Brevet FR2667682A1 — publié le 19920410

"Dispositif de dégivrage pour installation frigorifique" La présente invention concerne un dispositif de dégivrage pour installation frigorifique. Plus particulièrement, cette invention se rapporte aux installations frigorifiques thermodynamiques dans lesquelles le dégivrage est réalisé par inversion du cycle frigorifique. L'expression "installation frigorifique" est à considérer ici dans son sens le plus large, et ainsi elle inclut aussi les installations de climatisation avec production de froid par un procédé analogue. Le dégivrage des installations frigorifiques peut être réalisé de façon avantageuse par inversion du cycle frigorifique auquel cas l'échangeur intérieur qui produit le froid, autrement dit ltévaporateur, et qui est sujet au phénomène de givrage, devient le condenseur pendant la durée du dégivrage. Les avantages de ce mode de dégivrage sont nombreux - La chaleur est transmise en tout point de l'échangeur intérieur à dégivrer, et ceci d'une façon pratiquement uniforme. - On dispose d'une forte puissance pour dégivrer l'échangeur, de sorte que les temps de dégivrage peuvent être courts, ce qui limite l'élévation de température du local ou autre volume à refroidir, tel que chambre froide. - La consommation énergétique reste faible par rapport à la puissance disponible du fait de l'utilisation du cycle thermodynamique en dégivrage. I1 subsiste cependant, pour ce mode de dégivrage par inversion de cycle, un inconvénient important: la puissance de dégivrage devient très importante à la fin du processus, et ainsi il est très difficile de bien contrôler la fin du dégivrage. Actuellement, la fin du dégivrage est contrôlée par l'un ou l'autre de deux moyens : sonde de température, ou pressostat. L'utilisation d'une sonde de température constitue un moyen simple, qui rend bien compte de l'état de givrage ou de dégivrage de l'échangeur intérieur, mais qui peut conduire, suivant le temps de réponse du dispositif (constante de temps de la sonde, quantité de givre accumulée, dynamique de la fin du dégivrage) à une montée en pression du fluide refrigérant dans l'échangeur en cours de dégivrage, donc dans toute la partie haute pression du circuit de ce fluide, difficile à contrôler. La montée en pression a pour conséquence soit l'endommagement du compresseur, si celui-ci n'est pas protégé par exemple au moyen d'un pressostat haute pression, soit d'arrêter prématurément le cycle de dégivrage, avant la fonte de toute la glace, si un pressostat haute pression est utilisé dans un but de sécurité. L'utilisation d'un pressostat permet d'arrêter le dégivrage avant que la pression ne devienne dangereuse pour la durée de vie du compresseur. A ce moment, la plus grande partie de l'échangeur est à une température suffisamment élevée pour avoir dégivré, mais il peut rester des parties de l'échangeur (comme des angles ou des parties qui étaient plus chargées en givre), ou des zones proches de l'échangeur telles que la carrosserie ou la virole des ventilateurs, qui ne sont pas entièrement dégivrées alors qu'elles pourraient l'être par convection de l'air et par conduction dans la structure de l'installation si le dégivrage pouvait être prolongé au-delà de la limite imposée par la montée en pression. Un dégivrage incomplet a pour conséquence l'accumulation de givre sur les parties qui n' ont pas dévigré lors du cycle précédent, le phénomène devenant cumulatif et pouvant entraîner d'importantes pertes de rendement pour l'installation frigorifique, voire même provoquer des dommages aux ventilateurs et au compresseur qui travaillent alors hors de leur domaine normal de fonctionnement. Une autre conséquence spécifique du dégivrage par inversion de cycle est la fonte de la glace au voisinage d'un tube de l'échangeur à dégivrer, ceci ayant lieu à l'intérieur d'un bloc de glace qui s'est accumulée et qui ne fond pas totalement. A la remise en production de froid, le tube se trouve à nouveau emprisonné dans la glace, celle-ci pouvant, par dilatation au moment de sa formation, arriver à déformer, voire même à écraser complètement le tube. Tout ceci a des conséquences graves sur le fonctionnement correct de l'installation frigorifique, et peut même conduire à des fuites du fluide refrigérant. La présente invention vise à éliminer les inconvénients précédemment exposés, et elle a ainsi pour but d'améliorer l'efficacité du dégivrage par inversion de cycle, notamment en maîtrisant la fin du processus de dégivrage et encore plus particulièrement en évitant une montée excessive en pression à la fin du dégivrage, tout en assurant un dégivrage complet, et ceci par des moyens simples et peu coûteux. A cet effet, l'invention concerne essentiellement un dispositif de dégivrage pour installation frigorifique thermodynamique, avec compresseur, échangeur extérieur, détendeur et échangeur intérieur disposés en un circuit de fluide refrigérant, avec une vanne d'inversion de cycle qui, dans une position de production de froid, permet à l'échangeur extérieur de jouer le rôle de condenseur et à l'échangeur intérieur de jouer le rôle d'évaporateur et qui, dans une position de dégivrage, permet à l'échangeur extérieur de jouer le rôle d'évaporateur et à l'échangeur intérieur à dégivrer de jouer le rôle de condenseur, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison, une sonde de température associée à l'échangeur intérieur et des moyens de limitation de la haute pression dans le circuit précité au cours du dégivrage, ces moyens permettant la poursuite du dégivrage, sans dépassement d'une pression préréglée, jusqu'à l'émission d'un ordre d'arrêt du dégivrage à partir de la sonde de température. Avantageusement, la sonde de température est placée au point de l'échangeur intérieur qui dégivre le dernier, ce qui assure l'arrêt du dégivrage seulement lorsque le dernier point de givre a disparu, ceci sans montée excessive de la pression. Selon une forme de réalisation de l'invention, les moyens de limitation de la haute pression comprennent une vanne de décharge disposée sur une branche de circuit formant une dérivation de la haute pression vers la basse pression, avec un point de départ situé sur la ligne haute pression du circuit principal en amont ou en aval de la vanne d'inversion de cycle, et un point d'aboutissement situé à l'entrée de l'échangeur extérieur. La branche de circuit formant dérivation comprend encore, de préférence, un clapet antiretour qui intervient dans le fonctionnement en production de froid, pour éviter un passage direct du fluide refrigérant de la haute pression vers la basse pression. Selon les modes de réalisation, ce clapet antiretour peut être un organe distinct, ou se trouver incorporé à la vanne de décharge, laquelle détermine le seuil de pression à partir duquel le fluide réfrigérant à l'état gazeux parcourt ladite branche de circuit. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif de dégivrage pour installation frigorifique Figure 1 est un schéma d'une installation frigorifique avec dispositif de dégivrage conforme à la présente invention, en cycle de production de froid Figure 2 est un schéma similaire à celui de figure 1, mais montrant l'installation frigorifique en cycle de dégivrage. Les figures montrent schématiquement une installation frigorifique, prévue pour le refroidissement d'un local 1. L'installation comprend un circuit 2 de fluide refrigérant, avec principalement un compresseur 3, un échangeur extérieur 4 avec ventilateur 5, un détendeur 6 et un échangeur intérieur 7 avec ventilateur 8, placé dans le local 1 à refroidir. sur le circuit 2 sont encore insérés: un pressostat haute pression 9 placé sur la ligne haute pression en aval du compresseur 3, un pressostat basse pression 10 placé sur la ligne basse pression en amont du compresseur 3, un filtre déshydrateur 1 1 situé sur la ligne menant au détendeur 6, et un bulbe de prise de température 12 relié au détendeur 6.S'agissant d'une installation avec dégivrage par inversion du cycle frigorifique, celle-ci comprend encore une vanne d'inversion de cycle 13, dont les deux positions sont illustrées respectivement, par les figures 1 et 2. En raison de l'inversion de cycle, le filtre déshydrateur 11 est muni, de façon connue, de dispositions telles que clapets antiretour nécessaires pour que le passage du fluide réfrigérant dans un sens ou dans l'autre ne provoque pas l'entraînement dans le circuit 2 des particules arrêtées par ce filtre. La position de la vanne d'inversion de cycle 13 montrée à la figure 1 correspond au cycle normal de production de froid, dans lequel l'échangeur extérieur 4 joue le rôle du condenseur, et l'échangeur intérieur 7 joue le rôle d'évaporateur, le fonctionnement étant alors classique et ne nécessitant pas d'explication plus détaillée (les flèches de la figure 1 indiquant la circulation du fluide refrigérant dans le circuit 2). Pour le fonctionnement en dégivrage l'installation comprend encore une sonde de température 14 et des moyens désignés globalement par 15, qui servent à limiter la haute pression en dégivrage. La sonde de température 14 est placée sur l'échangeur intérieur 7, au point de cet échangeur qui dégivre le dernier et dont elle saisit la température T. Les moyens 15 de limitation de pression comprennent une vanne de décharge 16, dont l'ouverture est commandée par une hausse de la pression en amont, la vanne 16 étant disposée sur une branche de circuit 17 formant une dérivation de la haute pression vers la basse pression. Le point de départ 18 de la branche de circuit 17, constituant un point de prélèvement des gaz, se situe sur la ligne haute pression du circuit principal 2 en amont ou en aval de la vanne d'inversion de cycle 13. Le point d'aboutissement 19 de la branche de circuit 17, donc le point d'injection des gaz prélevés, est l'entrée de l'échangeur extérieur 4 qui joue le rôle d'évaporateur en cycle de dégivrage, l'échangeur intérieur 7 jouant alors le rôle de condenseur. Un clapet antiretour 20 est encore inséré sur la branche de circuit 17, en série avec la vanne de décharge 16 si cette dernière ne peut elle-même remplir la fonction d'un tel clapet. En cours de dégivrage, la circulation du fluide refrigérant s'établissant comme indiqué par les flèches de la figure 2 par suite de la position donnée à la vanne d'inversion de cycle 13, les gaz refoulés par le compresseur 3 pénètrent dans l'échangeur 7 à dégivrer, s'y condensent, et en ressortent à l'état liquide pour atteindre le détendeur 6. La pression de condensation s'établit à une valeur basse, correspondant à une température un peu supérieure à celle de la glace en cours de fusion. Quand la plus grande partie de la glace est fondue, la pression s'élève dans la ligne haute pression du circuit 2 et dans l'échangeur 7 à dégivrer, dont le ventilateur 8 est arrêté, rendant la charge thermique presque nulle de sorte que la pression de condensation ne peut que monter. Lorsque cette pression atteint une valeur de consigne pré-réglée, par exemple au moyen d'un ressort agissant sur le clapet de la vanne de décharge 16, cette vanne de décharge 16 s'ouvre et permet une circulation dans la branche de circuit 17, maintenant la haute pression à une valeur sensiblement constante. Ceci dure jusqu'à ce que la sonde de température 14 détecte l'élévation de la température T du dernier point dégivré de l'échangeur 7. Le fonctionnement repasse ensuite en production de froid, par inversion de la vanne 13, l'échangeur extérieur 4 redevenant condenseur, donc soumis à la haute pression. Dans le fonctionnement en production de froid, le clapet antiretour 20 évite le by-pass entre la haute et la basse pression. Il résulte de la description précédente que le dispositif de dégivrage agit comme un limiteur de pression en fin de dégivrage. De ce fait, outre la résolution des problèmes déjà exposés en introduction, ce dispositif permet également de limiter la quantité de vapeur émise par évaporation de l'eau sur la partie déjà dégivrée, pendant la phase d'homogénéisation en fin de dégivrage, évitant de ce fait les condensations sur les parois du local 1 tel que chambre froide, qui se traduisent par la formation de gouttes au plafond. Une autre conséquence avantageuse est la limitation de la condensation d'eau sur l'échangeur extérieur 4 pendant qu'il travaille en évaporateur, au cours de la phase finale du cycle de dégivrage, dispensant ainsi de l'utilisation d'un système de drainage de l'eau de condensation sur cet échangeur extérieur. En résumé, le dispositif de dégivrage objet de la présente invention permet - de limiter la montée en pression dans le circuit 2 en fin de dégivrage, lorsque la plus grande partie de la glace a fondu - d'attendre que toutes les parties soient bien dégivrées avant de repasser en production de froid - d'arrêter le dégivrage lorsque le dernier point a dégivré - de limiter l'démission de vapeur en fin de dégivrage. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif de dégivrage pour installation frigorifique qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. Ainsi, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention par le recours à tous équivalents techniques, notamment en utilisant une vanne de décharge 16 jouant elle-même le rôle de clapet antiretour et supprimant le clapet antiretour distinct 20. Egalement, le domaine d'application de l'invention n'est nullement limité à la production de froid dans des chambres froides, et il s'étend à tous types d'installations frigorifiques thermodynamiques, y compris les installations de climatisation de locaux, pourvu que celles-ci soient à dégivrage par inversion de cycle. REVENDICATIONS 1. Dispositif de dégivrage pour installation frigorifique thermodynamique, avec compresseur (3), échangeur extérieur (4), détendeur (6) et échangeur intérieur (7) disposés en un circuit (2) de fluide refrigérant, avec une vanne d'inversion de cycle (13) qui, dans une position de production de froid, permet à l'échangeur extérieur (4) de jouer le rôle de condenseur et à l'échangeur intérieur (7) de jouer le rôle d'évaporateur et qui, dans une position de dégivrage, permet à l'échangeur extérieur (4) de jouer le rôle d'évaporateur et à l'échangeur intérieur (7) à dégivrer de jouer le rôle de condenseur, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison, une sonde de température (14) associée à l'échangeur intérieur (7) et des moyens (15) de limitation de la haute pression dans le circuit (2) précité au cours du dégivrage, ces moyens (15) permettant la poursuite du dégivrage, sans dépassement d'une pression préréglée, jusqu'à l'émission d'un ordre d'arrêt du dégivrage à partir de la sonde de température (14). 2. Dispositif de dégivrage pour installation frigorifique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sonde de température (14) est placée au point de l'échangeur intérieur (7) qui dégivre le dernier. 3 Dispositif de dégivrage pour installation frigorifique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens (15) de limitation de la haute pression comprennent une vanne de décharge (16) disposée sur une branche de circuit (17) formant une dérivation de la haute pression vers la basse pression, avec un point de départ (18) situé sur la ligne haute pression du circuit principal (2) en amont ou en aval de la vanne d'inversion de cycle (13), et un point d'aboutissement (19) situé à l'entrée de l'échangeur extérieur (4). 4. Dispositif de dégivrage pour installation frigorifique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la branche de circuit (17) comporte encore un clapet antiretour (20). 5. Dispositif de dégivrage pour installation frigorifique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le clapet antiretour est incorporé à la vanne de décharge (16).