Procédé de refroidissement du compresseur à commande électromagnétique d'une machine frigorifique et machine frigorifique pour la mise en aeuvre de ce procédé Les compresseurs de machines frigorifiques ont tendance à s'échauffer, notamment à cause de la chaleur dégagée par la compression, et l'on a constaté que cet échauffement était par ticulièrement sensible dans le cas de certains compresseurs à commande électromagnétique.
Or un tel échauffement présente de nombreux inconvénients ; notamment, il nuit à la lubri fication des pièces en mouvement et à la tenue de ces pièces, il cause de la carbonisation sur les sièges des soupapes et, par suite, la baisse du rendement de l'appareil frigorifique, qui est particulièrement importante dans les pays chauds.
Le présent brevet comprend un procédé de refroidissement du compresseur à commande électromagnétique d'une machine frigorifique qui a pour but de remédier à ces inconvénients et qui est caractérisé en ce qu'une partie du fluide frigorigène refoulé depuis au moins une chambre de refoulement de ce compresseur est ramenée par gravité, après condensation dans un condenseur disposé au-dessus dudit com presseur dans la chambre de refoulement, dans laquelle cette partie condensée du fluide est mélangée au fluide gazeux pour être vaporisée au moins partiellement en absorbant, par cette transformation, des calories dégagées par la compression.
Le brevet comprend également une machine frigorifique pour la mise en oeuvre de ce pro cédé, machine caractérisée en ce que la cham bre de refoulement du compresseur est reliée, d'une part, par une canalisation de refoulé- ment, à l'entrée d'un condenseur disposé au- dessus dudit compresseur, et, d'autre part, à un conduit de retour par lequel du fluide frigorigène liquéfié dans ledit condenseur peut s'écouler par gravité dans la chambre de refou lement du compresseur.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la machine selon l'inven tion pour la mise en pauvre d'une forme d'exé cution, également donnée à titre d'exemple, du procédé selon l'invention, ainsi que trois variantes de cette forme d'exécution de la machine.
La fig. 1 représente une coupe verticale du compresseur et du moteur de cette forme d'exécution de la machine. La fig. 2 est une coupe suivant<I>11-1I</I> de la fig. 1. . La fig. 3 est une élévation du condenseur et du compresseur de cette forme d'exécution de la machine. La fig. 4 illustre une première variante de la machine de la fig. 3.
La fig. 5 illustre une seconde variante de la machine de la fig. 3.
La fig. 6 illustre une troisième variante. _. La fig. 7 est une coupe-élévation à plus grande .échelle d'un détail de la variante de la fig. 6.
La machine représentée aux fig. 1 à 3 pré sente un ensemble comprenant le compres seur et son moteur électromagnétique, qui com prend une tôle médiane 1, fixée dans la cloche hermétique 2, qui porte, à sa partie supérieure, deux supports latéraux 3, 4 auxquels sont sus pendus des lames vibrantes 5, 6. A sa partie médiane, cette tôle supporte les éléments 7 d'un circuit magnétique et, à sa partie infé rieure, elle porte deux éléments de culasse 8, 9 dans lesquels sont encastrés les deux cylin dres opposés 10, 11 du compresseur, dans lesquels coulissent les pistons 16, 17.
Les lames vibrantes 5, 6 portent chacune à leur extrémité libre une pièce 12 en métal amagnétique, sur laquelle sont bridés deux aimants permanents 13, 14, dont les pola rités sont de sens inverses. A chacun .de ces équipages mobiles est fixée une barrette 15 qui commande un piston 16, respectivement 17, par une tige souple 16', respectivement 17'.. Les pistons 16, 17 comportent une garniture souple à leur périphérie, de sorte que pendant la course d'aspiration cette garniture souple s'écarte de la paroi du cylindre pour per mettre au fluide d'y entrer.
Pendant la course de compression, la garniture souple' se serre contre la paroi du cylindre et assure l'étan chéité. Les gaz venant de l'évaporateur par un filtre 18 (fig. 2) sont amenés aux cylindres 10 et 11 par les conduits 19, 20. Après compression dans les cylindres, les gaz entrent dans la chambre 21 formée à l'inté rieur de la culasse 8, 9 et en sortent par un conduit 22. .
La machine présente un condenseur dis posé au-dessus du compresseur et constitué par un serpentin 25 fixé par exemple par soudure à une plaque 24, de façon que les calories dégagées par le fluide frigorigène sous pression soient réparties sur une surface d'échange importante.
La canalisation de refoulement 22, qui communique avec la chambre 21 du compres seur renfermé dans la cloche 2, monte le long de la plaque 24 et est fixée à cette dernière seulement à son extrémité supérieure. Cette canalisation communique, d'une part, par une canalisation fixée en 26 et 27 à la partie supérieure de la plaque 24 avec l'entrée du serpentin condenseur 25 et, d'autre part, par une dérivation 28 avec l'extrémité supérieure d'entrée d'un serpentin 29 formant condenseur auxiliaire, soudé à la plaque 24.
L'extrémité inférieure 29a du serpentin 29 entre dans la cloche 2 et est reliée à la cana lisation d'amenée 23 de fluide frigorigène dans la culasse du compresseur.
Un régulateur de pression 30 à étrangle ment ou à soupape tarée est monté en série sur la canalisation reliant la canalisation 22 au serpentin 25 en aval de la dérivation 28, de façon à maintenir une pression constante en amont du régulateur sur le refoulement du compresseur, cette pression étant toujours supérieure à celle qui règne en aval du régula teur.
Un réservoir 31 de liquide est monté en aval du serpentin condenseur 25 et est relié au détendeur de la machine frigorifique par une canalisation 32.
Les gaz sous pression venant de la cham bre 21 du compresseur sont amenés par la canalisation 22 aux extrémités d'entrée des serpentins condenseurs. Le régulateur de pres sion 30 oppose un obstacle au passage de ces gaz, de sorte qu'une partie de ceux-ci passe par la dérivation 28 dans le serpentin 29, où ils se condensent en cédant au milieu ambiant une partie importante de leurs calories. Il se forme ainsi une colonne de liquide frigori gène dans le serpentin 29 qui détermine, par la différence des densités existant entre le gaz et le liquide, une circulation de ce dernier qui descend par gravité dans le serpentin 29.
La colonne de liquide refroidi passe, par la canalisation 23, dans la cloche 2, puis dans la culasse du compresseur.
Le liquide frigorigène, en contact avec la tôle médiane 1 et les soupapes obturant les cylindres 10 et 11, se vaporise et absorbe par cette transformation les calories corres pondant à sa chaleur latente de vaporisation. Il se produit ainsi un refroidissement des gaz surchauffés refoulés par le compresseur et, par conduction, le liquide admis par la cana lisation 23, absorbe également les calories produites dans les circuits magnétiques et élec triques du moteur électromagnétique du com presseur par les courants de Foucault et l'effet Joule.
Le fluide frigorigène refoulé de la cham bre 21 dans la canalisation 22 est, de cette façon, saturé humide, c'est-à-dire qu'il con tient des gouttelettes de liquide en suspension, ce qui améliore la condensation et, par suite, le rendement de la machine frigorifique.
Dans la variante de la fig. 4, le régula teur de pression 30 de la fig. 3 est remplacé par un limiteur de débit ou restricteur 33 cons titué par un serpentin hélicoïdal en tube capil laire. Le restricteur 33 produit une perte de charge de l'ordre de 0 kg 200 à 0 kg 300 du fluide frigorigène allant au serpentin 25.
Pour le reste, la construction et le fonc tionnement sont identiques à ceux de la machine des fig. 1 à 3, les diverses références désignant les mêmes organes.
Dans la variante de la fig. 5, la canalisa tion 22 est reliée à l'extrémité supérieure d'entrée du serpentin condenseur auxiliaire 29. Le serpentin condenseur principal 25 est ali menté par la canalisation 22 par l'intermédiaire d'une buse 34 placée à l'extrémité d'entrée du serpentin 29 à une certaine distance au-des sous du sommet du serpentin 25, de façon à produire une perte de charge dans la bran che montante 35 dudit serpentin 25. Cette disposition permet de supprimer le limiteur de débit des fig. 3 et 4.
Pour le reste, la cons- truction et le fonctionnement sont identiques à ceux décrits précédemment.
Dans la variante de la fig. 6, la canali- sation 22 de refoulement du fluide frigori gène sous pression alimente un serpentin' con- denseur monté sur une plaque 24 et présen tant des boucles 36 légèrement inclinées par rapport à l'horizontale. Comme précédemment, l'extrémité de sor tie de ce condenseur est reliée à un réser voir de liquide frigorigène 31,
dans lequel le fluide liquéfié s'écoule lorsque les boucles supérieures que forme ce condenseur sont elles-mêmes remplies de fluide liquéfié.
Des tubes 37, 38, 39 sont reliés, au point bas, de chacune ou d'un certain nombre seu lement, des boucles formées par le conden- seur. Les tubes 37, 38 et 39 sont tous reliés à un collecteur 40 communiquant avec la cana lisation 23 qui débouche dans la culasse 8, 9 du compresseur.
Les gaz, venant du compresseur par la canalisation de refoulement 22, sont amenés par cette canalisation à l'extrémité d'entrée du condenseur dans les boucles 36 duquel ils se liquéfient progressivement en formant des gouttelettes puis des colonnes de liquide dont une partie s'écoule par gravité dans les tubes 37, 38, 39, puis dans le collecteur 40 et la canalisation 23. La colonne de liquide for mée dans ces tubes s'écoule par gravité dans la culasse et absorbe les calories de la même façon que décrit précédemment.
Après une durée de fonctionnement suffisante du com presseur, le serpentin condenseur ainsi que les tubes 37, 38, 39 sont complètement rem plis de liquide dont la majeure partie s'écoule ensuite progressivement vers le réservoir 31.
Le collecteur 40 de cette variante (fig. 7) est d'un diamètre sensiblement plus grand que celui de la canalisation de refoulement 22. Cette dernière est placée coaxialement à l'inté rieur du collecteur 40. Une soudure 41 solida rise la canalisation 22 et le collecteur 40, qui est évasé à son extrémité 40a pour être adapté sur une joue tronconique 42 d'un embout 43. L'embout 43 est fixé par soudure à la cloche 2 et un manchon 44 presse l'extré- mité 40a du collecteur contre la joue tronco nique de l'embout 43.
Un chapeau 45, soudé à I embout 43 et au tube 22 amenant les gaz du refoulement, et une douille d'étanchéité élas- tique.46, disposée à l'intérieur de ce chapeau, ferment l'extrémité. 43a de l'embout 43.
Le liquide frigorigène, destiné au refroi dissement, arrive par gravité par le collec teur 40, pénètre dans la chambre 47, formée autour de la canalisation de 'refoulement 22 à l'intérieur de l'embout 43, puis s'écoule dans la canalisation 23 menant aux culasses 8, 9.
Le chapeau 45 soudé sur l'embout tron conique 43 empêche toute fuite de liquide fri gorigène à l'intérieur de la cloche 2. La douille élasüque 46 assure la liaison des deux tronçons de tube 22 conduisant les gaz refoulés du com presseur vers le condenseur et les isole du liquide frigorigène destiné au refroidissement qui descend par le tube 40.
Ce dispositif permet un chargement rapide et simple de la cloche renfermant le compres seur et le moteur sans nécessiter d'opérations longues et délicates, car il n'y a que deux raccords à démonter, à savoir celui qui cor respond à l'aspiration des vapeurs et celui au refoulement de ces vapeurs.
Il est évident que le dispositif de la fig. 7 est applicable à l'un quelconque des exemples décrits.
Dans une forme d'exécution de la machine, dans laquelle le moteur d'entraînement et le compresseur seraient séparés, seul le compres seur est refroidi par le liquide frigorigène s'écoulant dans ce compresseur par gravité.
Le condenseur de fluide frigorigène pour rait aussi être du type classique à faisceau de tubes à ailettes.
Method of cooling the compressor with electromagnetic control of a refrigerating machine and refrigerating machine for the implementation of this process The compressors of refrigerating machines tend to heat up, in particular because of the heat given off by compression, and the it has been observed that this heating was particularly sensitive in the case of certain compressors with electromagnetic control.
However, such heating has many drawbacks; in particular, it interferes with the lubrication of moving parts and with the behavior of these parts, it causes carbonization on the valve seats and, consequently, the drop in the efficiency of the refrigeration apparatus, which is particularly important in hot countries.
The present patent comprises a method for cooling the electromagnetically controlled compressor of a refrigerating machine which aims to remedy these drawbacks and which is characterized in that a part of the refrigerant delivered from at least one discharge chamber of this compressor is brought back by gravity, after condensation in a condenser placed above said compressor in the discharge chamber, in which this condensed part of the fluid is mixed with the gaseous fluid to be vaporized at least partially by absorbing, by this transformation, calories released by compression.
The patent also includes a refrigerating machine for implementing this process, a machine characterized in that the discharge chamber of the compressor is connected, on the one hand, by a discharge pipe, to the inlet of the compressor. 'a condenser disposed above said compressor, and, on the other hand, to a return duct through which refrigerant liquefied in said condenser can flow by gravity into the discharge chamber of the compressor.
The drawing shows, by way of example, an embodiment of the machine according to the invention for the leaning of an embodiment, also given by way of example, of the process according to the invention. invention, as well as three variants of this embodiment of the machine.
Fig. 1 shows a vertical section of the compressor and the motor of this embodiment of the machine. Fig. 2 is a section along <I> 11-1I </I> of FIG. 1.. Fig. 3 is an elevation of the condenser and compressor of this embodiment of the machine. Fig. 4 illustrates a first variant of the machine of FIG. 3.
Fig. 5 illustrates a second variant of the machine of FIG. 3.
Fig. 6 illustrates a third variant. _. Fig. 7 is a sectional elevation on a larger scale of a detail of the variant of FIG. 6.
The machine shown in fig. 1 to 3 presents an assembly comprising the compressor and its electromagnetic motor, which comprises a middle plate 1, fixed in the hermetic bell 2, which carries, at its upper part, two lateral supports 3, 4 from which are suspended vibrating blades 5, 6. At its middle part, this sheet supports the elements 7 of a magnetic circuit and, at its lower part, it carries two cylinder head elements 8, 9 in which are embedded the two opposing cylinders 10, 11 of the compressor, in which the pistons 16, 17 slide.
The vibrating blades 5, 6 each carry at their free end a part 12 of non-magnetic metal, on which are clamped two permanent magnets 13, 14, the polarity of which are in opposite directions. To each of these mobile units is fixed a bar 15 which controls a piston 16, respectively 17, by a flexible rod 16 ', respectively 17'. The pistons 16, 17 have a flexible lining at their periphery, so that during the suction stroke this flexible seal moves away from the wall of the cylinder to allow fluid to enter it.
During the compression stroke, the soft gasket presses against the cylinder wall and provides a seal. The gases coming from the evaporator by a filter 18 (fig. 2) are brought to the cylinders 10 and 11 by the conduits 19, 20. After compression in the cylinders, the gases enter the chamber 21 formed inside the cylinder. the cylinder head 8, 9 and exit through a duct 22..
The machine has a condenser placed above the compressor and formed by a coil 25 fixed for example by welding to a plate 24, so that the calories released by the pressurized refrigerant are distributed over a large exchange surface.
The discharge pipe 22, which communicates with the chamber 21 of the compressor enclosed in the bell 2, rises along the plate 24 and is fixed to the latter only at its upper end. This pipe communicates, on the one hand, by a pipe fixed at 26 and 27 to the upper part of the plate 24 with the inlet of the condenser coil 25 and, on the other hand, by a bypass 28 with the upper end of inlet of a coil 29 forming an auxiliary condenser, welded to the plate 24.
The lower end 29a of the coil 29 enters the bell 2 and is connected to the supply pipe 23 for refrigerant in the cylinder head of the compressor.
A pressure regulator 30 with throttle or calibrated valve is mounted in series on the pipe connecting the pipe 22 to the coil 25 downstream of the bypass 28, so as to maintain a constant pressure upstream of the regulator on the discharge of the compressor, this pressure being always higher than that which prevails downstream of the regulator.
A liquid reservoir 31 is mounted downstream of the condenser coil 25 and is connected to the expansion valve of the refrigeration machine by a pipe 32.
The pressurized gases coming from the chamber 21 of the compressor are brought through the pipe 22 to the inlet ends of the condenser coils. The pressure regulator 30 opposes an obstacle to the passage of these gases, so that a part of them passes through the bypass 28 in the coil 29, where they condense, giving up a significant part of their calories to the ambient environment. . A column of refrigerated liquid is thus formed in the coil 29 which determines, by the difference in the densities existing between the gas and the liquid, a circulation of the latter which descends by gravity in the coil 29.
The column of cooled liquid passes, through line 23, into bell 2, then into the compressor cylinder head.
The refrigerant, in contact with the middle plate 1 and the valves closing the cylinders 10 and 11, vaporizes and absorbs by this transformation the calories corresponding to its latent heat of vaporization. The superheated gases discharged by the compressor are thus cooled and, by conduction, the liquid admitted through pipe 23 also absorbs the calories produced in the magnetic and electrical circuits of the electromagnetic motor of the compressor by the eddy currents. and the Joule effect.
The refrigerant discharged from chamber 21 into line 22 is, in this way, saturated wet, that is to say that it contains droplets of liquid in suspension, which improves the condensation and, consequently , the efficiency of the refrigeration machine.
In the variant of FIG. 4, the pressure regulator 30 of FIG. 3 is replaced by a flow limiter or restrictor 33 constituted by a helical coil in capillary tube. The restrictor 33 produces a pressure drop of the order of 0 kg 200 to 0 kg 300 of the refrigerant going to the coil 25.
For the rest, the construction and operation are identical to those of the machine of FIGS. 1 to 3, the various references designating the same organs.
In the variant of FIG. 5, the pipe 22 is connected to the upper inlet end of the auxiliary condenser coil 29. The main condenser coil 25 is supplied by the pipe 22 via a nozzle 34 placed at the end of the pipe. inlet of coil 29 at a certain distance below the top of coil 25, so as to produce a pressure drop in the rising branch 35 of said coil 25. This arrangement makes it possible to eliminate the flow limiter of FIGS. 3 and 4.
For the rest, the construction and operation are identical to those described above.
In the variant of FIG. 6, the pipe 22 for delivering the pressurized refrigerating fluid feeds a condenser coil mounted on a plate 24 and having loops 36 slightly inclined with respect to the horizontal. As before, the outlet end of this condenser is connected to a refrigerant tank 31,
in which the liquefied fluid flows when the upper loops formed by this condenser are themselves filled with liquefied fluid.
Tubes 37, 38, 39 are connected, at the low point, of each or only a certain number, of the loops formed by the condenser. The tubes 37, 38 and 39 are all connected to a manifold 40 communicating with the pipe 23 which opens into the cylinder head 8, 9 of the compressor.
The gases, coming from the compressor through the discharge pipe 22, are brought by this pipe to the inlet end of the condenser in the loops 36 of which they gradually liquefy, forming droplets and then columns of liquid, part of which s' flows by gravity in the tubes 37, 38, 39, then in the manifold 40 and the pipe 23. The liquid column formed in these tubes flows by gravity in the cylinder head and absorbs the heat in the same way as described above .
After a sufficient period of operation of the compressor, the condenser coil as well as the tubes 37, 38, 39 are completely filled with liquid, the major part of which then flows gradually towards the reservoir 31.
The manifold 40 of this variant (fig. 7) is of a substantially larger diameter than that of the discharge pipe 22. The latter is placed coaxially inside the manifold 40. A weld 41 secures the pipe 22. and the manifold 40, which is flared at its end 40a to be fitted to a frustoconical cheek 42 of a nozzle 43. The nozzle 43 is fixed by welding to the bell 2 and a sleeve 44 presses the end 40a of the collector against the truncated cheek of the nozzle 43.
A cap 45, welded to the end piece 43 and to the tube 22 supplying the discharge gases, and an elastic sealing sleeve 46, placed inside this cap, close the end. 43a of the nozzle 43.
The refrigerant, intended for cooling, arrives by gravity through the collector 40, enters the chamber 47, formed around the discharge pipe 22 inside the nozzle 43, then flows into the pipe. 23 leading to cylinder heads 8, 9.
The cap 45 welded onto the conical section end 43 prevents any leakage of refrigerant liquid inside the bell 2. The elasüque sleeve 46 ensures the connection of the two sections of tube 22 leading the gases discharged from the compressor to the condenser and isolates them from the refrigerant intended for cooling which descends through tube 40.
This device allows a quick and simple loading of the bell containing the compressor and the motor without requiring long and delicate operations, because there are only two fittings to dismantle, namely the one which corresponds to the suction of the vapors and that at the discharge of these vapors.
It is obvious that the device of FIG. 7 is applicable to any of the examples described.
In one embodiment of the machine, in which the drive motor and the compressor are separated, only the compressor is cooled by the refrigerant flowing in this compressor by gravity.
The refrigerant condenser could also be of the conventional finned tube bundle type.