Brevet FR2525750A1 — publié le 19831028

La présente invention se rapporte à un procédé d'échange de chaleur, dans lequel on projette de l'eau pulvérisée contre un tube de circulation de fluide réfri- gérant, en particulier le tube d'évaporateur d'une machine de réfrigération, et on oblige l'air à circuler à travers l'eau pulvérisée, pour l'échange de chaleur; l'invention se rapporte également à un dispositif de réfrigération, par exemple une vitrine réfrigérée ou un réfrigérateur, auquel ce procédé d'échange de chaleur est appliqué. Dans un réfrigérateur ou une vitrine réfrigérée du type dans lequel les substances à réfrigérer sont pla- cées sur des rayons supports dans le réfrigérateur, ou sur des casiers d'exposition dans la vitrine, et o on fait circuler un gaz réfrigérant en contact direct avec ces substances à réfrigérer, de l'air froid, obtenu par exemple par un dispositif de réfrigération auquel un cycle de réfrigération est appliqué, est souvent utilisé pour réfrigérer les substances dans le réfrigérateur ou la vi- trine. Dans ce cas, l'air à basse température a une humidité relativement faible, c'est-à-dire qu'il s'agit d'air sec puisqu'il est obtenu par refroidissement d'air provenant de l'extérieur ou de l'air du réfrigérateur ou de la vitrine -Par conséquent, il se produit un phénomène tel que l'humidité est évaporée des substances à réfrigé- rer, lorsque cet air circule à travers le réfrigérateur ou la vitrine. Ce phénomène provoque une grave détérioration de la qualité des substances réfrigérées, par exemple des gâteaux, des aliments périssables ou des produits analo- gues, et, même lorsque la réfrigération elle-même est sa tisfaisante, les aliments périssables ou autres matières se dessèchent et perdent ainsi leurs qualités marchandes. La présente invention évite, d'une manière nou- velle, l'inconvénient décrit ci-dessusqui accompagne les réfrigérateurs et les vitrines réfrigérées usuels En re- lation avec cet objet, l'invention est caractérisée en ce que l'air de refroidissement envoyé à un réfrigérateur ou à une chambre d'exposition est transformé en air saturé à basse température contenant de fines gouttelettes d'eau, par injection d'eau froide dans le passage de l'air, et cet air saturé est ensuite refroidi à une température plus basse, par un réfrigérant prévu dans ledit passage, puis il est envoyé au réfrigérateur ou à la chambre d'exposition, dans un réfrigérateur ou une vitrine réfrigérée du type dans lequel un gaz de refroidissement circule en contact direct avec les substances à réfrigérer, par exemple des gâteaux et des aliments périssables, qui sont placées sur des rayons supports dans le réfrigérateur ou sur des ca- siers d'exposition dans la vitrine Suivant la présente invention, la possibilité d'évaporation de l'humidité con- tenue dans les aliments périssables est complètement sup- primée, même lorsque le gaz de refroidissement est en con- tact direct avec les aliments, puisque l'air saturé à bas- se température contenant de fines gouttelettes d'eau est utilisé comme gaz de refroidissement pour refroidir les aliments périssables et les maintenir à basse température, en contact direct avec elles Ainsi, la présente invention procure un réfrigérateur ou une vitrine réfrigérée permet- tant une excellente conservation de la fraicheur et de la qualité d'aliments périssables, pendant une longue durée. La présénte invention a également pour objet un procédé d'échange de chaleur dans lequer l'eau refroidie injectée dans le passage d'air de refroidissement envoyé à un réfrigérateur ou à une chambre d'exposition est pulvéri- sée à l'état d'un jet atomisé contre un tube d'évaporateur qui véhicule un fluide réfrigérant dans une machine de ré- frigération, de manière à éviter le gel de l'eau sur le tube d'évaporateur, ce qui réduirait l'effet de réfrigéra- tion; ainsi, l'échange de chaleur entre le fluide réfri- gérant qui circule dans le tube d'évaporateur et l'air est facilité, avec un effet de réfrigération accru. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description de sa forme de réalisation, non limitative, représentée sur les dessins annexés dans lesquels: Fig 1 est une coupe d'une partie d'une vitrine réfrigérée conforme à la présente invention; Fig 2 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 1; Fig 3 est une coupe suivant la ligne B-B de la figure 1; Fig 4 est une coupe de la partie voisine de 1 ' extrémité supérieure de la zone d'exposition; Fig 5 est une coupe partielle illustrant un dispositif d'échange de chaleur pour la mise en oeuvre du procédé d'échange de chaleur conforme à la présente inven- tion; et Fig 6 est une coupe partielle d'un réfrigéra- teur conforme à la présente invention. Les différents éléments sont désignés par les repères suivants, sur les figures: 1, vitrine; 2, zone d'exposition; 3, compartiment des machines; 4, 5, verre; 6, plaque arrière; 9, plaque d'étagère; 10, chambre d' exposition; 11,plaque de séparation; 12, passage; 13, petit trou; 14, ventilateur; 16, tube d'eau; 17, pompe; 18, buse d'injection d'eau; 20, corps cylindrique; 22, plaque de plafond; 2, espace; 25, orifice étranglé; 26, passage; 27, (partiè)serpentin d'évaporateur; 28, conduit; 29, petit trou; 30, espace; 31, plaque de fond; 32, bac d'eau froide; 33, (partie d')évaporateur; 47, tu- be d'évaporateur; 70, réfrigérateur; 72, porte; 76, machine de réfrigération; 78,79, orifice de communication; , buse d'injection; 84, tube d'évaporateur; 86, chambre de conservation; 87, chambre d'échange de chaleur. Des modes de réalisation de la présente invention sont décrits ci-après en détail, avec référence aux dessins. On décrit d'abord, avec référence à la figure 5, un disposi- tif d'échange de chaleur qui met en oeuvre le procédé d'é- change de chaleur conforme à la présente invention. Un cyclone 40 comporte une entrée d'air tangen- tielle 42, à la partie supérieure de sa partie cylindri- que 41 Un tube de sortie 43 est prévu dans l'axe de la partie cylindrique 41, de façon à s'étendre du haut vers le bas, et un-tube 44 d'injection d'eau froide est disposé autour du tube de sortie 43, concentriquement à ce dernier. Le tube d'injection 44 porte une pluralité de buses d'in- jection 45 Un tube d'évaporateur 47, faisant partie d'un dispositif de réfrigération, est disposé à l'intérieur de la partie cylindrique 41 du cyclone 40 Le tube d'évapora- teur 47 et les buses d'injection 45 sont agencés dans une position relative telle que l'eau sortant des buses d'in- jection 45 est projetée à l'état pulvérisé contre le tube d'évaporateur 47 Un filtre 48, un bac à eau 49 et une pompe 50 sont prévus, dans cet ordre, à l'extrémité infé- rieure d'une partie conique 51 du-cyclone Par conséquent, on fait circuler l'eau froide dans la direction de la flè- che B, c'est-à-dire, dans l'ordre, à travers la pompe 50, un tuyau de circulation 46, le tube d'injection 44, la partie cylindrique 41 du cyclone, sa partie conique 51, le filtre 48, le bac à eau 49 et la pompe 50 Un fluide réfri- gérant, en particulier un fluide réfrigérant à haute tempé- rature (de l'ordre de 10 C à -50 C), circule dans le tube d' évaporateur 47, dans la direction de la flèche C L'air est envoyé dans la direction de la -flèche A, c'est-à-dire de l'extérieur du réfrigérateur, de la vitrine réfrigérée ou autre appareil, dans le cyclone, par l'intermédiaire de l'entrée 42, et il est refroidi à son état saturé et envo- yé au réfrigérateur, à la vitrine réfrigérée ou autre, par l'intermédiaire du tube de sortie 43 On explique ci-après le procédé d'échange de chaleur conforme à la présente in- vention, dans lequel le dispositif d'échange de chaleur ci- dessus est utilisé L'eau pulvérisée par les buses d'injec- tion 45 prévues sur le tube d'injection 44 est projetée contre le tube d'évaporateur 47 du dispositif de réfrigé- ration et l'air est mis en circulation forcée à travers l'eau pulvérisée Par suite, un échange de chaleur a lieu entre le fluide réfrigérant, en particulier le fluide ré- frigérant à haute température, qui circule dans le tube d'évaporateur 47 et l'air, de sorte que l'air est ainsi refroidi à l'état saturé et envoyé dans une chambre con- tenant les substances à réfrigérer. On décrit maintenant le dispositif de réfrigé- ration, par exemple une vitrine réfrigérée,auquel le pro- cédé ci-dessus d'échange de chaleur est appliqué, avec ré- férenceaux figures 1 à 4. La vitrine 1 comprend une zone d'exposition 2, dans sa partie supérieure, et un compartiment de machine 3, dans sa partie inférieure L'avant et les deux côtés de la zone d'exposition 2 sont constitués par des plaques transparentes 4 et 5 en verre, tandis que l'arrière de cette zone est constitué par une plaque arrière 6 en tôle d'acier ou matière analogue Une matière 7 thermiquement isolante est collée sur la surface arrière de la plaque arrière 6 La plaque avant en verre sert également de porte pour la zone d'exposition 2 et elle est munie d'une char- nière 8. Une chambre d'exposition 10 est formée à l'inté- rieur de la zone d'exposition 2,-cette chambre étant sépa- rée des autres zones par une plaque de plafond 22 et une plaque de fond 31 Une pluralité d'étagères 9, pour suppor- ter les substances exposées, sont prévues dans la chambre d'exposition 10 et elles sont fixées à intervalles appro- priés Des plaques de séparation 11 sont prévues dans la zone d'exposition 2, dans des positions relativement pro- ches de la plaque arrière 6 mais cependant à une distance déterminée de cette dernière Les plaques de séparation il s'étendent jusque dans le compartiment de machine 3 situé au-dessous et elles y sont fixées de façon à être égale- ment situées à une distance déterminée de la plaque arriè- re {constituée par le prolongement de la plaque arrière 6 de la zone d'exposition 2) du compartiment de machine 3 L' expression 'distance déterminée", qui est expliquée plus loin en détail, correspond au passage 12, en certains en- droits de la présente description, puisqu'elle définit éga- lement un passage d'air Une pluralité de petits trous 13, qui font communiquer le passage 12 avec la chambre d'expo- sition 10,sont prévus dans les parties des plaques de sépa- ration 11 qui correspondent à la chambre d'exposition 10, tandis qu'un orifice 15, communiquant avec un orifice d'as- piration d'un ventilateur 1,4, est formé dans la partie de la plaque 11 correspondant au compartiment de machine 3. Un tube d'eau 16, dont la longueur s'étend sur presque toute la hauteur de la vitrine 1 et qui est alimen- té en eau froide, est monté de façon à être situé dans la partie centrale entre les plaques-de séparation 11 Le tube d'eau 16 est raccordé à l'extrémité inférieure à l'orifice de refoulement d'une pompe 17, qui est installée dans un bac d'eau froide placé à la partie la plus basse de la vi- trine 1, et il comporte une pluralité de buses 18 d'injec- tion d'eau sur sa périphérie dans la partie située à l'in- térieur de la chambre d'exposition 10 Un corps cylindri- -que 20 est prévu autour de la périphérie extérieure du tu- be d'eau 16, à une distance déterminée (constituant un pas- sage 26) de ce dernier, l'extrémité inférieure du corps cy- lindrique 20 s'étendant jusque dans le compartiment de-ma- chine 3 et comportant un orifice 21 qui communique avec le tuyau de refoulement du ventilateur 14 - L'extrémité supérieure du corps 20 traverse la plaque de plafond 22 de la chambre d'exposition 10 et dé- bouche, par un orifice étranglé 25, dans un espace 24 défi- ni entre le plaque de plafond 22 et la plaque de plafond 23 de la vitrine D'autre part, la partie 27 du serpentin d'évaporateur d'un cycle de réfrigération décrit plus loin est placée dans le passage 26 formé entre le tube d'eau 16 et le corps cylindrique 20. Un conduit semi-cylindrique 28 est prévu autour du corps cylindrique 20, à une distance déterminée (cons- tituant un espace 30) du corps 20 Ce conduit 28 s'étend seulement à l'intérieur de la chambre d'exposition 10 et il comporte une pluralité de petits trous N 29 qui font com- muniquer le passage 30 avec l'intérieur de là chambre d' exposition L'extrémité inférieure du conduit 28 est en contact sans jeu avec la plaque dé fond 31 de la chambre d'exposition tandis que son extrémité supérieure débouche dansl'espace 24. Un bac d'eau froide 32 est prévu à la partie in- férieure du compartiment de machine 3 et la pompe 17 est placée dans ce bac 32 pour aspirer l'eau froide dans le bac Une partie 33 de l'évaporateur du dispositif de réfri- gération est placée à l'intérieur de ce bacpour refroidir l'eau contenue dans le bac Le dispositif de réfrigération mentionné dans la présente description est d'un type usuel dans lequel on utilise un cycle de réfrigération et ses é- léments ne sont pas représentés sur les figures, à l'excep- tion de l'évaporateur. En ce qui concerne/ fonctionnement du dispositif- dansce mode de réalisation, l'eau contenue dans le bac d' eau froide 32 est refroidie par le fonctionnement du dispo- si-tif de réfrigération et l'eau ainsi refroidie est refou- lée dans le tube d'eau 16 par la pompe 17 Elle est ensuite injectée dans le passage 26 par les buses 18 d'injection. d'eau prévues sur la paroi périphérique du tube d'eau 16. En même temps, on fait circuler l'air à l'intérieur du pas- sage 26, du bas vers le haut, au moyen du ventilateur 14 et l'eau refroidie injectée dans le passage 26 est mélangée à ce flux d'air L'air est refroidi par cette eau refroidie - et devient de l'air sursaturé à basse température, conte- nant une grande quantité d'humidité, et il est éjecté, par l'orifice étranglé 25, dans l'espace 24 situé au-dessus. Pendant cette éjection par l'orifice étranglé 25, les gros- ses gouttelettes d'eau contenues dans l'air sont éliminées et tombent le long du corps cylindrique 20 Par conséquent, l'air à basse température qui circule dans l'espace 24 se trouve dans un état saturé et contient seulement de fines gouttel ettes d'eau Cet air s'écoule dans l'espace 30 puis dans la chambre d'exposition 10, à travers les petits trous 29 prévus dans le conduit 28. La chambre d'exposition 10 communique avec le passage 12 par la pluralité de trous 13 prévus dans les plaques de séparation 11 constituant l'arrière de la cham- bre, tahdis que le bas du passage 12 communique avec l'o- rifice d'aspiration du ventilateur 14 Par conséquent, 1 ' air refroidi venant de l'espace 24 traverse la chambre d' exposition 10, refroidit les substances à réfrigérer dans la chambre d'exposition puis il est aspiré dans le venti- lateur 14 et ainsi le circuit ci-dessus se renouvelle Pen- dant cet écoulement, le mélange d'air et d'eau refroidie est à nouveau refroidi par le serpentin d'évaporateur 27 prévu dans le passage 26, lorsqu'il s'écoule à travers le passage 26 Par suite, la température du mélange (d'eau et d'air) devient encore plus basse, compte tenu de la cha- -25 leur de vaporisation de l'eau consommée lorsque l'eau re- froidie sortant des buses 18 d'injection d'eau est mélangée à l'air venant du ventilateur 14. De cette façon, l'air refroidi à l'état saturé contenant de fines gouttelettes d'eau à basse température est mis en circulation à travers la chambre d'exposition et, ainsi, les aliments périssables placés sur les rayons dans la chambre d'exposition sont réfrigérés dans la vitri- ne conforme à la présente invention Par conséquent, dans la réfrigération des aliments périssables,par exemple, les aliments peuvent être réfrigérés et maintenus à basse tem- pérature, tandis qué le risque de séchage des aliments ou des substances à réfrigérer, du fait de la vaporisation de leur humidité, est complètement évité La fraicheur des produits périssables peut donc être maintenue pour une lon- gue durée. Afin d'obtenir un écoulement uniforme de l'air refroidi dans la chambre d'exposition de la vitrine, il faut veiller particulièrement à la formé, la position, le nombre, etc des petits trous 29 prévus dans le conduit 28 et opérer de même en ce qui concerne les petits trous 13 percés dans les plaques de séparation 11 D'autre part, il va sans dire qu'une telle conception est nécessaire pour la réfrigération uniforme des substances à réfrigérer, lors- que la charge de réfrigération de chaque rayon-est diffé- rente. Enfin, on décrit ci-après un réfrigérateur auquel le procédé ci-dessus d'échange de chaleur est appliqué, a- vec référence à la figure 6 Le réfrigérateur 70 conforme à la présente invention comprend une chambre de conserva- tion 86 pour contenir les substances à réfrigérer, une cham- bre 87 'd'échange de chaleur située à la partie supérieure et un compartiment de machine situé à la partie inférieure. Le compartiment de machine comprend principalement un bac à eau 75, équipé d'une pompe 77, et une machine de réfrigé- ration 76 La chambre de conservation 86 et la chambre 87 d'échangebe chaleur sont constituées dans la partie supé- rieure du réfrigérateur 70, par division de l'intérieur d' une paroi 71 au moyen d'une cloison 74 qui comporte un ori- fice supérieur 78 de communication et un orifice inférieur 79 de communication qui font communiquer la chambre de con- servation 86 avec la chambre 87 d'échange de chaleur Une porte 72, permettant l'enlèvement ou l'addition de substan- ces à réfrigérer, est prévue à l'avant de la chambre de réception 86 et des rayons 73 supportant les substances sont prévus dans la chambre de conservation 86 Un ventila- -10 teur 85 estprévu près de l'orifice inférieur 79 de commu- nication Un tube d'évaporateur 84, c'est-à-dire le serpen- tin d'évaporateur de la machine de réfrigération 76, est disposé dans la chambre 87 d'échange de chaleur et un flui- de réfrigérant, en particulier un fluide réfrigérant à- haute température {de l'ordre de 1 C à -50 C) de la machine de réfrigération 76, circule dans le tube d'évaporateur 84, dans la direction des flèches E Une buse d'injection est placée dansla chambre 87 d'échange de chaleur, de sorte que l'eau peut être pulvérisée par cette buse contre le tube d'évaporateur 84 Par suite,l'eau froide est envo- yée du bac à eau 75 à la buse d'injection 80, par la pompe 77, elle est pulvérisée contre le tube d'évaporateur 84 puis envoyée dans la chambre 87 d'échange de chaleur et circule ensuite d'un orifice d'évacuation 81 vers le bac à eau 75, à travers un filtre 89. Le réfrigérateur suivant la présente invention est construit comme décrit ci-dessus et son fonctionnement est presque le même que celui de la vitrine réfrigérée décrite précédemment On explique simplement ci-après le fonctionnement du réfrigérateur L'eau contenue dans le bac à eau 75 est refroidie par le fonctionnement de la ma- chine de réfrigération Il n'est pas toujours nécessaire de refroidir l'eau dans le bac à eau 75 L'eau refroidie est aspirée par la pompe 77 et pulvérisée par la buse d'in- jection 80 contre le tube d'évaporateur 84 dans lequel cir-. cule le fluide réfrigérant, puis l'eau tombe à travers la chambre 87 d'échange de chaleur Elle est ensuite envoyée au filtre 89 par l'orificed'évacuation 81 et collectée à nouveaudans le bac à eau 75 En même temps, à l'intérieur de la chambre 87 d'échange de chaleur, l'air est mis en cir- culation de bas en haut par le ventilateur 85, prévu dans la partie inférieure de la chambre 87 Par suite, l'air s' élève à travers la chambre 87 d'échange de chaleur, dans la direction de la flèche D, et il est envoyé par l'orifice supérieur 78 dans la chambre 86 contenant les substances à réfrigérer Puisque l'air est refroidi à l'état saturé dans la chambre 87 d'échange de chaleur, aucune humidité n'est évaporée des substances à réfrigérer lorsque l'air est en contact direct avec les substances dans la chambre de conservation 86 L'air circule ensuite de la chambre de conservation 86 vers la chambre 87 d'échange de cha- leur, à travers l'orifice inférieur 79 de communication, au moyen du ventilateur 85 Le fluide réfrigérant, en par- ticulier le fluide réfrigérant à haute température, est mis en circulation à travers le tube d'évaporateur 84 de la machinede réfrigération 76, dans la direction des flè- ches E, et un échange de chaleur s'effectue entre le flui- de réfrigérant et l'air dans la chambre 87 d'échange de chaleur Puisque l'eau sortant de la buse d'injection 80 est pulvérisée contre le tube d'évaporateur 84, aucune eau ne gèle sur le tube 84 et ainsi l'échange de chaleur est effectué de façon très efficace. Comme décrit ci-dessus, 'le procédé d'échange de chaleur conforme à la présente invention évite le gel de l'humidité sur le tube d'évaporateur dans lequel circule le fluide réfrigérant et, par conséquent, l'échange de cha- leur est ainsi effectué constamment dans des conditions op- timales En outre, puisque l'air à basse température à 1 ' état saturé contenant de fines gouttelettes d'eau est uti- *.lisé comme air de refroidissement dans le dispositif de réfrigération, par exemple une vitrine réfrigérée ou un ré- frigérateur, auquel le procédé d'échange de chaleur confor- me à la présente invention est appliqué, la vaporisation de l'humidité des substances à réfrigérer est complètement évitée, même lorsque la réfrigération est effectuée par contact direct de l'air froid en circulation avec les sub- stances et, de plus, l'air en circulation peut être épuré par l'eau pulvérisée Par conséquent, le dispositif de ré- frigération et le réfrigérateur ci-dessus permettent une conservation excellente de la qualité des aliments péris- sables et des substances à réfrigérer et de leurs proprié- tés comme produits consommables, pendant une longue durée, lorsque ces aliments sont conservés et exposés à basse température pour une longue durée En outre, puisque les substances peuvent être exposées sans être enveloppées, leur état peut être vérifié de l'extérieur, très exacte- ment La présente invention est donc très utile dans une vitrine réfrigérée ou un réfrigérateur et présente de nom- breux avantages pour cet usage. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la mise en oeuvre du procédé et du dispositif suivant l'invention, sans sor- tir du cadre de celle-ci. Revendications 1 Procédé d'échange de chaleur, caractérisé en ce que l'échange de chaleur est effectué par projection d' eau pulvérisée contre un tube d'évaporateur, dans lequel circule un fluide réfrigérant, et par circulation forcée d'air à travers l'eau pulvérisée. 2 Dispositif de réfrigération utilisant un procédé d'échange de chaleur dans lequel de l'eau pulvérisée est projetée contre un tube d'évaporateur, dans lequel circu- le un fluide réfrigérant, et de l'air est mis en circula- tion forcée à travers l'eau pulvérisée, caractérisé en ce qu'un tube d'eau ( 16), comportant des buses ( 18) d'injec- tion d'eau refroidie, et le tube d'évaporateur ( 27) d'un dispositif de réfrigération sont disposés dans un passage ( 26) d'introduction d'air refroidi dans une chambre ( 10), et en ce que de l'air refroidi à l'état saturé, contenant de fines gouttelettes d'eau à basse température, est en- voyé dans la chambre et est mis en circulation en contact direct avec les substances à réfrigérer qui sont placées sur des rayons ( 9) dans la chambre. 3 Réfrigérateur utilisant un procédé d'échange de chaleur, dans lequel de l'eau pulvérisée est projetée contre un tube d'évaporateur, dans lequel circule un flui- de réfrigérant, et de l'air est mis en circulation forcée à travers l'eau pulvérisée, caractérisé en ce qu'une porte ( 72) pour l'introduction et la reprise des substances à ré- frigdrer est prévue sur un côté d'une chambre ( 86) conte- nant les substances à réfrigérer; une chambre ( 87) d'échan- ge de chaleur, effectuant un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et l'air, est prévue parallèlement à la chambre de conservation, sur l'un quelconque des autres côtés; des orifices de communication ( 78,79) pour la cir- culation d'air sont prévus de manière à faire communiquer la chambre de conservation ( 86) avec la chambre ( 87-) d'é- change de chaleur; des buses ( 80) d'injection d'eau re- froidie et le tube d'évaporateur ( 84) d'une machine de ré- frigération sont disposés dans la chambre ( 87) d'échange de chaleur; et l'air refroidi à l'état saturé, qui con- tient de fines gouttelettes d'eau à basse température, est envoyé dans la chambre de conservation et est mis en circulation en contact direct avec les substances à réfri- gérer dans la chambre de conservation.