Brevet FR2652150A1 — publié le 19910322

La présente invention concerne le domaine de la technique frigorifique et a notamment pour objet un groupe compresseur frigorifique. La présente invention s'applique très avantageusement à des réfrigérateurs-congélateurs domestiques. On connaît un groupe compresseur frigorifique (JP, A, 55-5019) qui comporte, en série suivant la direction du déplacement de l'agent frigorifique, un compresseur, un condensateur, mis en communication avec l'extrémité d'entrée d'un premier tube capillaire, dont l'extrémité de sortie est mise en communication avec l'entrée d'une soupape de réglage, dont la sortie est reliée à l'extrémité d'entrée d'un deuxième tube capillaire dont l'extrémité de sortie est raccordée à un évaporateur à haute température qui est lui même relié à un évaporateur à basse température, mis en communication avec le compresseur, l'entrée de la soupape de réglage étant mise en communication avec l'extrémité d'entrée d'un troisième tube capillaire dont l'extrémité de sortie est raccordée à l'évaporateur à basse température. Pendant le fonctionnement du groupe compresseur frigorifique, le compresseur refoule des vapeurs de l'agent frigorifique qui sont comprimées jusqu'à une pression de refoulement dans le condensateur. A la suite de l'échange de chaleur dans le condensateur avec le milieu environnant, les vapeurs de l'agent frigorifique se condensent. L'agent frigorifique liquide ainsi formé est étranglé dans le premier tube capillaire. Le procédé d'étranglement consiste à réduire la pression et la température de l'agent frigorifique pendant son passage à travers le premier tube capillaire. Le processus du passage de l'agent frigorifique par le permier tube capillaire est suivi du frottement de l'agent frigorifique contre ses parois. A cause de ce frottement qui a lieu dans les couches limites entre l'agent frigorifique et le tube, une chaleur se dégage en une quantité suffisante pour provoquer le passage d'une partie de l'agent frigorifique liquide à l'état de vapeur. En conséquence, il se forme un mélange vapeur- -liquide de l'agent frigorifique. le mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique formé dans le premier tube capillaire parvient, lorsque la soupape de réglage est fermée, au troisième tube capillaire. Pendant le passage par le troisième tube capillaire, le mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique est étranglé jusqu'à une réduction ultérieure de la température et de la pression ce qui conduit à la formation de vapeur supplémentaire d'agent frigorifique. De ce fait, la teneur en vapeur du mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique croît. Du troisième tube capillaire, le mélange vapeurliquide de l'agent frigorifique parvient dans les évaporateurs à haute température et à basse température o la phase liquide du mélange vapeurliquide de l'agent frigorifique bout en formant du froid et sa phase vapeur passe par l'évaporateur sans prendre part à l'ébullition et ne forme pas de froid. Les vapeurs formées à la suite de l'ébullition sont aspirées par le compresseur. Lorsque la soupape de réglage est ouverte, le mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique formé dans le premier tube capillaires passe par les deuxième et troisième tubes capillaire. Les deuxième et troisième tubes capillaires sont choisis de façon que la capacité de débit du deuxième tube capillaire soit notablement supérieure à celle du troisième. Pendant que le mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique passe par les deuxième et troisième tubes capillaires, il est soumis à un étranglement suivi d'une réduction de température et de pression, ce qui conduit à la formation de vapeur supplémentaire de l'agent frigorifique. En conséquence, la teneur en vapeur du mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique augmente. A partir du deuxième tube capillaire, la plus grande partie du courant du mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique parvient à l'évaporateur à haute température o la phase liquide bout en formant du froid et la phase vapeur passe par l'évaporateur sans former de froid. Du troisième tube capillaire, la plus petite partie du courant du mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique parvient dans l'évaporateur à basse température o la phase liquide bout en formant du froid et le mélange ne bout pas et ne forme pas de froid. Ayant passé par l'évaporateur à haute température, la phase vapeur parvient dans l'évaporateur à basse température d'o elle est aspirée par le compresseur. Seule la phase liquide du mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique participe à l'ébullition et la formation de froid tandis que sa phase vapeur ne forme pas de froid. Il s'ensuit que plus la teneur du mélange en vapeur est faible, plus le froid produit par unité de temps lors de son ébullition dans les évaporateurs est grand, c'est-à-dire que la puissance frigorifique du groupe croît. Une partie de l'énergie consommée par le compresseur est dépensée pour le déplacement de la phase vapeur qui ne forme de froid, par les tubes capillaires et les évaporateurs. Cela conditionne une augmentation de la consommation d'énergie du groupe compresseur frigorifique. Dans le groupe compresseur frigorifique en question, un réchauffeur électrique est monté pour la décongélation du condensat d'eau congélé à la surface extérieure de l'évaporateur à haute température. Dans le cas d'une congélation du condensat d'eau, une couche de neige se forme à la surface de l'évaporateur à haute température. Cette couche de neige aboutit à de mauvaises conditions d'échange de chaleur entre l'agent frigorifique et le milieu qui le refroidit dans la chambre frigorifique, ce qui conduit à une augmentation de la consommation d'énergie. Le réchauffeur électrique, monté pour la décongélation périodique de la surface extérieure de l'évaporateur à haute température, impose l'utilisation d'énergie supplémentaire du groupe frigorifique. On s'est donc proposé de mettre au point un groupe compresseur frigorifique dont les éléments seraient reliés de manière à permettre l'obtention d'une faible teneur en vapeur du mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique refoulé dans les évaporateurs et à permettre ainsi d'augmenter la puissance frigorifique en réduisant la consommation d'énergie. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un groupe compresseur frigorifique qui comporte, en série suivant le déplacement de l'agent frigorifique, un compresseur, un condensateur relié à l'extrémité d'entrée d'un premier tube capillaire, dont l'extrémité de sortie est reliée à l'entrée d'une soupape de réglage, dont la sortie est mise en communication avec l'extrémité d'entrée d'un deuxième tube capillaire dont l'extrémité de sortie est raccordée à un évaporateur à haute température lequel est en communication avec un évaporateur à basse température, qui communique avec le compresseur, l'entrée de la soupape de réglage étant reliée à l'extrémité d'entrée du troisième tube capillaire dont l'extrémité de sortie est raccordée à l'évaporateur à basse température et, selon l'invention, ce groupe compresseur est pourvu de deux récipients qui sont reliés en série en suivant la direction du déplacement de l'agent frigorifique, le premier d'entre eux étant disposé au-dessus du second et étant relié à l'extrémité d'entrée du troisième tube capillaire, à l'extrémité de sortie du premier tube capillaire et à l'entrée de la soupape de réglage, le deuxième récipient étant relié à la sortie de la soupape de réglage et à l'extrémité d'entrée du deuxième tube capillaire et l'extrémité de sortie du premier tube capillaire débouche au-dessous de l'extrémité d'entrée du troisième tube capillaire. Lorsque la soupape de réglage est fermée, le mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique qui est formé dans le premier tube capillaire arrive au récipient supérieur. Dans ce récipient, les phases du mélange vapeur- liquide se séparent sous l'effet de la différence de poids spécifiques. La phase liquide qui est la plus lourde s'accumule à la partie inférieure du récipient et la phase vapeur qui est la plus légère s'accumule à la partie supérieure de celui-ci. L'autre partie de la phase vapeur se condense à la suite de l'échange de chaleur entre le mélange vapeur- liquide de l'agent frigorifique qui arrive dans le récipient supérieur et le milieu environnant. Par suite de la séparation des phases dans le mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique et de la concentration de la phase vapeur dans le récipient supérieur, la phase liquide de l'agent frigorifique ne peut arriver que dans le troisième tube capillaire. Quant à la phase vapeur de l'agent frigorifique, elle reste à la partie supérieure du récipient et ne parvient pas à l'évaporateur à basse température. L'étranglement de l'agent frigorifique dans le troisème tube capillaire est suivi de la formation de vapeur. Toutefois, malgré cette formation de vapeur, la teneur en vapeur du mélange vapeur-liquide qui est envoyé vers l'évaporateur à basse température reste faible. Une faible teneur en vapeur du mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique, amené à l'évaporateur à basse température, contribue à l'augmentation de la puissance frigorifique du groupe et à la diminution de sa consommation d'énergie. Lorsque la soupape de réglage est ouverte, le mélange vapeur-liquide parvient au récipient inférieur. Les phases du mélange vapeur-liquide sont séparées dans le récipient inférieur. Une partie de la phase vapeur s'accumule à la partie supérieure du récipient et l'autre se condense. Par suite de la séparation des phases, la phase liquide de l'agent frigorifique n'arrive qu'au deuxième tube capillaire. Sa phase vapeur reste à la partie supérieure du récipient et ne peut penétrer dans l'évaporateur à haute température. L'étranglement de l'agent frigorifique dans le deuxième tube capillaire est suivi de la formation de vapeur. Néanmoins, la teneur en vapeur du mélange vapeur-liquide envoyé à l'évaporateur à haute température reste faible. La faible teneur en vapeur du mélange vapeur- liquide qui est envoyé à l'évaporateur haute température aboutit à l'augmentation de la puissance frigorifique du groupe compresseur frigorifique ainsi qu'à la réduction de sa consommation d'énergie. Un récipient est disposé au-dessus de l'autre en vue d'assurer l'amenée d'une plus grande partie de l'agent frigorifique à l'ouverture de la soupape dans l'évaporateur à haute température lorsque la température y a dépassé la valeur imposée. En outre, la disposition d'un récipient au- dessus de l'autre provoque l'augmentation de la consommation en poids de l'agent frigorifique dans l'évaporateur à haute température ce qui conduit à l'augmentation de sa puissance frigorifique. La disposition de l'ouverture de l'extrémité de sortie du premier tube capillaire dans le récipient supérieur au-dessous de l'ouverture de l'extrémité du troisième tube capillaire est imposée par la nécessité de supprimer la pénétration de la phase vapeur de l'agent frigorifique dans le troisième tube capillaire lorsque la soupape de réglage est en position fermée. Le mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique arrive du premier tube capillaire. Du fait que la phase vapeur est plus légère, elle est chassée vers la partie supérieure du récipient. Pendant le déplacement de la phase vapeur vers le haut, une partie se condense. Plus la distance entre l'ouverture de l'extrémité de sortie du premier tube capillaire et la face en bout de l'extrémité d'entrée du troisième tube capillaire est grande, plus la partie de la phase vapeur condensée est grande et plus l'éventualité de la pénétration de la phase vapeur dans le troisième tube capillaire est petite. Il est avantageux que le troisième tube capillaire soit logé à l'intérieur de l'évaporateur à haute température. Par suite de l'étranglement de l'agent frigorifique liquide dans le troisième tube capillaire, il se produit la formation d'un mélange vapeurliquide de l'agent frigorifique. Grâce au fait que le troisième tube capillaire est disposé à l'intérieur de l'évaporateur à haute température, l'échange de chaleur se produit entre l'agent frigorifique liquide qui bout dans l'évaporateur à haute température et le mélange vapeur-liquide étranglé dans le troisième tube capillaire. La chaleur est absorbée lors de l'échange de chaleur du mélange vapeur-liquide dans le troisième tube capillaire. L'évacuation de la chaleur, cédée par le mélange vapeur-liquide, est suivie de la condensation d'une partie de la phase vapeur de l'agent frigorifique. La condensation dans le troisième tube capillaire de la phase de l'agent frigorifique aboutit à une réduction de la teneur en vapeur dans le mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique. La diminution de la teneur en vapeur du mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique qui arrive à l'évaporateur à basse température conduit à l'augmentation de la puissance frigorifique de cet agent et à la réduction de sa consommation d'énergie. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure i représente un système de transport d'un agent frigorifique dans un groupe compresseur frigorifique selon la présente invention; et - la figure 2 représente l'organisation des éléments du groupe compresseur frigorifique selon l'invention. Le groupe compresseur frigorifique selon l'invention est destiné à un réfrigérateur-congélateur combiné à deux chambres pour usage domestique et comporte, en série suivant le déplacement de l'agent frigorifique, comme on peut le voir aux figures, un compresseur 1, un condensateur 2 qui est relié à l'extrémité d'entrée d'un premier tube capillaire 3. Un filtre-déshumidificateur 4, montré à la figure 2, est monté entre le condensateur 2 et le premier tube capillaire 3. L'extrémité de sortie du premier tube 3 est raccordée à l'entrée d'une soupape de réglage 5. La sortie de la soupape 5 est reliée à l'extrémité d'entrée d'un deuxième tube capillaire 6 dont l'extrémité de sortie est raccordée à un évaporateur à haute température 7, lequel est mis en communication avec un évaporateur à basse température 8 qui est relié au compresseur 1. L'entrée de la soupape de réglage 5 est reliée à l'extrémité d'entrée d'un troisième tube capillaire 9 dont l'extrémité de sortie est raccordée à l'évaporateur à basse température 8. Pour réduire la consommation d'énergie du groupe, celui-ci est muni de deux récipients et 11 qui sont reliés en série suivant le déplacement de l'agent frigorifique. Le premier récipient 10 est disposé au-dessus du second récipient 11 et il est relié à l'entrée de la soupape de réglage 5, à l'extrémité de sortie du premier tube capillaire 3 et à l'extrémité d'entrée du troisième tube capillaire 9. Le second récipient 11 est relié à la sortie de la soupape de réglage 5 et à l'extrémité de sortie du deuxième tube capillaire 6. L'embouchure du premier tube capillaire 3 est disposée dans le récipient supérieur 10 au-dessous de l'embouchure d'extrémité d'entrée du troisième tube capillaire 9. Pour la réduction de la consommation d'énergie, le troisième tube capillaire 9 est disposé à l'intérieur de l'évaporateur haute température 7. Afin de maintenir un niveau thermique requis dans la chambre de congélation 12 que l'on peut voir à la figure 2, un régulateur thermique 13 y est monté, dont l'élément sensible 14 est en contact avec la surface de l'évaporateur basse température 8. Les contacts électriques 15 et 16 du régulateur thermique sont reliés à des éléments électriques 17, 18 d'un relais protecteur de démarrage 19 du compresseur 1 et à une source de tension (non representée). Pour maintenir un niveau thermique requis dans la chambre frigorifique 20, un régulateur thermique 21 est monté, dont un élément sensible 22 est en contact avec la surface de l'évaporateur haute température 7. Les contacts électriques 23 et 24 du régulateur thermique 21 sont reliés aux contacts électriques 25, 26 de la soupape de réglage 5 et à une source de tension (non représentée). Dans l'utilisation du groupe frigorifique, après avoir chargé la chambre frigorifique 20 et la chambre de congélation 12 de produits tièdes, le groupe est mis en fonctionnement continu pendant 24 heures sans mettre le compresseur 1 hors circuit, c'est-à-dire en régime de congélation de produits. Du fait qu'au moment initial du fonctionnement du groupe, la température dans la chambre frigorifique 20 est supérieure à +5 C, la soupape de réglage 5 s'ouvre selon la commande du régulateur thermique 21. Dans ce cas, les vapeurs de l'agent frigorifique se liquéfient dans le compresseur 1 et se condensent dans le condensateur 2. L'agent frigorifique liquide formé dans le condensateur 2 est débarassé des particules mécaniques et de l'eau dans le filtre déshydrateur 4. Dans le premier tube capillaire 3, l'agent frigorifique liquide est étranglé avec la diminution de la pression à partir de sa valeur de condensation jusqu'à sa pression intermédiaire. La valeur de la pression intermédiaire est déterminée par la capacité de débit du premier tube capillaire 3. Après l'étranglement dans le premier tube capillaire 3, le mélange vapeurliquide formé de l'agent frigorifique s'écoule dans le récipient inférieur 11. La phase liquide du mélange remplit le récipient inférieur 11 jusqu'au niveau auquel se trouve la section d'entrée du deuxième tube capillaire 6. Une partie de la phase vapeur du mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique se condense et se transforme en phase liquide et une partie s'accumule dans la partie supérieure du récipient 11 et dans le récipient 10. La phase liquide du mélange est étranglée dans le deuxième tube capillaire 6 jusqu'à la pression d'aspiration, assurant l'obtention d'une température requise d'ébullition de l'agent frigorifique dans l'évaporateur à haute température 7. Dans cet évaporateur 7, la phase liquide de l'agent frigorifique bout en refroidissant la chambre frigorifique 20. En même temps que l'étranglement de la phase liquide du mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique dans le deuxième tube capillaire 6, la phase vapeur qui se trouve à la partie supérieure du récipient inférieur 11 et dans le récipient supérieur 12 est véhiculée à travers le troisième tube capillaire 9 vers l'entrée de l'évaporateur basse température 8. Le jet de vapeur de l'agent frigorifique, après étranglement dans le troisième tube capillaire 9, éjecte le mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique qui est formé à la suite de l'ébullition dans l'évaporateur à haute température 7, vers l'évaporateur à basse température 8. La phase liquide du mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique bout dans l'évaporateur à basse température 8. Lors de l'ébullition de cette phase liquide dans l'évaporateur à basse température 8, il y a refroidissement de la chambre de congélation 12. Les vapeurs de l'agent frigorifique qui sont formées lors de l'ébullition dans l'évaporateur à haute température 7 sont aspirées par le compresseur 1. Lorsque la température dans la chambre frigorifique 20 a été abaissée jusqu'à la valeur de 0 C, la soupape de réglage 5 se ferme par suite du signal de commande qui est envoyé par le régulateur thermique 21. Lorsque la soupape électromagnétique 5 est fermée, la phase liquide qui est formée après l'étranglement dans le premier tube capillaire du mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique remplit la partie inférieure du récipient supérieur 10 jusqu'au niveau auquel se trouve la section d'entrée du troisième tube capillaire 9. Ensuite, la phase liquide du mélange vapeur-liquide est étranglée dans le troisième tuble capillaire 9. Une portion de la phase vapeur de ce mélange se condense alors et se transforme en phase liquide et une autre portion s'accumule à la partie supérieure du récipient 10. Le mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique formé à la suite de l'étranglement parvient dans l'évaporateur à basse température 8. Après fermeture de la soupape de réglage 5, le mélange vapeur-liquide reste dans l'évaporateur à haute température 7 et est éjecté par le jet du mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique du troisième tube capillaire 9. Grâce à l'éjection du mélange de l'évaporateur à haute température 7, on prévient la formation d'une couche congelée à la surface extérieure de l'évaporateur 7. La phase liquide du mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique bout dans l'évaporateur à basse température 8, refroidissant la chambre de congélation 12. Au bout de 24 heures de fonctionnement continu du groupe frigorifique en régime de congélation, le compresseur i se met en circuit et le réfrigérateur passe en régime de conservation des produits. Pendant le fonctionnement du groupe frigorifique en régime de conservation de produits, la température est maintenue dans la chambre de congélation 12 par le régulateur thermique 13 à une valeur ne dépassant pas -18 C. Après que la température dans la chambre de congélation 12 a été diminuée en dessous de -18 C, le compresseur i se met hors circuit par suite du signal de commande 66 provenant du régulateur thermique. Lors de l'arrêt du compresseur, les processus de condensation, d'étranglement, d'ébullition de l'agent frigorifique liquide décrits cidessus continuent jusqu'à ce que les pressions dans les parties d'aspiration et de refoulement du compresseur 1 s'équilibrent. A ce moment, la congélation d'une couche à la surface extérieure de l'évaporateur à haute température 7 est empêchée grâce à l'éjection du mélange vapeur-liquide de l'agent frigorifique. Lorsque la température dans la chambre de congélation 12 a atteint -18 C, le compresseur i se met en circuit par suite du signal de commande envoyé par le régulateur thermique 13 et le groupe frigorifique se met en fonctionnement cyclique. Lors de ce fonctionnement cyclique, la température dans la chambre frigorifique 20 est maintenue par le régulateur thermique 21 grâce à l'ouverture et à la fermeture de la soupape de réglage 5 d'une manière analogue au régime de congélation. Le groupe compresseur frigorifique peut trouver son application dans des réfrigérateurs-congélateurs combinés à deux chambres pour un usage domestique. Le groupe réalisé selon cette conception a une haute puissance et une faible consommation d'énergie et cela assure une haute qualité et une faible consommation d'énergie d'un réfrigérateur équipé d'un tel groupe. REVEND I CATIONS 1. Groupe compresseur frigorifique du type comportant, en série suivant le déplacement de l'agent frigorifique, un compresseur, un condensateur qui est relié à l'extrémité d'entrée d'un premier tube capillaire, dont l'extrémité de sortie est reliée à l'entrée d'une soupape de réglage dont la sortie est mise en communication avec l'extrémité d'entrée d'un deuxième tube capillaire dont l'extrémité de sortie est reliée à un évaporateur à haute température lequel est en communication avec un évaporateur à basse température qui est relié au compresseur, l'entrée de la soupape de réglage étant reliée à l'extrémité d'entrée d'un troisième tube capillaire dont l'extrémité de sortie est raccordée à l'évaporateur basse température, caractérisé en ce que le groupe est muni de deux récipients (10, 11) qui sont reliés en succession suivant la direction du déplacement de l'agent frigorifique, le premier (10) étant disposé audessus du deuxième et étant relié à l'extrémité d'entrée du troisième tube capillaire (9), à l'extrémité de sortie du premier tube capillaire (3) et à l'entrée de la soupape de réglage (5), le second récipient (11) étant relié à la sortie de la soupape de réglage (5) et à l'extrémité d'entrée du deuxième tube capillaire (6), l'embouchure de l'extrémité de sortie du premier tube capillaire (3) étant disposée au-dessus de l'embouchure de l'extrémité d'entrée du trosième tube capillaire (9). 2. Groupe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième tube capillaire (9) se trouve à l'intérieur de l'évaporateur à haute température (7).