Brevet FR2528157A3 — publié le 19831209

FR 2528157 A3 19831209 FR 8309083 A 19830601 La présente invention se rapporte à un circuit d'appareil frigorifique du type a capillaire d'expansion et cycle a récupération thermique, du type comprenant un compresseur, un condenseur, un tube capillaire pouvant provoquer une expansion sensiblement iscenthalpique d'un fluide frigorigène circulant dans le circuit lui-même, un évaporateur, et un tube de retour pouvant relier l'évaporateur au compresseur et couplé au capillaire afin de permettre un échange thermique entre eux. De cette maniere, le fluide frigorigène liquide circulant dans le capillaire peut se sous-refroidir aux dépens du fluide frigorigene vaporisé traversant le tube de retour qui, par conséquent, est sujet a surchauffe, augmentant ainsi, comme cela est bien connu des techniciens d'appareils frigorifiques, le rendement de l'installation dont le circuit fait partie. Comme cela est bien connu,le couplage entre le capillaire et le tube de retour est effectué soit au moyen d'un cordon continu de soudure entre le tube de retour et le capillaire, qui est déposé à l'extérieur du tube, soit par introduction coaxiale du capillaire dans le tube de retour par passage dans deux trous d'extrémité pratiqués dans ce tube, qui sont alors scellés au moyen de soudure. Ces deux solutions présentent certains inconvé nients. En particulier,la solution dans laquelle le capillaire est soudé à l'extérieur du tube de retour est coû- teuse, nécessite des opérations relativement longues et difficiles et présente le risque d'endommagement du capillaire par suite de surchauffe. En outre, le raccordement ainsi obtenu présente une capacité d'échange thermique insuffisante.La solution avec le capillaire intérieur monté coaxialement au te de retour est optimum au point de vue thermique car elle permet une transmission optimum de chaleur, mais elle présente l'inconvénient de réduire fortement la section de passage du tube de retour offerte au fluide, provoquant des pertes des charges indésirables, En outre, cette solution exige des soudures dangereuses car on risque d'endommager le capillaire, et conteuses puisqu'on doit assurer une tenue parfaite des soudures sous les pressions de fonctionnement relativement élevées du circuit de l'appareil frigorifique. L'objet de la présente invention est de réaliser un circuit frigorifique du type de celui venant d'etre décrit mais ne souffrant pas des inconvénients mentionnés ci-dessus. En particulier, on veut obtenir un couplage entre capillaire et tube de retour simple, économique et permettant un bon échange thermique. Cet objet est atteint par la présente invention qui concerne un circuit frigorifique, du type comprenant un compresseur, un condenseur, un tube capillaire pouvant provoquer une expansion sensiblement isoenthalpique d'un fluide frigorigène circulant dans le circuit, un évaporateur et un tube de retour pouvant relier l'évaporateur au compresseur, dans lequel au moins une partie du tube capillaire est disposée parallèlement au tube de retour afin de permettre un échange thermique entre eux, caractérisé en ce que cette partie du tube capillaire est montée a l'extérieur du tube de retour, ce dernier et la partie du tube -capillaire étant agencés de maniere que la partie du tube capillrire-soit fixée de manière inamovible sur le tube de retour, lequel est pourvu de moyens permettant d'améliorer l'échange thermique entre le tube de retour et la partie du tube capillaire. La présente invention sera mieux comprise lors de la description suivante fate en liaison avec les dessins ci--joints dans lesquels La figure 1 représente schématiquement un circuit d'appareil frigorifique selon la présente invention; La figure 2 représente un détail, a grande échelle, du circuit de la figure 1; La figure 3 est une coupe prise selon la ligne III-III du détail de la figure 2; La figure 4 représente le même détail, a grande échelle, que celui de la figure 2; selon une variante de la présente invention; La figure 5 est une vue en coupe prise le long de la ligne V-V du détail de la figure 4; et La figure 6 représente une variante du circuit de la figure 1. En liaison avec la figure 1, on a représenté dans ses grandes lignes en 1 un circuit d'appareil frigorifique du type a capillaire d'expansion qui, comme cela est bien connu, est utilisé plus particulièrement dans les installations de réfrigération pour appareils électrodomestiques, tels que les réfrigérateurs, les congélateurs, etc. Le circuit 1 comprend un compresseur 2, un condenseur 3, un évaporateur 4, un tube de retour 5 qui relie l'évaporateur 4 au compresseur 2, et un tube capillaire 6, de longueur et section prédéterminées, qui relie le condenseur 3 a l'évaporateur 4. Un fluide réfrigéré d'un type connu,par exemple le produit dit Freon, circule en permanence dans le sens des flèches, ce fluide étant fourni au compresseur 2 l'état gazeux et a basse pression; le compresseur comprime le fluide gazeux jusqu'a une pression prédéterminée relativement élevée (de quelques 0,1 a un peu plus de 1 x MPa) et, de la, l'envoie dans le condenseur 3 qui peut faire perdre la chaleur que possède le fluide compri- mé en provoquant sa condensation sous forme de liquide.De la, le fluide liquéfié est envoyé dans l'évapcra:-eur 4 après passage dans le capillaire 6, qui peut provoquer une expansion sensiblement isoenth.alpique du fluide frigorigène, lequel gagne ainsi l'évaporateur 4 én étant à basse pression,retournant par conséquent à l'état gazeux par prélèvement de calories dans le milieu ambiant entourant l'évaporateur 4 (par exemple le compartiment réfrigérant d'un congélateur), abaissant fortement la température du milieu au-dessous de la température ambiante.De là, par le tube 5, le fluide a l'état gazeux est de nouveau fourni au compresseur 2 pour un nouveau cycle Afin d'augmenter le rendement du cycle frigo rigène,une partie 7 du capillaire 6 est disposée parallèlement et à proximité du tube de retour 5, afin de réaliser un couplage mécanique entre eux pouvant permettre un échange thermique. En particulier, le fluide frigorigène liquide et froid circulant dans le capillaire 6 cède des calories au fluide frigorigène gazeux et froid traversant le tube 5, afin que le fluide liquide soit soumis à un sous-refroidssement, alors que le fluide gazeux est sujet à surchauffe, augmentant, comme cela est con nu,le rendement thermodynamique.Pour que ceci puisse se produire, il est nécessaire que les tubes 5 et 6 soient pour le moins au contact l'un avec l'autre, afin de permettre la transmission de la chaleur par conduction. sur les figures 2 et 3, on a représenté, à grande échelle, les détails du couplage entre la partie 7 du capillaire 6 et le tube de retour 5. En liaison avec ces figures, le tube 5 ainsi que le capillaire 6 sont cylindriques et présentent des surfaces extérieures respectives 8 et 9. Le tube de retour 5 est rectiligne et le tube capillaire 6 est étroitement enroulé en spirale, suivant un pas prédéterminé,sur la surface latérale extérieure cylindrique 8 du tube 5, afin d'être lié de manière inamovible au capillaire 6, réalisé de préférence en cuivre, et en tout cas avec une matière métallique, le tue de retour 5 étant lu aussi en métal, de préférence en alt liage fer-zinc. De cette manière, le capillaire 6 est fixé mecaniquement à l'extérieur du tube 5, sans qu'on ait besoin de procéder à un soudage, et les surfaces 8 et 9 sont en contact l'une avec l'autre. Ce contact, théoriquement limité à une ligne, se stabilise pratiquement suivant une surface réduite, grâce à la possibilité de déformation des matériaux, mais il ne serait pas quoiqu'il en soit en mesure de garantir un échange thermique suffisant. Cependant,le tube 5 et le partie 7 du capillaire 6 sont tous deux entourés par une gaine 10, afin de déterminer à l'intérieur du tube 5 un espace 11 rempli d'air qui est délimité par la gaine 10 et, dans cet espace est placée la partie 7 du tube capillaire 6.L'air contenu dans l'es- pace 11 permet un échange thermique supplémentaire par connexion entre le tube capillaire 6 et le tube de retour 7. La gaine 10 est de préférence construite en chlorure de polyvinyle thermorétractable et en outre elle peut maintenir le tube capillaire 6 contre le tube de retour 5.Pour permettre l'échange thermique entre eux, le capillaire 6 et le tube 5 sont en outre noyés dans une mousse isolante synthétique expansée 12, par exemple du polyu retbane, qui supprime sensiblement les dispersions -thermi- ques vers le milieu extérieur. La gaine 10, enfermant les deux tubes 2 et 5 d'une manière sensiblement étanche, empêche que de la résine isolante ne s'introduise entre les surfaces 8. et 9, limitant ainsi l'échange de chaleur entre les tubes 5 et 6. En figures 4 et 5, on illustre le détail de l'accouplement entre une partie d'un tube capillaire 13 et d'un tube de retour 14 d'un circuit d'appareil frigorifique non illustré, identique au circuit 1 de la figure 1. Les tubes 13 et 14 sont rectilignes et sensiblement cylindriques et présentent des surfaces latérales extérieures 15 et 16, respectivement, Le tube capillaire 13 est logé dans un siège 18 en forme de canal,ayant une section transversale sensiblement en forme de fer à cheval, le siège 18 étant formé le long d'une génératrice du tube 14 par déformation plastique d'une paroi latérale 19 de ce tube.Le siège 18 présente une paroi latérale courbe 19 qui adhère à la surface 15 suivant un arc sur au moitis les trois quarts de la circonférence du tube capillaire 13, afin de permettre un échange thermique important et de bonne qualité par conduction entre le tube capillaire 13 et le fluide frigorigène circulant à l'intérieur du tube de retour 14, et en même temps permettre la fixation du capillaire 13 sur le tube 14. Ce dernier présente une section transversale de passage sensiblement en forme de demilune du fait que la paroi latérale 20 du siège 18 s'étend depuis la paroi 19 vers l'axe du tube 14, réduisant ainsi la section de passage. De plus, grâce à la forme de réalisation représentée en figures 4 et 5, on obtient un couplage mécanique inamovible entre le tube de retour et le capillaire, sans avoir besoin de recourir à des soudures et en maintenant le capillaire disposé sensiblement à l'extérieur du tube de retour. Le siège 18 est obtenu de préférence par étirage, au moyen d'au moins deux opérations successives: une première au cours de laquelle on obtint un siège semicirculaire en forme de canal le long d'une génératrice du tube 14 dans lequel on dispose le capillaire 13, et une seconde au cours de laquelle on bloque dans le siège le tube capillaire 13. De plus, le capillaire 13 et le tube 14 sont métalliques et sont alors noyés dans une mousse isolante expansée 12.La réduction de la section de passage du tube 14 due au siège 18 du capillaire 13 est-minime et en tout cas beaucoup plus faible que celle rencontrée dans le cas d'un capillaire intérieur et coaxial, et ne peut sensiblement provoquer aucune perte de charge appréciable dans le tube 14. En compensation, on obtient un échange thermique optimum par conduction, étant donné l'importance des surfaces en contact, la construction est simple et économique. En figure 6, on a représenté un circuit d'appareil frigorifique 21 selon une variante du circuit 1 de la figure 1. Les détails semblables ou identiques à ceux déjà décrits ont la même référence. En particulier, le circuit 21 comprend un compresseur 2, un condenseur 3 et un évaporateur 4 qui, dans le cas représenté en figure 6, est du type "jonction par roulage". Cela signifie que l'évaporateur 4 est obtenu par jonction de deux plaques planes 22 superposées (une seule est visible sur la figure 6) dans chacune desquelles est estampé par déformation plastique un serpentin 23 en forme de canal. Les serpentins 23 sont face à face, afin de former une tubulure dans laquelle s'écoule le fluide frigorigène. Le circuit 21 comprend,en outre, un capillaire d'expansion 24, un tube de retour 25 et un filtre 26 disposé en amont du capillaire 24.Le capillaire 24 et le tube 25 sont euxmêmes logés dans les plaques 22 de l'évaporateur 4, constituant un corps unique avec celui--ci. Le tube 25 est en fait obtenu par estampage des plaques 22, afin de constituer tout simplement une solution de continuité, soit la Branche'terminale des serpentins 23. Le capillaire 24 est obtenu aussi par estampage des plaques 22, les petits canaux formés presentant naturellement une section peu importante par rapport à ceux (23) de l'évaporateur 4. Dans une variante, le capillaire 24 peut être au contraire réalisé au moyen d'un tube de cuivre, qui est alors serré entre les plaques 22 au moment de leur superposition pour constituer l'évaporateur 4, afin qu'il soit extérieur et mécaniquement solidaire du tube 25, qui fait partie des plaques 22. Une branche 27 du- capillaire 24 passe sur le coté du tube 25, afin que par l'interme- diaire de la plaque 22, il y ait un échange thermique facile et important par conduction entre le capillaire 24 et le tube 25.De cette manière, on obtient un couplage thermique et mécanique du capillaire d'expansion avec le tube de retour, sans employer de soudure et sans réduire la section de passage du tube de retour. En outre, la construction représentée en figure 6 est simple, économique et facile à réaliser. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglosaxonnes en unités métriques, La presente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaltront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Circuit d'appareil frigorifique (1, 21) du type comprenant un compresseur (2), un condenseur (3), un tube capillaire (6, 13, 24) pouvant provoquer une expansion sensiblement isoenthalpique d'un fluide frigorigène circulant dans ce circuit (1, 21), un évaporateur (4) et un tube de retour (5, 14, 25) pouvant relier l'évaporateur (4) au compresseur (2), dans lequel au moins une partie (7,27)du tube capillaire (6, 13, 24) est disposée parallèlement au tube de retour (5, 14, 25) afin de permettre un échange thermique entre eux, caractérisé en ce que cette partie (7, 27) du tube capillaire (6, 13, 26) est montée à l'extérieur du tube de retour (5, 14, 25), ce dernier et la partie (7, 27) du tube capillaire (6, 13, 24) étant conformés d'une manière telle que la partie (7, 27) du tube capillaire (6, 13, 24) est fixée de manière inamovible sur le tube de retour (5, 14, 25), lequel est pourvu de moyens (10, 20,22) pour améliorer l'échange thermique entre le tube de retour et la partie (7, 27) du tube capillaire (6, 13, 24). 2 - Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de retour (5) est sensiblement cylindrique, et en ce qu'une partie (7) du tube capillaire (6) est enroulée en spirale, suivant un pas prédéterminé, sur une surface latérale extérieure (8) du tube de retour (5) afin de provoquer un contact direct entre cette dernière et une surface extérieure (9) de la partie (7) du tube capillaire (6). 3 - Circuit selon la revendication 1, caractérise en ce que les moyens permettant d'améliorer l'échange thermique comprennent une gaine (10) pouvant enfermer ensemble le tube de retour (5) et la partie (7) du tube capillaire (6) afin dedélimiter à l'intérieur du tube de retour (5) un espace (il) plein d'air dans lequel est disposée la partie (7) du tube capillaire (6), pouvant permettre l'échange thermique par convexion entre le tube capillaire (6) et le tube de retour (5). 4 -- Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que la gaine (10) est en chlorure de polyvinyle thermorétractable et peut maintenir la partie (7) du tube capillaire (6) contre le tube de retour (5). 5 - Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube capillaire (13) et le tube de retour (14) sont rectilignes et sensiblement cylindriques, le tube capillaire (13) étant logé dans un siège (18) ayant une section transversale sensiblement en forme de fer à cheval, le siège (18) étant formé le long d'une génératrice du tube de retour (14) par déformation plastique d'une paroi latérale (19) du tube. 6 - Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens permettant d'améliorer l'éehange thermique comprennent une paroi latérale (20) du siège (18) en forme de fer à cheval, cette paroi (20) adhérant à. une surface extérieure (15) du tube capillaire (13) le long d'un arc suivant au moins les trois quarts de la circonférence du tube capillaire (13), la paroi (20) pouvant permettre l'échange thermique par conduction entre le tube capillaire (13) et le fluide frigorigène à l'intérieur du tube de retour (14), qui présente une section transversale de passage sensiblement en forme de demi-lune. 7 - Circuit selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que le tube de retour (14) a été étiré au cours d'opérations successives afin de former sur lui le siège (18) et d'y bloquer ensuite le tube capillaire (13). 8 - Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le tube de retour (5, 14) et la partie (7) du tube capillaire (6, 15) peuvent être noyés dans une mousse isolante synthétique expansée (12). 9 - Circuit selon la revendication 1, dans lequel l'évaporateur (4) a été obtenu par superposition de deux plaques (22) planes estampées, munies chacune d'un serpentin (23) en forme de canal, caractérisé en ce que le tube de retour (25) fait partie des plaques (22) obtenues par estampage, et en ce que le tube capillaire (24) est obtenu par estampage sur les deux plaques (22), une branche (27) du tube capillaire (24) passant sur le côté du tube de retour (25), les deux plaques (22) pouvant permettre un échange thermique par conduction entre le capillaire (24) et le tube de retour (25). 10 - Circuit (21) selon la revendication 1, dans lequel l'évaporateur (4) a été obtenu par superposi tion de deux plaques (22) planes estampées, munies chacune d'un serpentin (23) en forme de canal, caractérisé en ce que le tube de retour (25) fait partie des deux plaques (22) obtenues par estampage et en ce que le tube capillaire (24) est serré entre les plaques (22), une branche (27) du tube capillaire (24) passant sur le côté du tube de retour (25), les plaques (22) pouvant permettre un échange thermique par conduction entre le capillaire (24) et le tube de retour (25).