Brevet FR2223643A1 — publié le 19741025

La présente invention concerne un procédé de condensation du fluide ré frigérant dans un appareil réfrigérateur du type comprenant un évaporateur,un compresseur et un condenseur reliés en circuit fermé . Elle concerne aussi un condenseur pour réaliser cette condensation. Dans les grandes installations de réfrigération, le condenseur est généralement refroidi à l'aide d'eau de ville. Le rendement thermique d'une telle disposition est élevé, mais la consommation d'eau peut être considérable. Beaucoup d'installations, et particulièrement celles de petites et moyennes dimensions, sont en conséquence généralement munies d'un système de refroidissement par air, qui présente toutefois le grand désavantage de dépendre de la température ambiante, ce qui conduit à des difficultés en ce qui concerne la régulation de la température du condensat. Ce ntest qu'en utilisant des ventilateurs, qui consomment une puissance importante, et un système de régulation compliqué que l'on peut obtenir des résultats satisfaisants mais ceci au prix de dépenses importantes d'installation, de fonctionnement et d'entretien. La présente invention a pour objet un procédé pour assurer une condensation rapide et directe du fluide réfrigérant vaporisé pour l'amener à l'état liquide. Du fait que le transfert de chaleur entre un corps métallique et un liquide est cinq à six fois plus élevé qu'entre un corps métallique et un gaz, c n obtient une dimanution plus rapide de la température jusqu'à la valeur désirée. L'invention a également pour objet un condenseur qui permet d'obtenir cette condensation rapide directe et qui, sans nécessité de moyens de régulation compliqués, est apte à maintenir le condensat à la température désirée, quelles que soient les variations de la température ambiante. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que le réfrigérant évaporé qui quitte le compresseur est introduit dans un condenseur constitué sous forme d'un récipient qui est sensiblement plein d'un réfrigérant condensé, de telle sorte que la vapeur est forcée à passer à travers une quantité de condensat suffisante pour assurer le passage du gaz à ltétat liquide, une quantité de condensat correspondant à celle ainsi ajoutée étant après refroidissement supplémentaire, envoyée à l'évaporateur. Un condenseur conforme à ltinvention est caractérisé en ce qui comprend un récipient muni d'au moins un corps creux interne formant passage de part en part pour l'air de refroidissement, des moyens d'entrée du réfrigérant vaporisé et des moyens de sortie du réfrigérant condensé, disposés de telle façon que le récipient puisse etre sensiblement rempli de condensat et que le gaz traverse une quantité de condensat suffisante pour passer à l'état liquide. L'invention est décrite plus en détail ci-après avec référence aux dessins annexés dans lesquels fig. 1 est un schéma montrant la disposition générale d'une installation de ré frigération conforme à l'invention ; fig. 2 est une vue en coupe verticale d'un premier mode de réalisation d'un condenseur conforme à l'invention ; fig. 3 est une vue analogue d'une variante fig. 4 est une vue en coupe selon la ligne II - II de fig. 3. L'installation de réfrigération représentée de façon très schématique à la fig. 1 comprend une batterie de refroidissement ou évaporateur 50 dans lequel le fluide réfrigérant, dit ci-après pour plus de simplicité, "réfrigérant", est amené à passer de 1 1état liquide à l'état de vapeur en absorbant de la chaleur de l'ambiance et par conséquent en refroidissant celle-ci. De l'évaporateur, le réfrigérant à l'état gazeux est amené par un conduit 51 à un compresseur 52. La vapeur compriméesort de ce compresseurpar un-e conduite 53 qui l'amène au premier étage 54 d'un ensemble échangeur de chaleurcondenseur. Ce premier étage est constitué par un récipient clos, sensiblement plein de condensat et dans lequel la conduite d'amenée de vapeur comprimée 53 pénètre suffisamment loin pour que la vapeur, pendant son passage à travers le condensat, soit transformée de façon certaine en liquide. Une quantité de condensat correspondant à la quantité ainsi renouvellement ajoutée dans le récipient est extraite de ce dernier, de façon continue, et transférée dans le second étage 56 de l'ensemble échangeur de chaleur-conden- seur. Dans ce second étage, le condensat est refroidi en abandonnant une partie de ses calories à l'ambiance, ce qui se produit avec un rendement élevé du fait que le transfert de chaleur se produit entre liquide etmétal. Pour une capacité donnée, I'ensemble des surfaces de contact du récipient 54 et du second étage 56 est inférieur à la surface de contact d'un serpentin de refroidissement usuel dans lequel le réfrigérant est tout d'abord condensé par contact entre vapeur et métal, le condensat subissant un nouveau refroidissement ultérieur En pratique, les premier et second étaggssont combinés de façon intime, ainsi que le fait apparaître la description donnée ci-après d 'un mode de réalisation préféré de l'invention. DU second étage de l'échangeur de chialeur, le réfrigérant liquide est renvoyé à l'évaporateur 50 par une conduite étranglée 57 comprenant des tubes capillaires. Un premier mode de réalisation d'un condenseur conforme à l'invention est représenté à la fig. 2. Il comprend un récipient cylindSique 1 traversé par un tube d'échange de chaleur 6 muni extérieurement d'une ailette de refroidissement helicoidale 5, la dimension radiale de cette ailette étant telle que cette dernière remplit sensiblement tout l'espace compris entre le tube 6 et la paroi extérieure du récipient 1. De même, le récipient est muni de moyens externes qui accroissent sa surface d'échange de chaleur et conai5 tent en un ailette hélicoldale 30qui s'étend vers ltextérieur jusqu'au voisinage immédiat d'une enveloppe 12 renfermant le récipient.Ladite enveloppe est reliée respectivement du côté de la paroi inférieure 8 et du côté de la paroi supérieure 7 du récipient I, à un coffre distributeur 9 et à un coffre collecteur 10 de l'air de refroidissement. Un ventilateur li est monté à la sortie du couvercle collecteur 10. Le tube 6 échangeur de chaleur forme un passage à travers le récipient et les deux coffres communiquent l'un avec l'autre, à la fois par ce passage et par l'espace compris entre le récipient et l'enveloppe quiSsentoure. La vapeur chaude arrivant du compresseur est amenée au condenseur prr une conduite désignée ici par la référence 15. Cette conduite traverse le tube 6 et, dans ltespace compris dans le coffre 10, est repliée sur elle-même et évent tuellement divisée on plusieurs branches qui traversent la paroi supérieure 7 du récipient 1 et plongent, sur une certaine longueur, à l'intérieur de ce dernier.La ou les parties de la conduite dtamenée de vapeur pénétrant dans le récipient sont fermées à leur extrémité mais sont munies d'un certain nombre de buses de projection situées dans la zone 21 et disposées à une certaine distance les unes des autres le long du ou des tubes et permettant d'assurer un mélange intime de la vapeur et du liquide qui se trouve déjà dans le récipient 1. A l'extrémité opposée 8 du condenseur sont disposées une conduite de sortie de liquide 31 > ainsi qu'un thermostat destiné à assurer la régulation du moteur d'entraînement du ventilateur. Le condenseur ainsi constitué fonctionne de la façon Si " vante . La vapeur chaude comprimée est projetée dans le condensat eu moyen des buses 21 et, du fait de ce contact direct avec le condensat, passe presque inanédiatement à l'état liquide. La température du condensat est maintenue à la valeur convenable à cet effet au moyen des ailettes de refroidissement 5 et 30. Le condensat s'écoule suivant une trajectoire hélicoldale vers la sortie 31 et ce refroidissement se poursuit pendant ce trajet. Le thermostat 29 détecte la température du condensat au moment oh celui-ci atteint l'extrémité inférieure du récipient et, de cette façon, on peut assurer une régulation exacte de la température de sortie. Il est essentiel que les buses de distribution 21 pénètrent suffisamment loin dans le récipient pour assurer que la vapeur soit réeRement condense dans le corps même du condensat et n s'élève pas à la partie supérieure du récipient en formant un ciel de vapeur dans ce dernier. Le dessin représente le récipient comne fonctionnant avec S axe longitudinal disposé verticalement mais, la plupart du temps, cet axe sera horizontal et il est évident que le trajet ae la vapeur sera alors parfaitement satisfaisant. Le condenseur faisant l'objet des fig. 3 et 4 comprend un récipient cylindrique divisé par une cloison interne 2 en deux compartiments 3 et 4 dont le premier correspond au récipient condenseur 1 de la fig. 2. Ce récipient cylindrique est traversé par un certain nombre de tubes échangeurs de chaleur 6 munis d 'ailettes Faugmentant leur surface de contact extérieur. Ces tubes sont assujettis de façon étanche aux parois terminales 7 et 8 du récipient.Celui-ci est enfermé dans une enveloppe 12 qui délimite un passage annulaire à 1 'exté- rieur du récipient. Un coffre de distribution d'air 9 est formé sous la paroi terminale 8 et un coffre collecteur 10 est formé au dessus de la paroi supérieure 7.Ces deux coffres communiquent entre eux, d'une part par les tubes 6 qui traversent le récipient et, d'autre part, par le passage annulaire qui entoure ce dernier. Un ventilateur ll est monté à la sortie du coffre collecteur 10 et un thermostat de régulation de ces moyens d'entraînement est disposé sur la paroi terminale inférieure 8. A l'intérieur du coffre collecteur 10 est disposé un échangeur de chaleur 13 formé d'un certain nombre de tubes à ailettes parallèles entre eux,qui sont reliés, au moyen d'un collecteur 14, à la conduite 15 d'amenée de la vapeur. Lesdits tubes sont reliés d'autre part à un collecteur 16, raccordés par une conduite 17 à un dispositif de projection 18. Ce dispositif comprend une chambre étroite 19 délimitée par la paroi interne 2 et une seconde paroi 20 parallèle à cette dernière. Un certain nombre de buses de projection 21 sont montées dans ladite paroi 20 et dirigées vers l'intérieur du compartiment 3 qui est toujours sensiblement rempli de condensat Pour assurer une grande étendue de contact entre le réfrigérant et les ailettes 5 des tubes échangeurs 6, chaque tube est entouré d'un tube de guidage 22.Ces tubes 22 s'étendent jusqu'au voisinage immédiat de chaque paroi terminale 7 et 8, ménageant entre leurs extrémité et lesdites parois des passages 23 et 24. Le passage 23 joue le rôle de trop plein pour le condensat en excès dans le compartiment 3 tandis que le passage 24 permet le renvoi dans le compartiment inférieur 4 du condensat en excès qui est passé le long du tube 6. Il est évident que le tube de guidage 22, ainsi que les tubes échangeurs 6, doivent traverser les parois intermédiaires 2 et 20, de même qu'une troisième paroi 26 dont il sera question ci-après En refroidisseur intermédiaire 25 est formé le long de la paroi 20 au moyen d'une autre paroi intermédiaire 26 disposée parallèlement aux parois 2 et 20 susmentionnées. Le fluide de refroidissement utilisé dans ce refroidisseur intermédiaire est constitué par du réfrigérant en provenance du deuxième compartiment 4, qui est amené au refroidisseur intermédiaire 25 par la conduite 27 munie d'un moyen d'étranglement 28. Ce fluide s'évapore dans le refroidisseur intermédiaire, le condensat étant retourné au système par tout moyen convenable. Un fluide réerigérant indépendant, tel que de l'air ou de liteau, peut naturellement être également utilisé. Les buses 21 doivent être suffisamment longues pour traverser le réfrigérant intermédiaire et atteindre l'intérieur du compartiment 3. Le réfrigérant vaporisé, qui peut être par exemple du fréon, est fourni 2 par le compresseur sous une pression de 15 kg par cm2 et à une température de 850C, par la conduite 15. Lors de son passage à travers l'échangeur de chaleur 13, sa température s'abaisse. Une légère chute de pression se produit lors du passage à travers les buses 21 et une nouvelle diminution de la température est déterminée par le refroidissant intermédiaire 25. Une condensation finale et complète se produit dans le compartiment 3 et une quantité de réfrigérant, correspondant au condensat ainsi nouvellement formé, pénètre par débordement dans le tube de guidage 22 et se trouve à nouveau refroidi par son passage le long des ailettes des tubes échangeurs 6. Le condensat s'écoule dans le compartiment 4 par le passage 24. Le volume du compartiment 4 est déterminé de telle façon qu'en fonctionnement normal, il se trouve rempli à peu près à moitié de condensat, pour former une réserve dont on peut extraire les quantités nécessaires de réfrigérant. Les modes de réalisation représentés constituent de simples exemples auxquels il ne faut attacher aucun caractère limitatif. Grâce à la condensation directe de la vapeur de réfrigérant, le condenseur peut présenter un plus faible volume, ce qui correspond à un faible volume de réfrigérant, à de faibles chutes de pression et à une configuration générale favorable au transfert de chaleur et à la standardisation de la fabrication.La combinaison d'un compartiment séparé pour la condensation directe et dan compartiment séparé de stoekage du fluide réfrigérant permet de maintenir, dans le premier de ces compartiments, une température suffisamment basse pour éviter toute possibilité de vaporisation résultant d'une élévation brusque de température ou d'une chute brusque de la pression. REVENDICATIONS 1. Procédé de condensation du fluide réfrigérant dans une installation de réfrigération du type comprenant un évaporateur, un compresseur et un condenseur reliés en circuit fermé, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant évaporé quittant le compresseur est introduit dans un condenseur formé d'un récipient sensiblement complètement rempli de fluide réfrigérant condensé, de telle sorte que la vapeur de fluide réfrigérant est forcée de passer a travers une quantite de condensats suffisante pour assurer de façon certaine que la vapeur de fluide réfrigérant passe à l'état liquide. tandis qu'une quantité de condensat correspondant a celle nouvellement formée par condensation du fluide réfrigérant est envoyée a l'évaporateur après un refroidissement supplémentaire. 2. Un condenseur a refroidissement par air pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un récipient dans lequel est agencé au moins un corps interne creux formant passage d'air de refroidissement a travers ledit récipient, ce dernier étant en outre muni d'un moyen d'introduction du fluide Péfrigérant vaporisé et de moyens d'extraction du fluide réfrigérant condensé, disposés de telle sorte que le récipient soit sensiblement rempli de condensat et que le fluide réfrigérant vaporisé traverse une quantité de condensat suffisante pour que son passage a l'état liquide soit assuré. 3. Condenseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le récipient comporte une pluralité de passages parallèles qui le traversent de part en part et qui communiquent, a l'extérieur des parois terminales du récipient, respectivement avec un coffre de distribution et un coffre collecteur. 4. Condenseur selon l'une des revendications 2 ou 3, comprenant un ventilateur assurant une circulation forcée de l'air a travers le ou les passages traversant le récipient, caractérisé en ce qu'un thermostat est disposé dans le récipient au voisinage de la sortie du condensat hors de ce dernier, ledit thermostat étant agencé pour assurer la régulation du fonctionnement des moyens d'entraînement du ventilateur. 5. Condenseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le récipient constitue une partie d'un plus grand ensemble qui est divisé en deux compartiments par une paroi interne parallèle aux parois terminales du recipient, le ou les organes creux formant passage pour l'air a travers le dit récipient étant enveloppés par un tube de guidage, chacun desdits organes et son tube de guidage traversant ladite paroi interne et oe tube de guidage présentant, au voisinage immédiat de chaque paroi terminale du récipient, au moins une ouverture pour assurer une communication avec le compartiment qui l'entoure, ledit tube de guidage formant ainsi un moyen de communication entre les deux compartiments. 6. Condenseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'entrée du fluide réfrigérant vaporise sont constitués par au moins une conduite s'étendant vers l'intérieur du récipient à partir de l'une des parois terminales de ce dernier, conduite qui est munie de buses de distribution. 7. Condenseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le ventilateur est disposé dans le coffre collecteur et qu'un premier étage d'échange de chaleur est disposé dans ce dernier, les branchements de cet échangeur de chaleur étant tels que le fluide réfrigérant vaporisé soit amené à le traverser avant de pénétrer dans le récipient condenseur. 8. Condenseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'introduction de fluide réfrigérant vaporisé sont situés au voisinage immediat de la paroi intérieure et comportent des buses d'introduction dirigées dans un sens opposé à cette dernière. 9. Condenseur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un refroidissement intermédiaire est agencé contre ladite paroi interne, les buses de distribution traversant ledit refroidissant intermédiaire. 10. Condenseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une enveloppe externe entourant le récipient condenseur à une certaine distance de ce dernier de façon à former un passage entre les surfaces en regard de ladite enveloppe et du récipient condenseur, assurant la communication entre les coffres respectifs collecteur et distributeur. 11. Condenseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac térisé par des ailettes hélicoidales de guidage du fluide s'écoulant à l'inté- rieur du recipient et/ou dans les passages d'air ménagés à l'intérieur ou à l'extérieur de ce dernier. 12. Condenseur selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, caractérisé en ce que le compartiment le plus éloigné de celui dans lequel le fluide réfrigérant est introduit constitue une réserve de réfrigérant.