FR2725014A1 - Dispositif pour ameliorer le fonctionnement d'un echangeur frigorifique d'une installation frigorifique - Google Patents

Abstract

Dispositif pour améliorer le fonctionnement d'un échangeur frigorifique d'une installation frigorifique. Installation frigorifique telle que chambre froide, meuble réfrigérant ou analogue, du type comprenant une enceinte (7), un circuit comportant un échangeur (19) dont l'intérieur est alimenté en fluide frigorigène ou frigoporteur, des moyens de ventilation (18) aptes à mettre en circulation un gaz tel que de l'air à l'intérieur de l'enceinte, de façon que ledit gaz vienne en contact avec et soit refroidi par l'échangeur, caractérisée en ce qu'elle comporte, en amont dudit échangeur, des moyens aptes à rendre homogène au moins une caractéristique physique du flux de gaz en amont et/ou en aval de l'échangeur.

Description

DISPOSITIF POUR AMELIORER LII FONCTIOIINEMENT
D' UN ECHANGEUR FRIGORIFIQUE
D'UNE INSTLLIJITION FRIGORIFIQUE
La présente invention se rapporte aux installations réfrigérantes telles que chambres froides, chambres de congélation, meubles ou vitrines réfrigérées, et analogues.

Ces installations, et notamment les meubles ou vitrines réfrigérées, comportent une carrosserie délimitant une enceinte à l'intérieur de laquelle une température donnée peut être maintenue, une ventilation apte à faire circuler dans cette enceinte un gaz à refroidir tel que de l'air, et au moins un échangeur à l'intérieur duquel circule un fluide frigorigène ou frigoporteur. En circulant, l'air vient en contact avec l'extérieur de l'échangeur et est ainsi refroidi. Ce type d'échangeur est en général constitué par des tubes à ailettes, agencés sous forme de batterie.

Les installations connues ont l'avantage d'être relativement simples et leur mise en oeuvre conventionnelle est bien assimilée par les installateurs professionnels.

Cependant, ces installations sont susceptibles d'améliorations à certains égards.

On sait que ces installations comportent plusieurs ventilateurs aspirant l'air provenant de l'enceinte et du rideau d'air à l'embouchure ou l'entrée du meuble ou de l'enceinte, par des orifices de reprise. L'air aspiré se refroidit ensuite au contact de la batterie d'évaporateur/échangeur pour retourner vers l'enceinte à refroidir.

Dans la demande de brevet français nO 93.14.460 déposée au nom du demandeur de la présente demande, on a proposé de réaliser l'évaporateur ou échangeur sous la forme de plusieurs nappes empilées les unes sur les autres et séparées par des pans d'isolation qui séparent le flux de ventilation en autant de veines qu'il y a de nappes.

Les moyens de ventilation sont usuellement constitués dune série de ventilateurs alignés. Immédiatement en aval des ventilateurs, la distribution des pressions dynamique n'est pas régulière. Ainsi pour un ventilateur, la pression est maximum au centre de celui-ci puis diminue sur ses bords. I1 en résulte que la zone située entre deux ventilateurs voisins présente une pression minimale. La distribution des vitesse est en conséquence également hétérogène.

Une autre caractéristique des systèmes connus qu'il serait souhaitable d'améliorer, est mise en évidence par la configuration de l'échangeur en plusieurs nappes séparées par des pans. On a constaté que les pressions dynamiques de l'air sont différentes en aval desdites nappes, le flux principal des moyens de ventilation se divisant au passage sur les nappes en flux secondaires distincts. I1 en résulte que les débits d'air présentent des valeurs décroissantes d'une nappe à la suivante.

Ainsi, le flux issu de la nappe supérieure subit le moins de perte de charge et le moins de perte de pression dynamique, tandis que la nappe inférieure subit une plus grande perte de charge et une plus grande perte de pression dynamique. Le débit de la nappe supérieure est donc plus élevé que le débit de la nappe inférieure et les nappes intermédiaires présentent des valeurs de débit intermédiaires.

Ce phénomène affecte le fonctionnement du dispositif dans une certaine mesure compte tenu des différences d'une nappe à l'autre. Le flux issu des nappes présente des caractéristiques physiques différentes.

Enfin, l'échangeur est généralement constitué d'éléments inclinés ascendant dans le sens de l'écoulement du fluide. Les moyens de récupération de l'eau de dégivrage suivent donc également une pente ascendante dans le sens de l'écoulement de l'air. I1 en résulte que l'écoulement de l'eau sur les moyens de récupération est à contrecourant de l'écoulement de l'air. L'écoulement de l'eau est freiné et des gouttelettes d'eau se créent qui favorisent l'accumulation de givre nuisible au fonctionnement de l'échangeur.

L'invention a pour objet de remédier à ces inconvénients et propose un dispositif permettant de pallier à ces inconvénients et propose également une installation frigorifique pourvue d'un tel dispositif, améliorant le fonctionnement de l'échangeur, et donc le rendement total de l'installation, tout en étant susceptible d'être associé à des échangeurs traditionnels.

A cet effet, selon l'invention, l'installation frigorifique telle que chambre froide, meuble réfrigérant ou analogue, du type comprenant une enceinte, un circuit comportant un échangeur dont l'intérieur est alimenté en fluide frigorigène ou frigoporteur, des moyens de ventilation aptes à mettre en circulation un gaz tel que de l'air à l'intérieur de l'enceinte, de façon que ledit gaz vienne en contact avec et soit refroidi par l'échangeur, est caractérisée en ce qu'elle comporte, en amont dudit échangeur, des moyens aptes à rendre homogène au moins une caractéristique physique du flux de gaz en amont et/ou en aval de l'échangeur.

Selon une forme préférée de réalisation, les moyens comportent des premiers moyens disposés en amont entre l'échangeur et les ventilateurs (de préférence le plus éloigné possible des ventilateurs), et des seconds moyens disposés en aval de l'échangeur.

Les moyens en amont sont constitués, par exemple, d'une plaque perforée permettant de créer des pertes de charge en vue de répartir la pression statique du gaz aboutissant à l'entrée de l'échangeur. Les moyens disposés en aval de l'échangeur comportent avantageusement un déflecteur convergent, de préférence prolongé par un conduit permettant d'éviter les pertes de charge et d'amener ainsi le fluide vers l'enceinte frigorifique avec des caractéristiques physiques homogènes.

La ou les caractéristiques physiques visées par le dispositif de l'invention peuvent être, par exemple, la pression statique, le débit ou la vitesse.

L'installation de l'invention vise également à remédier & BR< l'inconvénient relatif à l'écoulement de l'eau de dégivrage. A cet effet, on dispose la batterie d'échangeur selon une disposition descendante dans le sens de l'écoulement du flux gazeux. Ainsi, l'écoulement de l'eau et de l'air se fait dans le même sens.

L'invention sera bien comprise à la lumière de la description qui suit se rapportant à un exemple illustratif mais non limitatif de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 montre une vue schématique en coupe d'une installation frigorifique de l'invention ; et - la figure 2 montre une vue de détail en coupe schématique d'une forme de réalisation du dispositif de l'invention.

On a représenté sur la figure 1, de façon schématique, une vue en coupe d'une installation frigorifique à laquelle s'applique l'invention et pourvue du dispositif selon l'invention.

L'invention est plus particulièrement décrite et représentée en rapport avec un meuble ou une vitrine réfrigérée portant la référence 1, comportant une face arrière 2, une face supérieure 3 et une base 4 susceptible de reposer sur le sol par exemple. La face avant ou frontale 5 du meuble 1 est ouverte en 6.

L'ouverture 6 permet d'accéder à l'intérieur du meuble ou de l'enceinte 7 délimitant un volume de stockage de denrées alimentaires par exemple. L'intérieur de l'enceinte 7 est maintenu à une température comprise, par exemple, entre 0 et 60. L'enceinte 7 est divisée par des étagères respectivement 8, 9 et 10 en des sous-enceintes respectivement 11, 12, 13 et 14 (en commençant par la sous-enceinte supérieure 11).

L'espace intérieur entre les parois respectives 2, 3 et 4 du meuble 1 et les parois extérieures de l'enceinte intérieure 7, sont disposées les unes par rapport aux autres de manière à délimiter des espaces de circulation d'air portant les références générales respectives 15 à la base, 16 à l'arrière et 17 en partie supérieure.

Dans l'espace inférieur 15 de circulation d'air, sont prévus des moyens de ventilation symbolisés par le ventilateur 18 refoulant de l'air venant de la reprise 24 vers une batterie d'échangeurs 19, l'air à la sortie des échangeurs étant refroidi puis refoulé vers l'espace arrière 16 de circulation d'air. Cet air refroidi pénètre dans les sous-enceintes 11 à 14 au travers de la paroi arrière de l'enceinte 7, par des ouvertures appropriées (connues en elles-mêmes et non représentées). L'air refroidi pulsé à l'intérieur des enceintes permet donc de refroidir les produits alimentaires disposés sur les étagères 8 à 10 et de maintenir ces derniers à une température comprise, par exemple, entre 0 et 60. L'air ayant perdu ses frigories après passage sur les denrées alimentaires, s'évacue vers la face avant 6 du meuble 1 pour constituer un rideau d'air principal 19.Un second rideau d'air non refroidi, ou d'air à température ambiante, et portant la référence 20, peut être créé à l'aide d'un ventilateur 21 disposé de préférence en partie supérieure et refoulant l'air de l'extérieur du meuble 1 vers un caisson 22 et par l'intermédiaire d'un conduit 23 vers l'ouverture 6 pour créer ledit second rideau d'air 20 non refroidi formant un rideau d'air auxiliaire.

L'air aspiré par les ventilateurs 18 < à la base du dispositif) et destiné à être refroidi par les échangeurs 19, provient d'une part de l'extérieur du meuble 1, et d'autre part des rideaux d'air principaux 19 et auxiliaires 20. L'air est ainsi aspiré par un orifice dit de reprise et portant la référence 24, puis amené par un conduit 25 vers les ventilateurs 18.

Le meuble 1 est également pourvu, à sa base, d'un orifice 30 d'évacuation d'eau de dégivrage.

L'acheminement de l'air en vue de son refroidissement, à la base du meuble 1, est réalisé de manière à acheminer ce dernier en limitant les pertes de charge. Sont ainsi prévues une paroi inférieure 26 et une paroi supérieure 27 délimitant un conduit de section quadrangulaire par exemple et contre ces dernières sont disposés le ou les ventilateurs 18, éventuellement associés à des déflecteurs respectivement inférieur 28 et supérieur 29, afin d'adapter le diamètre des pales des ventilateurs au conduit ainsi créé.

L'échangeur ou évaporateur 19 est du type connu en luimême et, par exemple, peut être du type de celui décrit dans la demande de brevet français 93.14460 précédemment cité.

Plus particulièrement, les échangeurs/évaporateurs sont, selon cet exemple, réalisés sous la forme de plusieurs nappes d'évaporateurs ou d'échangeurs individuels, empilées les une sur les autres et séparées par des pans d'isolation qui séparent le flux de ventilation en autant de veines qu'il y a de nappes.

Des détails et renseignements complémentaires concernant l'échangeur/évaporateur et le meuble frigorifique 1 tel que décrit ci-dessus pourront être trouvés par l'homme de l'art dans la demande de brevet français citée ci-dessus.

En référence à la figure 2, on décrit maintenant plus en détail une forme de réalisation de la partie aéraulique du dispositif permettant d'améliorer le fonctionnement de l'échangeur/évaporateur. Les éléments similaires ou identiques entre les figures 1 et 2 portent les mêmes références.

On retrouve sur la figure 2 les éléments déjà décrits sur la figure 1, à savoir la paroi inférieure 26 et la paroi supérieure 27, les déflecteurs 28 et 29 entre lesquels sont disposés les ventilateurs 18 symbolisés par une double pale. Les ventilateurs sont associés à des moyens d'entraînement connus en eux-mêmes et non représentés.

Une batterie d'échangeur/évaporateur 19, constituée de cinq échangeurs/évaporateurs 31 (en partant de l'évaporateur supérieur) à 35, est disposée en aval du ventilateur 18. Les évaporateurs individuels 31 à 35 sont séparés par des pans 36 à 39, afin de créer des nappes d'échangeurs. A la sortie de chaque nappe est ainsi créée une veine d'air refroidi portant les références a à e et symbolisée par des flèches.

Entre les échangeurs 19 et les ventilateurs 18, sont disposées deux tôles perforées parallèlement l'une à l'autre et sensiblement transversales à l'écoulement de l'air. Les panneaux 40 et 41 sont disposés de manière à ce que les orifices de l'une soient décalés par rapport aux orifices de l'autre. Le rôle de ces tales sera explicité ultérieurement.

L'espace arrière 16 de circulation d'air recueille ainsi l'air refroidi issu des échangeurs et plus particulièrement constitués des veines de flux d'air a à e, pour être introduit dans chaque sous-enceinte telle que l'enceinte inférieure 14 délimitée par l'étagère 10 et le fond 42 de l'enceinte 7.

Les veines de flux d'air a à e sont acheminées vers l'espace arrière 16 de circulation par des parois respectivement supérieure 43 et inférieure 44, se raccordant avec le conduit 45 communiquant avec l'espace arrière 16 de circulation d'air.

Le dispositif comporte des moyens permettant de rendre homogène, ou quasiment homogène, au moins une caractéristique physique du flux d'air, en amont et/ou en aval de l'échangeur/évaporateur 19.

En amont de l'échangeur 19, et plus précisément entre le ventilateur 18 et l'échangeur 19, ces moyens sont constitués des tôles perforées 40 et 41. Ces dernières visent à homogénéiser la pression statique dans l'ensemble du volume de circulation d'air délimité entre le ventilateur 18 et l'échangeur 19. En d'autres termes, ces moyens visent à rendre le plus homogène possible les valeurs de la pression statique en tout point d'un plan transversal situé entre les ventilateurs 18 et l'échangeur 19. Les tôles 40 et 41 permettent de rompre la pression dynamique engendrée par les ventilateurs et d'engendrer une pression statique homogène et donc un débit homogène. Ainsi, à l'entrée de l'échangeur 19, est créé un flux d'air de pression statique et de débit homogènes sur toute sa surface. L'échangeur bénéficie ainsi d'un apport et d'une circulation d'air présentant des caractéristiques homogènes, ce qui permet d'alimenter les échangeurs individuels 31 à 35, de manière uniforme.

Les veines de flux d'air a à e à la sortie de l'échangeur présentent des caractéristiques de débit et de pression statique et de température égales ou très similaires, les autres caractéristiques étant par hypothèse égales par ailleurs.

De préférence, les moyens en amont de l'échangeur et destinés à homogénéiser le débit sont disposés le plus éloignés possible du ventilateur.

D'autres formes de réalisation des moyens amont sont possibles et par exemple sous la forme de surface poreuse, en tissu, non tissé, ou panneau perforé, permettant une rupture de la pression dynamique et l'exploitation d'un effet de plénum.

Dans le cas de panneaux perforés, les orifices de ces derniers peuvent être réglables en position et/ou en surface et/ou dimensions par tout moyen connu.

Le dispositif comporte avantageusement également des moyens disposés en aval de l'échangeur 19 pour favoriser le fonctionnement de ce dernier.

Ces moyens aval sont constitués, selon l'exemple représenté à la figure 2, de déflecteurs 43 supérieur et 44 inférieur. Le déflecteur inférieur 44 est disposé entre la sortie de l'échangeur 19 et l'entrée du conduit 45 de l'espace arrière de circulation 16. Le déflecteur inférieur permet donc de guider vers la partie supérieure le débit d'air en limitant les pertes de pression dynamique à la sortie de l'échangeur.

Par ailleurs, le déflecteur supérieur 43 permet de rabattre le débit provenant des nappes supérieures (échangeurs individuels 31 et 32), vers la zone médiane du flux global.

Les veines a à e de flux d'air à la sortie de l'échangeur 19 sont ainsi mélangées et présentent alors des caractéristiques physiques telles que le débit, la pression statique ou autre, homogènes sur tout le front du flux d'air ainsi introduit dans le conduit 45 et ensuite dans l'espace arrière 16 de circulation d'air, communiquant avec les sous-enceintes 11 à 14.

L'invention est plus particulièrement appréciable dans l'application à un meuble frigorifique pourvu d'un échangeur du type de celui décrit dans la demande de brevet français mentionné précédemment. En effet, lorsque l'un des échangeurs individuels 31 à 35 est mis hors service soit pour cause de panne, soit intentionnellement pour dégivrage par exemple, la veine correspondante de flux d'air n'est pas refroidie. Par exemple, la veine de flux d'air c correspondant à l'échangeur individuel 33, en cas d'arrêt de ce dernier, présente des caractéristiques notamment de température très différentes des autres veines de flux d'air a, b, d et e.

Dans l'art antérieur, chaque veine a à e poursuit un cheminement quasiment indépendant pour aboutir dans l'espace arrière 16 de circulation d'air et communiquant avec les sous-enceintes 11 à 14. Il en résulte que la veine correspondante aboutit à l'une des sous-enceintes et cette dernière se trouve donc alimentée en air présentant des caractéristiques de température très différentes de la température requise, qui peut mettre en danger la conservation des denrées alimentaires disposées dans l'enceinte.

Grâce au dispositif de l'invention, et notamment le dispositif prévu en aval de l'échangeur, les flux des veines respectives a à e sont mélangés et présentent des caractéristiques homogènes, notamment en température, ce qui permet d'aboutir à un flux unique aboutissant dans l'espace arrière 16 de circulation d'air communiquant avec les sous-enceintes 11 à 14.

Le dispositif de l'invention placé en amont permet, comne indiqué précédemment, de rendre homogène la distribution des débits alimentant les échangeurs. Il en résulte que chaque échangeur est alimenté en une quantité d'air similaire à celle des autres échangeurs, et présentant des caractéristiques similaires.

On comprend que l'invention permet de remédier aux inconvénients de l'art antérieur mentionné précédemment.

Egalement, 1' invention permet de remédier à l'inconvénient relatif à l'écoulement de l'eau résultant du dégivrage. A cet effet, les parois inférieure 26 et supérieure 27 délimitant la circulation d'air depuis le ventilateur jusqu'à la sortie de l'échangeur, sont conformées de manière à être disposées en pente descendante dans le sens d'écoulement du flux gazeux. A la sortie de l'échangeur, est prévu un orifice d'évacuation 30 pour l'eau de dégivrage. Ainsi, l'eau de dégivrage de l'un ou l'autre des échangeurs 31 à 35 est recueillie sur la paroi inférieure 26 et descend par gravité vers l'évacuation 30. L'évacuation d'eau n'est pas gênée par le flux d'air puisque l'écoulement de ce dernier et de l'écoulement d'eau (par gravité) est réalisé dans le même sens, contrairement à l'art antérieur. On évite ainsi la formation de gouttelettes d'eau accumulées sur les échangeurs et qui nuisent au bon fonctionnement de ces derniers.

L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais englobe au contraire toutes variantes telles que mentionnées dans les revendications ci-après.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1 - Installation frigorifique telle que chambre froide, meuble réfrigérant ou analogue, du type comprenant une enceinte (7), un circuit comportant un échangeur (19) dont l'intérieur est alimenté en fluide frigorigène ou frigoporteur, des moyens de ventilation (18) aptes à mettre en circulation un gaz tel que de l'air à l'intérieur de l'enceinte, de façon que ledit gaz vienne en contact avec et soit refroidi par l'échangeur, caractérisée en ce qu'elle comporte, en amont dudit échangeur (19), des moyens (40, 41, 43, 44) aptes à rendre homogène au moins une caractéristique physique du flux de gaz en amont et/ou en aval de l'échangeur.

2 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens (40, 41) sont disposés en amont entre l'échangeur (19) et les moyens de ventilation (18).

3 - Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la caractéristique physique du gaz est la pression statique, et/ou le débit, et ou la vitesse.

4 - Installation selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que les moyens (40, 41) sont aptes à créer des pertes de charge sous la forme d'obstacles sur le flux d'air.

5 - Installation selon lune des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que lesdits moyens (40, 41) comportent au moins une plaque pourvue d'orifices.

6 - Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les orifices présentent des surfaces et des formes réglables.

7 - Installation selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que lesdits moyens (40, 41) sont disposés le plus éloigné possible des moyens de ventilation (18), par rapport à l'échangeur (19).

8 - Installation selon l'un des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens (43, 44) sont disposés en aval de l'échangeur (19) et sont aptes à mélanger les flux du gaz issu de l'échangeur pour créer un flux homogène.

9 - Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que lesdits moyens comportent un déflecteur (43) apte à créer un phénomène de convergence,de mélange et de concentration dudit flux gazeux et situé juste en aval de l'échangeur.

10 - Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que lesdits moyens comportent en outre une paroi (44) apte à diriger le flux vers l'enceinte, de manière à limiter les pertes de charge.

11 - Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'échangeur (19) est en pente descendante dans le sens de l'écoulement de l'air.