Brevet FR2562218A1 — publié le 19851004

La présente invention concerne un réfrigérateur à compression permettant le stockage d'éléments dans une plage de température déterminée et la fabrication de glace en utilisant un minimum d'énergie. Elle concerne en particulier un réfrigérateur utilisable pour le stockage des vaccins dans des régions nécessitant une alimentation électrique autonome d'origine solaire photovoltaique. On a déjà décrit dans le brevet US 4 367 633 un système réfrigérant comportant un compartiment conservation, un compartiment fabrication de glace et un circuit frigorifique, ce système étant spécialement étudié pour des applications similaires à celles visées par le dispositif qui fait l'objet de la présente invention. Dans le dispositif de ce brevet américain, les deux compartiments sont mis en communication par leur partie supérieure et le circuit frigorifique comporte un seul évaporateur qui est immergé dans une solution eutectique et placé dans le compartiment de fabrication de glace. L'inertie thermique de la solution eutectique permet de conserver longtemps les basses tempera- tures et par là, autorise une minimisation de l'énergie consommée du fait de l'augmentation de la longueur des cycles. Mais l'on remarque que dans ce dispositif, il n'y a pas d'évaporateur dans le compactiment conservateur. Il y a donc des risques -en particulier lors de l'utilisation à des températures ambiantes élevées- que la température dans le compartiment conservateur fluctue, par exemple lorsque l'on remplit le compartiment de fabrication de glace avec de l'eau,et ainsi risque d'être supérieure à la température limite de stockage des vaccins. Le risque est d'autant plus présent que la régulation se fait à partir d'une prise de température de l'eutectique de ce compartiment freezer. En outre, ce dispositif ne permet pas de garder longtemps une température constante en cas de coupure de l'alimentation électrique. Enfin, ce dispositif présente des temps de marche améliorés par rapport à un dispositif dans lequel l'évaporateur n'est pas baigné dans un eutectique, mais ces temps doivent encore être améliorés si l'on veut une optimisation maximale de l'utilisation en circuit autonome. De façon à pallier les divers inconvénients des dispositifs de l'art antérieur, l'invention a pour but un réfrigérateur à compression qui permet le stockage d'éléments dans une plage déterminée, la fabrication de glace et qui peut fonctionner lorsque la température ambiante est élevée, ce dispositif ne présentant qu'une faible consommation d'électricité. Pour cela, elle prévoit un système de production de froid du type comprenant un premier compartiment pour la fabrication de la glace, un second compartiment pour la conservation d'éléments périssables, un circuit frigorifique à compression à détente par capillaire et un circuit de régulation du circuit frigorifique comprenant un dispositif de mesure de température. Ce système est caractérisé en ce que les deux compartiments sont isolés l'un de l'autre et en ce que le circuit frigorifique comporte au moins deux évaporateurs en série, chacun étant placé dans un desdits compartiments et étant plongé dans un liquide eutectique constituant un stockage thermique, ledit dispositif de mesure de la température étant situé dans le compartiment conservateur. Selon une caractéristique complémentaire de l'invention, le compartiment de fabrication de glace est constitué par un premier bac, ouvert en sa partie supérieure, situé à l'intérieur d'un second bac, les deux bacs définissant entre eux une enceinte contenant le liquide eutectique dans lequel est plongé l'évaporateur. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'évaporateur entoure le premier bac au moins dans sa partie supérieure. De préférence, les deux bacs sont parallélépipédiques. Selon une autre caractéristique, le compartiment de conservation est constitué par une enceinte ouverte en sa partie supérieure et munie, à proximité de celle-ci, d'un anneau, de~préférence horizontal, contenant le fluide eutectique dans lequel est plonge l'évaporateur. Mais d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation de l'invention, description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente les éléments essentiels d'un réfrigérateur réalisé selon l'invention, - la figure 2 représente l'évaporateur du compartiment conservateur, - la figure 3 représente le circuit frigorifique, - la figure 4 représente une coupe du réfrigérateur de la figure 1, - la figure 5 représente l'évolution de certaines températures lors du fonctionnement du réfrigérateur. On a représenté sur la figure 1 les éléments essentiels d'un réfrigérateur réalisé selon l'invention. Ce réfrigérateur est appelé "réfrigérateur solaire", car son alimentation provient d'un générateur photovoltalque comportant des accumulateurs en tampon. I1 est destiné à la conservation de vaccins et à la fabrication de glace dans les zones isolées, la glace devant servir principalement au transport des vaccins dans des récipients isothermes. I1 comprend essentiellement une enceinte isotherme fermée par un couvercle de façon à réaliser un ensemble du type bahut. L'enceinte comporte un compartiment conservateur dans lequel sont disposés les vaccins. Tous ces éléments sont classiques et ne sont pas représentés. Le compartiment de fabrication de glace est représenté par (1) et il comprend un premier bac (2) parallélépipédique dont la face supérieure (3) est ouverte. Le bac (2) est entouré d'un. second bac (4), parallélépipédique. Les deux bacs (2) et (4) définissent une enceinte (5) dans laquelle est disposé le serpentin (6) de l'évaporateur (7) du compartiment fabrication de glace. L'évaporateur (8) du compartiment conservateur (18) est placé à l'intérieur d'un tube (9) qui est disposé à l'intérieur du compartiment conservateur et à sa partie supérieure. Cet ensemble est plus particulièrement illustré à la figure 2 ou l'on remarque que le tube (9) comporte un orifice (10) de remplissage. Le circuit frigorifique (11) est représenté à la figure 3. I1 comporte un compresseur (12), un double condenseur (13) et (14), un filtre déshydrateur (15), l'évapora- teur (7) du compartiment fabrique de glace et l'évaporateur (8) du compartiment conservateur. Les deux évaporateurs sont montés en série. Entre l'entrée (16) de l'évaporateur (7) et le filtre (15), le fluide frigorifique liquide circule dans un capillaire (17) qui est mis en situation d'échange thermique avec la sortie (20) de l'évaporateur (8). La régulation de ce circuit se fait à partir d'une mesure de la température dans le compartiment (18). En se référant à la figure 1, on voit que l'évaporateur est enroulé en double spirale autour de la partie supérieure (22) du bac (2) alors que sur la figure 2, on remarque que l'évaporateur (8) est enroulé en spirale sur toute la longueur du tube (9) Le tube (9) et ltenceinte (5) sont remplis d'une solution eutectique. La figure 4 représente une coupe partielle du réfrigérateur dont les éléments ont été illustrés aux figures 1, 2 et 3. Sur cette figure, on a plus précisément représenté le corps (40) du réfrigérateur comportant l'enceinte isotherme (41) et le couvercle (42), remplis de matière isolante t43). Cette figure illustre la façon dont le compartiment fabrication de glace (1) et le compartiment conservateur (18) sont séparés thermiquement. D'une part, ils sont séparés par la cloison épaisse (45) remplie de matière isolante, mais aussi par le couvercle secondaire (46) qui coiffe le compartiment fabrication de glace. Sur cette figure, on n'a pas représenté le circuit frigorifique. Le réfrigérateur ainsi réalisé a un compartiment fabrication de glace de 10 dm3, et un compartiment conservation de 65 dm3. L'évaporateur du compartiment fabrication de glace est plongé dans 1,5 dm3 de liquide eutectique. L'évaporateur (8) est plongé dans au moins 2,8 dm3 d'eutectique. Ce réfrigérateur, alimenté en courant continu, consomme,en régime permanent et en charge complète, 395 Wh/jour à 430C à température ambiante et 421 Wh/jour à 320C et permet de maintenir une température moyenne de 40C dans le compartiment conservateur, cette température restant toujours dans la fourchette 2-80C. Ce même réfrigérateur peut fabriquer 1,3 kg de glace en moins de 24 heures, en maintenant une température intérieure à +40C dans le compartiment conservateur, cette température n'étant jamais inférieure à 20C ni supérieure à 80C. La température de l'eau avant congélation est égale à la température ambiante, la température finale étant inférieure à -30C, en général égale à -70C. Pour cela, les consommations relevés sont les suivantes : 564 Wh/jour pour 430C de température ambiante et 420 Wh/jour à 320C. Ces consommatipns sont donc parfaitement compatibles avec une alimentation photovoltalque. Les bonnes performances de cette installation sont principalement dues à l'effet bénéfique de l'utilisation de 2 évaporateurs en série combinée avec l'utilisation de deux milieux eutectiques. En l'absence de cette caractéristique, un réfrigérateur identique ne pourrait pas atteindre les mêmes performances et en particulier, il consommerait entre 1,5 et 2 fois plus d'énergie pour fabriquer la même masse de glace. En effet, pendant la période de fabrication de la glace, le stock eutectique permet une restitution mieux répartie des frigories lors du cyclage du compresseur et permet ainsi d'avoir un bon rapport de fonetionnsnent. La fabrication de glace n'entraîne donc pas de perturbation au niveau du compartiment de conservation. Ce résultat est mis en évidence par la figure 5 des dessins, qui représente des températures en différents points du réfrigérateur pendant son fonctionnement. La courbe (30) représente la température prise sur une paroi du compartiment conservateur, la courbe (31) représente la température prise sur la paroi annulaire de l'évaporateur (8) de ce compartiment conservateur. La courbe (32) représente la température de l'eau introduite dans le compartiment fabrication de glace et la courbe (33) représente la température au niveau de l'évaporateur (7) du compartiment fabrique de glace. On remarque sur cette figure que le compartiment fabrique de glace peut fournir les frigories nécessaires à la solidification de l'eau sans que cela entraîne de variation de la température du compartiment conservation.Ce résultat peut être attribué non seulement à la présence d'une solution eutectique dans chaque compartiment, en particulier de la solution eutectique dans le compartiment fabrique de glace qui permet de restituer les frigories emmagasinées, mais aussi à l'utilisation pour la régulation, d'une prise de température dans le compartiment conservateur qui est thermiquement isolé du compartiment fabrication de glace. De plus, la présence dans le circuit des eutectiques confère une inertie thermique importante, entraîne des temps de marche plus longs pour le compresseur. De ce fait, la viscosité de l'huile du compresseur diminue avec son échauffement, d'où une diminution des frottements et de la consommation électrique. De plus, le faible nombre de cycles entraîne une moins grande perte thermique par effet caloduc. En effet, dans un circuit frigorifique à compression à détente par capillaire, il y a équilibrage des pressions à l'arrêt. Le fluide frigorigène a tendance à aller vers l'endroit le plus froid du circuit, c'est-à-dire vers l'évaporateur. I1 s'y condense jusqu'à le remplir de liquide en libérant de la chaleur, ce qui introduit une quantité fixe de chaleur à l'intérieur du réfrigérateur à chaque temps d'arrêt du compresseur. Un autre avantage de la diminution du nombre de cycles est l'augmentation de la durée de vie du compresseur. La présence d'un stock froid -liquide eutectiquedans le compartiment conservation de vaccins permet de conserver ceux-ci encore plusieurs heures après un arrêt du réfrigérateur, ce qui peut être d'une importance vitale en zone isolée. La géométrie de ce stock, c'est-à-dire la position horizontale de l'évaporateur à proximité de l'ouverture du bac, entraîne une faible stratification des températures dans ce compartiment. D'autre part, la présence d'un stock froid dans le compartiment fabrication de glace permet d'éviter que la température ne remonte au-dessus de zéro pendant les temps d'arrêt et permet ainsi que la fabrication de la glace n'ait que très peu d'influence sur la température du compartiment conservateur. Les bonnes performances de ce dispositif sont aussi attribuables au fait que les deux évaporateurs travaillent à des températures voisines de zéro degré, c'est-à-dire à des températures plus élevées que pour un réfrigérateur classique sans eutectique. Ce mode de fonctionnement permet une augmentation notable du C.O.P. A titre indicatif, un réfrigérateur tel que celui qui a fait l'objet des essais ci-dessus, a des cycles d'environ 96 minutes dont 63 correspondent au temps d'arrêt du compresseur. Mais l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit. Elle en englobe au contraire toutes les variantes, en particulier toutes les variantes géométriques. Par exemple, les bacs constituant le compartiment fabrique de glace ou le compartiment conservateur peuvent avoir des formes autres que parallélépipédiques. Ils peuvent en effet présenter toute forme adaptée à l'utilisation envisagée. REVENDICATIONS I - Réfrigérateur à compression comprenant un premier compar timent pour la fabrication de la glace, un second compartiment pour la conservation d'éléments périssables, un circuit frigorifique à compression à détente par capillaire comprenant au moins un évaporateur dans le compartiment de fabrication de glace, ledit évaporateur étant plongé dans un liquide eutectique constituant un stockage thermique, caractérisé en ce que les deux compartiments sont isolés l'un de l'autre et en ce que le circuit frigorifique comporte au moins un évaporateur placé dans le compartiment conservateur et plongé dans un liquide eutectique constituant un stockage thermique. 2 - Réfrigérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le compartiment de fabrication de glace est constitué par un premier bac, ouvert en sa partie supé rieure et situé à l'intérieur d'un deuxième bac, les deux bacs définissant entre eux une enceinte contenant le liquide eutectique dans lequel est plongé l'évapora teur. 3 - Réfrigérateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux bacs sont parallélépipédiques. 4 - Réfrigérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le compartiment conservation est constitué par une enceinte ouverte en sa partie supérieure et munie, à proximité de celle-ci, d'un anneau contenant le fluide eutectique dans lequel est plonge l'évaporateur. 5 - Réfrigérateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit anneau est horizontal.