR DU COMPARTIMENT A TEMPERATURE PLUS HAUTE AVANT DE RETOURNER AU MOTOCOMPRESSEUR 20. LA CONNAISSANCE DES RAPPORTS DES BESOINS FRIGORIFIQUES ENTRE LES DEUX COMPARTIMENTS AUX TEMPERATURES EXTREMES D'AMBIANCE PERMET DE DETERMINER LES RAPPORTS DES LONGUEURS ETOU SURFACES UTILES ENTRE LES DEUX PARTIES 121, 122 DE L'EVAPORATEUR DU COMPARTIMENT A TEMPERATURE PLUS HAUTE.

Description

257 1 480
PROCEDE D'INJECTION DU FLUIDE FRIGORIGENE DANS
UNE ARMOIRE FRIGORIFIQUE A DEUX COMPARTIMENTS
ET ARMOIRE FRIGORIFIQUE POUR
LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE
L'invention est relative à un procédé d'injection du fluide frigorigène dans une armoire frigorifique à deux compartiments
munie d'un seul motocompresseur pour alimenter en série les éva-
porateurs de chaque compartiment, et à une armoire frigorifique mettant en oeuvre ce procédé. Dans les armoires frigorifiques à deux compartiments, les normes communément admises stipulent que la température dans le compartiment servant à la congélation et à la conservation des aliments ne doit pas être supérieure à -18 C, et que la température dans le compartiment servant à l'entreposage ou à la réfrigération des denrées fraiches doit être comprise entre 0 C et 5 C. Ces conditions doivent être remplies pour une température d'ambiance
comprise entre 16 C et 32 C.
Or, il est connu que le rapport des besoins frigorifiques entre les deux compartiments d'une armoire frigorifique varie selon la
température d'ambiance.
A 32 C, la différence entre l'ambiance et la température souhaitée dans le compartiment de congélation est de 50C; la différence entre l'ambiance et la température souhaitée dans le
compartiment de réfrigération est de 27 C.
Dans ce cas, le rapport r des différences est donc sensiblement
égal à 2.
A 16 C, la différence entre l'ambiance et la température
souhaitée du compartiment de congélation est de 34 C; la dif-
férence entre l'ambiance et la température souhaitée pour le
compartiment de réfrigération est de 11 C.
Dans ce cas, le rapport R des différences est donc environ égal à 3.
Les déperditions ne dépendent pas de la température d'am-
biance. Les besoins de chaque compartiment sont proportionnels aux
différences de températures.
Ainsi, le rapport des besoins frigorifiques du compartiment de congélation sur les besoins frigorifiques du compartiment de réfri-
gération est donc une demi-fois plus important à 16 C qu'à 32 C.
Ces conditions extrêmes entraînent, pour les armoires frigo-
rifiques à un seul compresseur, des problèmes de régulation de la
température dans chaque compartiment. Ces armoires sont cal-
culées pour que les températures correctes soient atteintes à 320C d'ambiance. Or, le thermostat de régulation est généralement situé dans le compartiment de réfrigération, cequi signifie qu'à 16 C d'ambiance, le compartiment de congélation ne sera que partiellement satisfait en besoins frigorifiques et atteindra par exemple une température
de -15 C.
On a remédié à ce problème et on obtient une température correcte dans chaque compartiment, en réalisant des armoires à l'intérieur desquelles, près de lévaporateur du compartiment de
réfrigération, on place une résistance électrique dite de compen-
sation. Cette résistance est alimentée lors des arrêts du com-
presseur lorsque la température d'ambiance est basse. Ainsi, elle réchauffe artificiellement le compartiment et augmente le temps de fonctionnement du compresseur, ce qui permet de satisfaire les
besoins du compartiment de congélation.
Cependant ce système présente des inconvénients.
La résistance est utilisée en mode d'injection dit normal: le fluide frigorigène passe d'abord dans l'évaporateur du compartiment
de réfrigération, puis dans celui du compartiment de congélation.
Lorsque l'on désire congeler des aliments, il est parfois néces-
saire de mettre manuellement en service une résistance supplé-
mentaire.
Ceci multiplie donc les manipulations et les risques d'erreur.
Egalement, il existe une surconsommation d'énergie et une augmen-
tation du prix de revient de l'armoire.
Afin de remédier à ces inconvénients, on a réalisé des ar-
moires à injection inversée.
Dans ces armoires, on alimente d'abord l'évaporateur du com-
partiment de congélation, puis celui du compartiment de réfri-
gération dans lequel est placé le thermostat de régulation. Le principe de fonctionnement est le suivant: Le fluide frigorigène, en se vaporisant à l'intérieur d'un évaporateur, absorbe des calories dans le compartiment associé. La vaporisation est progressive et s'effectue au fur et à mesure que le
fluide avance dans le circuit d'évaporation.
Il arrive cependant un moment o tout le fluide est vaporisé, et il apparaît donc une limite à partir de laquelle l'évaporateur ne fait plus de froid. On parle de limite de remplissage du circuit d'évaporation. Dans le cas de l'injection inversée, la. limite se situe dans le
compartiment de réfrigération qui se trouve en fin de circuit.
Si à 32'C, l'évaporateur du compartiment de réfrigération est totalement efficace car le remplissage en fluide frigorigène est
effectué pour qu'il en soit ainsi, au contraire à 16*C, cet évapo-
rateur ne devient efficace qu'en partie. On assiste à un recul de la limite de remplissage qui varie donc en fonction de la température ambiante. L'évaporateur du compartiment de congélation est toujours totalement efficace. Les besoins frigorifiques de ce compartiment
sont donc entièrement satisfaits.
Cependant, ce mode d'injection présente encore des incon-
vénients: bien que le compartiment de congélation soit pleinement
satisfait, puisque son évaporateur est toujours constamment ef-
ficace, et que par contre l'évaporateur du compartiment de réfri-
gération est plus ou moins rempli selon l'ambiance, ce qui vérifie les conditions sur les rapports des besoins frigorifiques en fonction de l'ambiance, il peut survenir des problèmes de répartition du froid, en
raison des dispersions qui apparaissent d'une armoire à une autre.
Ces dispersions sont dûes essentiellement à la précision de la charge en fluide frigorigène, aux répartitions des déperditions frigorifiques entre les compartiments, à la précision sur les débits
des capillaires, et enfin au volume de l'évaporateur.
En raison de ces dispersions, il est parfois difficile d'obtenir les températures optimales dans les deux compartiments selon. les
températures d'ambiance.
Le procédé d'injection de l'invention a pour but de remédier aux différents inconvénients 'suscités par les procédés de l'art
antérieur.
Selon l'invention, un procédé d'injection du fluide frigorigène dans le circuit frigorifique d'une armoire à deux compartiments à températures différentes, équipée d'un seul motocompresseur, afin obtenir des valeurs fixes de températures dans les compartiments,
pour des températures d'ambiance comprises entre une valeur mini-
mum et une valeur maximum, est caractérisé en ce que l'éva-
porateur du compartiment à température plus haute comporte deux
parties, et en ce que, la régulation étant effectuée dans le compar-
timent à température plus haute, le fluide après compression et détente circule en série dans une première partie de l'évaporateur du compartiment à température plus haute, puis dans l'évaporateur du compartiment à température plus basse avant de circuler dans une seconde partie de l'évaporateur du compartiment à température
plus haute et de retourner au motocompresseur.
Dans une armoire pour la mise en oeuvre du procédé de
l'invention, le compartiment à température plus basse est un com-
partiment de congélation et le compartiment à température plus
--haute est un compartiment de réfrigération.
Dans une mise en oeuvre préférée du procédé de l'invention, les proportions respectives entre les premières et secondes parties de l'évaporateur du compartiment à température plus haute sont
calculées en fonction des besoins frigorifiques de chaque compar-
timent aux températures extrêmes d'ambiance dans lesquelles doit
fonctionner l'armoire frigorifique.
D'autres caractéristiques et avantages du procédé de l'in-
vention apparaîtront avec la description de quelques modes préférés
de mise en oeuvre faite en regard des figures annexées sur les-
quelles: - la figure I est une vue d'une armoire à deux compartiments, la figure 2 est une vue du circuit frigorifique pour la mise en
oeuvre du procédé de l'invention.
Dans l'exemple de la figure 1, l'ensemble frigorifique I com-
porte deux compartiments à températures différentes: un compar-
timent Il à une température de l'ordre de -18 C, appelé compar-
timent de congélation et de conservation et un compartiment 12 à
une température de l'ordre de +5 C appelé compartiment de réfri-
gération. La figure 2 illustre le circuit frigorifique et l'alimentation
électrique du motocompresseur.
Le maintien des températures dans les compartiments est assuré à l'aide d'un circuit frigorifique unique du type à capillaire équipé d'un seul motocompresseur. La régulation s'effectue à l'aide d'un thermostat T placé dans le compartiment de réfrigération. Ce thermostat, lors de son ouverture, coupe l'alimentation électrique du
compresseur 20. Le circuit électrique est relié au réseau d'alimen-
tation par des bornes El et E2.
Le circuit frigorifique comprend, en série, un motocom-
presseur 20, un condenseur 21, un filtre déshydrateur 22, un capil-
laire 23.
A la sortie du capillaire 23 se trouve une première partie 121 de l'évaporateur du compartiment de réfrigération. En série avec cette première partie se trouve l'évaporateur 111 du compartiment de congélation. La sortie de l'évaporateur 111 du compartiment de
congélation est reliée à l'entrée d'une seconde partie 122 de l'éva-
porateur du compartiment de réfrigération.
La sortie de la seconde partie 122 de l'évaporateur du compar-
timent de réfrigération est reliée à un bouilleur 24, et le retour du fluide au compresseur 20 s'effectue dans une tubulure 25, en sortie
du bouilleur.
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De préférence, il existe un échange de chaleur au retour entre la tubulure 25 et le capillaire 23. Dans un mode de réalisation préféré, cet échange de chaleur s'effectue à l'aide d'un système coaxial, c'est-à-dire que le capillaire est placé à l'intérieur de la tubulure. Le sens de circulation du fluide frigorigène dans l'ensemble est
indiqué par des flèches sur la figure 2.
De préférence, l'évaporateur 121,122 du compartiment de ré-
frigération est réalisé à l'aide d'un panneau 120 de Roll Bond. Le procédé de réalisation d'un tel évaporateur consiste à souder par laminage des feuilles d'aluminium en superposition. Une -encre spéciale est déposée en des endroits des feuilles à souder: le
soudage s'effectue en dehors des endroits o l'encre a été déposée.
Après le laminage, les parties d'évaporateur 121, 122 sont réalisées en injectant un liquide haute pression aux endroits o les feuilles n'ont pas été soudées. La haute pression entraînme le gonflage
entre les deux tôles.
L'évaporateur prend ainsi la forme d'un panneau o les circuits
de circulation 121, 122 sont des reliefs.
Dans un mode de réalisation préféré, le bouilleur 24 est
également réalisé sur le panneau 120 par le procédé Roll Bond.
L'évaporateur 111 du compartiment de congélation, de pré-
férence, se présente sous la forme d'un tube aplati. Sa longueur est
d'une quinzaine de mètres.
Egalement l'évaporateur 111 du compartiment peut être réa-
lisé par la technique du Roll Bond.
Dans ce cas, cet évaporateur se présente sous la forme d'un
panneau 110.
Dans le mode de réalisation représenté, les évaporateurs sont disposés verticalement. La séparation entre les deux parties de l'évaporateur du compartiment de réfrigération s'effectue alors dans le sens de la hauteur pour des raisons de commodité. Ainsi la première partie 121 occupe une hauteur H et la seconde partie 122 occupe une hauteur h.
Les longueurs et/ou surfaces efficaces de chaque partie d'éva-
porateur sont donc proportionnelles aux hauteurs de ces parties.
Dans le cas particulier o les températures extrêmes d'am-
biance pour lesquelles on veut obtenir -18 C dans le compartiment de congélation et +.5 C dans le compartiment de réfrigération sont comprises entre +16 C et + 32 C, la hauteur H de la première
partie 121 de l'évaporateur du compartiment de réfrigération repré-
sente les deux tiers de la hauteur totale de l'évaporateur. La
seconde partie 122 possède une hauteur h égale au tiers restant.
Ainsi, les surfaces respectives des parties d'évaporateur sont les
deux tiers de l'évaporateur et le tiers de l'évaporateur.
Ce sont les connaissances des rapports des besoins frigo-
rifiques de chaque compartiment, en fonction de la température ambiante, qui permettent de déterminer les rapport des surfaces des
deux parties de l'évaporateur du compartiment de réfrigération.
En effet, comme il a été dit dans le préambule, le rapport des besoins frigorifiques du compartiment de congélation sur les besoins frigorifiques du compartiment de réfrigération est r = 2 à 32 C d'ambiance et est R = 3 à 16 C. En outre, puisque les déperditions sont indépendantes de la température ambiante, mais que les besoins de chaque compartiment dépendent de cette température ambiante
et puisque la régulation s'effectue dans le compartiment de réfri-
gération, il s'ensuit qu'une température maximum de - 18 C est obtenue dans le compartiment de congélation, en toutes conditions d'ambiance, dès lors que la température dans le compartiment de réfrigération atteint 5 C et que l'évaporateur du compartiment de
congélation est totalement efficace.
S. elon l'invention, le circuit frigorifique est chargé de façon que la totalité des évaporateurs soit efficace à 32 C d'ambiance, (c'est-à-dire de façon que la limite de remplissage soit à la fin du circuit frigorifique), et les dimensions totales des évaporateurs sont
choisies pour que les températures souhaitées dans chaque compar-
timent soient atteintes à cette ambiance.
On constate, par la connaissance des rapports des besoins frigorifiques dans les conditions limites d'ambiance que les besoins du compartiment de réfrigération sont réduits d'environ un tiers à 16 C par rapport aux besoins à 32 C, en considérant que les besoins frigorifiques du compartiment de congélation ne sont satisfaits que si son évaporateur est totalement efficace dans toutes les conditions d'ambiance. Ainsi, on peut admettre que, si la totalité des évaporateurs doit être efficace à 32 C pour que les bonnes températures soient atteintes dans les deux compartiments, alors à 16 C l'efficacité de
l'évaporateur du compartiment de réfrigération sera réduite cd'un-
tiers. L'efficacité d'un évaporateur est proportionnelle à la surface utile de cet évaporateur, c'est-à-dire à la surface des tubulures. Or cette surface est proportionnelle à la longueur des tubulures. Donc l'efficacité dépend indifféremment de la surface utile ou de la
longueur utile.
Ainsi, le rapport de' la surface (ou de la longueur) utile de la
première partie 121 de l'évaporateur du compartiment de réfri-
gération sur la surface (ou la longueur) totale de cet évaporateur doit donc être égal à R R.
Donc, si la seconde partie 122 de l'évaporateur du compar-
timent de réfrigération 12 équivaut au minimum au tiers de la totalité de l'évaporateur de ce compartiment, alors la totalité des évaporateurs sera efficace à 32 C et seulement la première partie 121 de l'évaporateur du compartiment de réfrigération et la totalité, ou la presque totalité de l'évaporateur 111 du compartiment de _congélation seront efficaces à 16C. La limite de remplissage peut varier et se trouver légèrement à l'intérieur du compartiment de congélation, mais ceci n'a pas d'importance car la longueur de l'évaporateur de ce compartiment est très importante par rapport
aux dispersions qui risquent d'être obtenues.
Entre 16 C et 32 C, la première partie de l'évaporateur du compartiment de réfrigération, la totalité de l'évaporateur du compartiment de congélation et une portion de la seconde partie du
compartiment de réfrigération seront efficaces.
Donc, le procédé d'injection de l'invention permet d'augmenter les performances d'un ensemble frigorifique à deux compartiments, dans ces conditions extrêmes d'utilisation à un moindre coût car il
permet de se passer des résistances de compensation.
Par rapport à l'injection inversée, la précision sur les tempé-
ratures obtenues est meilleure. Ce procédé est très souple car, pour
sa mise en oeuvre, il suffit de connaître les températures extrêmes -
d'ambiance pour lesquelles on désire obtenir un bon fonctionnement, afin de déterminer les besoins de chaque compartiment et d'en
déduire les surfaces optimales efficaces dans les conditions limites.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    I. Procédé d'injection du fluide frigorigène dans le circuit frigorifique d'une armoire frigorifique à deux compartiments à températures différentes, équipée d'un seul motocompresseur, afin
    d'obtenir des valeurs fixes de températures dans chaque compar-
    timent, pour des températures d'ambiance comprises entre une valeur maximum et une valeur minimum, caractérisé en ce que l'évaporateur du compartiment à température plus haute comporte deux parties, et en ce que la régulation étant effectuée dans le compartiment à température plus haute, le fluide après compression
    et détente est injecté en série dans une première partie de l'éva-
    porateur du compartiment à température plus haute, dans l'éva-
    porateur du compartiment à température plus basse, et dans une seconde partie de l'évaporateur du compartiment à température plus
    haute avant d'être renvoyé au motocompresseur.
  2. 2. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que le circuit frigorifique est chargé en fluide frigorigène de façon que la totalité des évaporateurs soit efficace à la température d'ambiance maximum et en ce que les surfaces et/ou les longueurs de chaque partie de l'évaporateur du compartiment à température plus haute
    sont optimisées en fonction des besoins frigorifiques des deux com-
    partiments aux températures extrêmes d'ambiance.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface et/ou la longueur utile de la seconde partie de l'évaporateur du compartiment à température plus haute est telle que la totalité
    -.ou la presque totalité de l'évaporateur du compartiment à tempé-
    rature plus basse est efficace -à la température cd'ambiance mi-
    nimum.
  4. 4. Procédé selon rune quelconque des revendications précé-
    dentes, caractérisé en ce que le rapport de la surface de la première partie de l'évaporateur du compartiment à température plus haute sur la surface totale de cet évaporateur et/ou le rapport de la longueur de la première partie dudit évaporateur sur la longueur totale de cet évaporateur est égal au rapport r, dans lequel r est le rapport des besoins frigorifiques du compartiment à température plus basse sur les besoins du compartiment à température plus haute, pour une température d'ambiance maximum, et dans lequel R
    est le rapport des besoins frigorifiques du compartiment à tempé-
    rature plus basse sur les besoins frigorifiques à température plus
    haute, pour une température d'ambiance minimum.
  5. 5. Armoire frigorifique monocompresseur, pour la mise en
    oeuvre du procédé selon la revendication 1, dans laquelle le compar-
    timent à température plus basse (11) est un compartiment de congélation, et dans laquelle le compartiment à température plus haute (12) est un compartiment de réfrigération, caractérisée en ce que la première partie (121) de l'évaporateur du compartiment de réfrigération (12) possède une longueur égale aux deux tiers de la longueur totale de cet évaporateur et/ou une surface égale aux deux tiers de la surface totale de cet évaporateur, pour que soient maintenues une température de -18 C dans le compartiment de congélation (11) et une température de +5 C dans le compartiment de réfrigération (12), lorsque la température d'ambiance varie entre
    +16 C et +32 C.
  6. 6. Armoire selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'évaporateur (121, 122) du compartiment de réfrigération (12) est constitué d'un panneau (120) unique de Roll-Bond sur lequel sont
    réalisées les deux parties de l'évaporateur.
  7. 7. Armoire selon la revendication 5, caractérisée en ce que
    l'évaporateur (111) du compartiment de congélation (1l1) est cons-
    titué d'un tube aplati.
  8. 8. Armoire selon la revendication 5, caractérisée en ce que
    l'évaporateur (1l) du compartiment de congélation (11) est cons-
    titué d'un panneau (110) de Roll-Bond.
  9. 9. Armoire frigorifique selon l'une quelconque des revendi-
    cations 5 et 6, caractérisée en ce qu'un bouilleur (24) est situé à la sortie de la seconde partie (122) de l'évaporateur du compartiment de réfrigération (12) et est réalisé sur le panneau de Roll-Bond (120)
    constituant l'évaporateur.
  10. 10. Armoire frigorifique selon l'une quelconque des reven-
    dications 5 à 9 à l'intérieur de laquelle l'injection du fluide com-
    primé à l'entrée du circuit d'évaporation (111; 121, 122) se fait
    grâce à un capillaire (23) de détente, situé en sortie d'un con-
    denseur (21), et à l'intérieur de laquelle le retour des gaz au compresseur (20) s'effectue grâce à une tubulure (25) reliée à la sortie du bouilleur (24), caractérisée en ce qu'un échange de chaleur est réalisé entre le capillaire (23) et la tubulure (25) de retour, afin
    d'améliorer le rendement.
  11. 11. Armoire frigorifique selon la revendication 10, carac-
    térisée en ce que l'échange de chaleur est réalisé en plaçant coaxialement à l'intérieur de la tubulure (25) de retour des gaz du
    compresseur une partie du capillaire (23) d'injection.
  12. 12. Armoire frigorifique selon la revendication 10, carac-
    térisée en ce que l'échange de chaleur est réalisé en plaçant coaxialement à l'intérieur de la tubulure (25) de retour des gaz au
    compresseur la totalité du capillaire (23) d'injection.
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