Brevet FR2360053A1 — publié le 19780224

la prçsente invention concerne un système d'échange thermique à fluide frigorigène. Un système d'échange thermique à fluide frigorigène tel qu'une pompe à chaleur ou une machine frigorifique comprend habituellement dans un circuit fermé un compresseur qui, aspirant ce fluide frigorigène sous forme gazeux venant d'un évaporateur, le comprime, le refoule dans un condenseur où le fluide se transforme en liquide et cède de la chaleur, puis dans ledit évaporateur où ledit fluide, en se détendant, reprend sa forme gazeuse, donne du froid, et retourne de nouveau au compresseur sous l'aspiration de celui-ci pour recommencer un autre cycle. En raison de sa basse température, l'évaporateur du système provoque fréquemment une condensation de l'humidité sur sa surface. L'humidité condensée se transforme en givre. le givre accumulé cons- titue une résistance thermique qui contrarie l'échange thermique entre le fluide frigorigène dans 1' évaporateur et l'ambiance extérieure. On a proposé divers procédés pour faire fondre périodiquement le givre, soit en provoquant un réchauffage de l'évaporateur au moyen de résistances électriques soit en utilisant de flair chaud pulsé sur celui-ci. Ces procédés ont l'inconvénient de nécessiter un apport d'énergie dont on ne récupère aucune contrepartie. Pour éviter cet inconvénient, on a proposé de faire circuler périodiquement dans l'évaporateur du fluide frigorigène chaud, prélevé à la sortie du compresseur. Mais dans le cas des pompes à chaleur, un tel procédé diminue d'autant la quantité de chaleur disponible sur le condenseur. Dans le cas des machines frigorifiques, on y trouve l'avantage que le refroidissement du condenseur s'en trouve facilité, mais on ne gagne rien sur la quantité de froid disponible sur l'évaporateur. On a également proposé de prélever du fluide frigorigène encore chaud à la sortie du condenseur, et de le renvoyer par une pompe dans l'évaporateur. Un tel procédé 'utilise pratiquement aucune chaleur utile puisque le fluide ftigorigène est prélevé à la sortie du condensateur, mais il a l'inconvénient d'ravoir besoin d'une pompe de circulation. La présente invention, ayant pour but d'éviter les inconvénients ci-dessus, permet de réaliser un système perfectionné d'échange thermique à fluide frigorigène dans lequel le dégivrage de 11 évaporateur est réalisé avec le fluide frigorigène liquide chaud, prélevé en aval du condenseur mais sans recourir à une pompe de circulation. Un système d'échange thermique, conforme à l'invention, à fluide frigorigène,ayant un compresseur, un condenseur, un détendeur, un évaporateur et éventuellement une bouteille anticoup de liquide, est caractérisé en ce qutil comprend, dans son circuit fermé, pour assurer le dégivrage de l'évaporateur par le fluide frigorigène liquide chaud, au moins, en premier lieu un réservoir pour fluide frigorigène dit réservoir collecteur, monté entre le condensateur et le détendeur, en deuxième lieu, un robinet de dérivation, monté en parallèle avec le détendeur, reliant ledit réservoir à l'évaporatear, et en troisième lieu un robinet d'obturation, monté entre la sortie de cet évaporateur et le compresseur. Pour mieux faire comprendre l'invention, on décrit ci-après un certain nombre d'exemples de réalisation, illustrés par des dessins ci-annexés dont - la figure I représente une vue schématique d'un système d'échange thermique à fluide frigorigène, conforme à l'invention - la figure 2 représente une vue schématique d'une première variante de réalisation du système d'échange thermique à fluide frigorigène de la figure 1 - la figure 3 représente une vue schématique d'une deuxième variante de réalisation du système d'échange thermique à fluide frigorigène de la figure 1 - la figure 4 représente une vue schématique d'une troisième variante de réalisation du système d'échange thermique à fluide frigorigène de la figure 1, et - la figure 5 représente une vue sch;;é-atiouz d'une auatrième variante de réalisation du système d'échange thermique à fluide frigorigène de la figure 1. Un système échange thermique à fluide frigorigène, conforme à l'invention, illustré dans la figurez, comprend, enfin circuit fermé, un compresseur 1, un condenseur 2, un réservoir collecteur 4, un détendeur 5, un robinet de dérivation 6 monté en parallèle avec le détendeur 5, un évaporateur 7, et un robinet d'óbturation 8. En fonctionnement normal, un fluide frigorigène circule dans le circuit du système, sous l'action du compresseur 1, le robinet de dérivation 6 étant fermé et le robinet d'obturation 8 étant ouvert. Sous l'effet de la compression effectuée par le compresseur 1, le fluide frigorigène se condense dans le condenseur 2 ou il cède de la chaleur à l'atmosphère ambiante ou à un autre fluide 22 quss venge loppe ce condenseur 2.Puis le fluide frigorigène à l'état liquide entre dans le réservoir collecteur 4, traverse le détendeur 5, et parvient à l'évaporateur 7 oh il se vaporise en absorbant de la chaleur de l'air. le fluide frigorigène à-l'état de vapeur est ensuite aspiré par le compresseur qui le comprime de nouveau. le fluide frigorigène recommence ainsi un autre cycle. Au cours de ce fonctionnement du système, l'évaporateur 7 se couvre de givre. Quand l'épaisseur de ce dernier devient prohibitlve on arrête, conformément à l'invention, le compresseur 1, on ferme le robinet d'obturation 8, puis on ouvre le robinet de dérivation 6. le fluide frigorigène chaud à l'état liquide se trouvant dans le réservoir collecteur 4 passe alors, sous l'effet de la pression régnant dans ce réservoir, dans l'évaporateur 7 givré, lui cède de la chaleur et le dégivre. Ce dégivrage accompli on rétablit le fonctionnement normal du système en fermant le robinet de dérivation 6, puis en ouvrant le robinet d'obturation 8, et enfin en remettant en route le compresseur 1. Un réservoir collecteur 4 disposé entre le condenseur 2 et le détendeur 5, un robinet de dérivation 6 monté en parallèle avec le détendeur 5 et un robinet d'obturation 8 séparant l'évaporateur 7 CLU compresseur 1, permettent, selon l'invention, de mettre en oeuvre, dans le système d'échange thermique à fluide frigorigène, illustré dans la figure 1, un dégivrage efficace de l'évaporateur 7 sans avoir besoin d'un apport extérieur de l'énergie au système, ni diminuer le rendement calorifique de ce système. Pour éviter une éventuelle entrée directe dans le compresseur du fluide frigorigène à l'état liquide venant de 11 évaporateur 7, une bouteille anticoup de liquide non représentée dans la figure 1 est montée entre le compresseur 1 et le robinet d'obturation 8. Dans une première variante de réalisation de l'invention illustrée dans la figure 2, le système d'échange thermique à fluide frigorigène comprend d'une part, comme celui de la figure 1, un compresseur 1, un condenseur 2, un réservoir collecteur 4, un détendeur 5 et son robinet de dérivation 6, un évaporateur 7, un robinet d'obturation 8, une bouteille anticoup de liquide 9, et autre part une vanne à pression constante 3 montée entre le condenseur 2 et le réservoir 4, cette vanne permettant le maintien d'une pression choisie dans le condenseur 2. Dans une deuxième variante de réalisation de l'invention illustrée dans la figure 3, le système d'échange thermique à fluide frigorigène comprend, en plus des éléments illustrés dans la figure 2, un second réservoir 10 dit réservoir de dégivrage dont le point haut Il est relié par une conduite 12 à la sortie de l'évaporateur 7, laquelle est également le point haut 13 de cet évaporateur 7, et le point bas l4 relié à l'entrée de ltévaporaLeuz 7 laquelle est également lepoint bas 15-dudit évaporateur, par une conduite 16 portant un clapet antiretour 17 permettant le passage du fluide frigorigène dans le sens réservoir 10 évaporateur 7, mais non dans le sens contraire, et dont la forme et la position- so-ft telles qùe le point bas 14 du réservoir 10 soit situé au-dessus du point bas 15 de l'évapora- teur 7 de façon que le liquide qu'il contiens éventuellement puisse s'écouler dans l'évaporateur 7 sous l'effet de la gravité et que le point haut Il du réservoir 10 soit situé en-dessous du point haut 13 de l'évaporateur 7 de façon que ce dernier ne puisse pas être complo temerft rempli par le liquide liquide proKJe ant du réservoir 10. Au cours de l'opération de dégivrage de l'évaporateur 7., conduite de la même façon que celle décrite précédemment, c'est-à- dire par arrêt du compresseur I, puis fermeture du robinet 8, puis ouverture du robinet 6, le fluide frigorigène liquide chaud venant du réservoir collecteur 4 par le robinet de dérivation 6 passe dans 1' évaporateur 7 givré, le dégivre et entre ensuite dans le réservoir de dégivrage 10 par la conduite 12. le dégivrage accompli, on ferme le robinet 6, puis on ouvre le robinet 8 et enfin on remet en marche le compresseur 1. Te fluide frigorigène liquide contenu dans le réservoir de dégivrage 10 s'écoule par la conduite 16 à travers le clapet 17 dans l'évapo- rateur 7 où il s 1évapore de la même manière que le fluide frigorigène liquide qui arrive par le détendeur 5. Une partie du fluide liquide peut également s'évaporer directement du réservoir 10 et passer, par la conduite 12, le robinet 8 et la bouteille 9 dans le compresseur 1. Dans une troisième variante de réalisation de l'invention représentée schématiquement dans la figure 4, le système comprend, en plus des éléments de la figure 2, une conduite 18 reliant le point haut du réservoir 4 à la sortie de l'évaporateur 7, en amontdu robinet 8, cette sortie étant également le point haut de cet évaporateur 7, la conduite 18 portant elle-même un robinet 19 dit robinet de dégivrage. De plus, l'entrée de l'évaporateur 7 laquelle est également le point bas de ce dernier est situe au-dessus du réservoir collecteur 4. Dans un tel système, 11 opération de dégivrage de I'évaporateur 7 peut eAtre conduite de diverses façons. Selon un premier exemple de dégivrage, le compresseur 1 est arrêté, le robinet 8 est alors fermé puis le robinet 6 est ouvert pour laisser passer du fluide frigorigène liquide chaud qui, venant du réservoir collecteur 4, sous l'effet de la pression régnant dans ce dernier, vient remplir ltévaporateur 7 o-h ledit fluide cède de la chaleur et le dégivre. Le dégivrage accompli, on ouvre le robinet 19, les pressions dans l'évaporateur 7 et le réservoir collecteur 4 stégalizeltv te fluide liquide contenu. ::s l'évaporateur 7 s'écoule alors dans le réservoir collecteur 4 sous lteffet de la pesanteur. On revient au fonctionnement normal du système en fermant les robinets 6 et 19 puis en ouvrant le robinet 8, et enfin en remettant en route le compresseur 1. Selon un autre exemple de dégivrage, le compresseur 1 est arrenté, ensuite le robinet 8 est fermé, puis le robinet 19 est ouvert. Quand les pressions dans l'évaporateur 7 et dans le réservoir collecteur 4 sont égalisées, on ouvre le robinet 6. le liquide présent dans l'évaporateur 7 s'écoule alors dans le réservoir collecteur 4 tandis que, d'après le principe de la paroi froide, la vapeur émise par le fluide liquide présent dans le réservoir collecteur 4 va se condenser dans ltévaporateur, le fluide frigorigène ainsi formé s'écoule également dans le réservoir collecteur 4. On revient au fonctionnement normal du système en fermant les robinets 6 et 19, puis en ouvrant le robinet 8, puis en remettant en route le compresseur 1. Dans une quatrième variante de réalisation de l'invention, représentée schématiquement dans la figure 5, le système comprend, en plus des éléments représentés dans la figure 1, une bouteille anticoup de liquide 9 montée entre le robinet 8 et la sortie de ltévaporateur 7 et une conduite 20 portant un robinet 21 dit robinet de retour reliant le point bas de la bouteille- 9 au point haut du réservoir collecteur 4, le point bas de la bouteille 9 étant situé au-dessus du réservoir 4. Au cours d'une opération de dégivrage, le compresseur 1 est arrêté, le robinet 8 est fermé, puis le robinet 6 est ouvert. ;'évaporateur 7 puis la bouteille 9 se remplissent de fluide frigorigène liquide venant du réservoir 4 sous l'effet de la pression régnant dans ce dernier. Le dégivrage effectué, on ouvre le robinet 22, le fluide frigorigène liquide contenu dans la bouteille 9 s'écoule dans le réservoir collecteur 4 ; il en est de même pour le fluide frigorigène liquide contenu dans l'évaporateur 7 si le point bas de celui-ci est situé au-dessus du réservoir 4. On ferme le robinet de dérivation 5 et le robinet de retour 21 puis on ouvre le robinet 8 et enfin on remet en route le compresseur 1, pour revenir au fonctionnement normal du système. il est entendu que, dans les systèmes représentés dans les figures 1 à 5, le volume du réservoir collecteur 4, le volume de l'évaporateur 7 et éventuellement le volume de la bouteille 9 anticoup de liquide et la quantité de fluide frigorigène contenu dans ces systèmes sont déterminés, mutuellement , d'une manière habituelle pour obtenir un dégivrage complet de cet évaporateur pour des durées choisies de fonctionnement normal du système et de dégivrage de son évaporateur. REVENDICATIONS 1. Système d'échange thermique à fluide frigorigène ayant un compresseur, un condenseur, un détendeur, un évaporateur et éventuellement une bouteille anticoup de liquide, caractérisé en ce qu'il comprend, dans son circuit fermé, pour assurer le dégivrage de l'évaporateur par le fluide frigorigène liquide chaud, au moins en premier lieu un réservoir pour fluide frigorigène dit réservoir collecteur monté entre le condenseur et de détendeur, en deuxième lieu un robinet de dérivation, monté en parallèle avec le détendeur, reliant ledit réservoir à l'évaporateur, et en troisième lieu un robinet d'obturation monté entre la sortie de cet évaporateur et le compresseur. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel la bouteille anticoup de liquide est montée entre le compresseur et le robinet d'obtu- ration, caractérisé en ce qu'il comprend, dans son circuit fermé, une vanne montée entre le condenseur et le réservoir collecteur permettant le maintien d'une pression choisie dans le condenseur. 3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend, dans un circuit fermé, deux éléments en série, à savoir, un réservoir pour fide frigorigène dit réservoir de dégivrage et un clapet antirétour, montés en dérivation sur l'évaporateur, avec d'une part le point haut du réservoir de dégivrage relié à la sortie de l'évaporateur et se trouvant à un niveau inférieur à celui du point haut de l'évaporateur, constitué-par ladite sortie de cet évaporateur et d'autre part, le point bas du réservoir de dégivrage se trouvant au-dessus du point bas de l'éva- porateur, et relié à ce point bas de l'évaporateur, constitué par l'entrée de ce dernier, à travers ledit clapet antiretour qui laisse, au fluide frigorigène, le passage dans le sens réservoir de dégivrage-évaporateur. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend, dans son circuit fermé, un robinet dit robinet de dégivrage, monté entre la sortie de l'évaporateur, en amont du robinet d'obturation, et le point iaut du réservoir collecteu 5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, dans son circuit fermé, d'une part une bouteille anticoup de liquide, montée entre la sortie de l'évaporateur et le robinet d'obturation, et d'autre part un robinet dit robinet de retour monté entre le point bas de cette bouteille anticoup de liquide et le point haut du réservoir collecteur