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" MACHINE A FROID "
On connaît des machines à froid dans lesquelles deux liquides différents et de poids spécifiques différents effec- tuent chacun un circuit fermé, auquel cas l'évaporation de l'un des liquides, provoquée par cession de chaleur, alimente un ajutage qui crée le vide nécessaire pour l'évaporation du second liquide.
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On a aussi déjà proposé d'utiliser, comme liquide à évaporer par la chaleur, du mercure, afin de provoquer ainsi l'évaporation d'éther jouant le rôle d'agent réfrigérant.
Conformément à l'invention, lorsqu'on utilise des pompes à injection avec la vapeur de mercure, on n'emploie pas, a@ent comme-.,réfrigérant, de substances à haute tension de vapeur tel- les que l'éther ( 440 mm. de mercure à 200 C. ) mais plutôt des substances à tension de vapeur plus faible telles, par exemple, que l'eau, la pyridine, l'octane, etc. L'idée directrice de la présente disposition est avant tout cette considération qu'il est beaucoup plus économique de produire de la vapeur de mer- cure pour un ajutage qui n'a à travailler que contre'20 à 40 mm. de pression que contre 440 mm. et que le risque d'une dé- composition de l'agent réfrigérant, résultant de la recentre de ses vapeurs avec celles du mercure, est d'autant plus faible que la température des vapeurs de mercure est moins élevée.
Aucune soupape d'admission n'est en outre nécessaire pour l'évaporateur car une colonne de liquide relativement courte suffit à faire équilibre à la différence de pression entre le condenseur et l'évaporateur. Comme il faut compter une température de l'eau de refroidissement d'environ 20 C., ceci revient à dire que :
1 .- Le mercure est/introduit dans le bouilleur à une températ-ure de 20 , et doit dès, lors être porté de cette température à celle d'ébullition. Ce point d'ébullition est d'autant plus élevé'que la pression à l'avant de l'ajutage est plus forte.
On peut rappeler, à titre de comparaison, que le mercure ne bout qu'à 328 sous 440 mm., à 2610 sous 100 mm., à 235 sous 50 mm. et que,
2 .- dans le condenseur il règne une pression cor- respondant à la pression de saturation de l'agent réfrigérant à une température voisine de 200. ( Cette pression de satura-
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tion est par exemple de 17 mm. pour l'eau, de 10 mm. pour l'octane ) . ( La pression de saturation du mercure à 200 est pratiquement négligeable ).
Cette pression réduite dans le condenseur de la pompe d'injection à vapeur de mercure, c'est-à-dire en quelque sorte, ce bon vide préalable de la pompe d'injection à vapeur de mercure est/entretenu de façon automatique par la condensa- tion qui s'effectue de manière permanente des vapeurs d'agent réfrigérant aspirées, en supposant qu'il ne se produise aucune pression partielle étrangère imputable à des défauts d'étan- chéité ou à des produits de décomposition. On exclut, de ma- nière connue, le risque de défauts d'étanchéité en ce qu'il est fait le vide dans l'appareil, après quoi, puisqu'on ne fait évidemment pas usage de boites d'étanchéité, on le scelle hermétiquement.
D'autre part, le risque d'une décomposition de l'agent réfrigérant se trouve pratiquement exclu, précisément par suite de la possibilité qu'il y a , conformément à l'inven- tion, d'utiliser une vapeur de mercure à basse température.
On obtient ainsi un appareil d'un fonctionnement très s'Or, notamment si on l'utilise sous forme d'un petit groupe frigorifique de ménage, et l'économie dans la quantité de chaleur nécessaire pour produire la quantité voulue de va- peur de mercure et qui est un résultat de l'emploi d'un agent réfrigérant à tension de vapeur faible, permet, en outre, de brancher l'appareil, s'il est à chauffage électrique, sur n'importe quelle installation de lumière. ( Pour d'autres usa- ges, la grandeur d'exécution n'est évidemment pas limitée ).
La Fig. 1 représente le mode d'exécution suivant :
A leur sortie du bouilleur 1 d'une pompe 'd'injection à vapeur de mercure, les vapeurs se rendent, par la tubulure 2 et les ajutages 3 et 4 dans le condenseur 5 qui est refroidi par un refroidisseur à eau 6. L'évaporat eur 8 de l'agent ré- frigérant est relié d'une part par le raccord d'aspiration 9 @
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avec les ajutages 3 et 4, et, d'autre part, au moyen d'une con- duite de retour, avec le condenseur 5. La vapeur de mercure et les vapeurs de l'agent réfrigérant qui sont aspirées se conden- sent en commun dans le condenseur 5 ; le mercure liquide et l'a- gent réfrigérant liquide se superposent dans la tubulure de retour du mercure 7. Le mercure revient dans le bouilleur l,et l'agent réfrigérant dans l'évaporateur 8.
Dans le condenseur règne en permanence la pression qui correspond à la pression de saturation de l'agent réfrigérant à la température de l'eau de refroidissement; la pression dans le raccord d'aspiration est, par contre, variable et diminue à mesure que s'abaisse la température de l'agent réfrigérant dans l'évaporateur. La dif- férence de pression entre le condenseur 5 et le tube d'aspira- tion 9 est compensée, par suite du système communiquant consti- tué par l'évaporateur 8 et le condenseur 5, par la colonne li- quide correspondant à la différence de niveau entre 10 et 11.
Comme, d'une part, il faut donner une grande section à l'évapo- rateur afin de faciliter l'évaporation de l'agent réfrigérant et comme, d'autre part, il y a un avantage considérable à ce que, malgré les oscillations de la pression dans le raccord d'as- piration, le niveau du réfrigérant demeure constant dans l'é- vaporateur, on utilise, conformément à l'invention, un évapora- teur constitué par le très large épanouissement de l'une des branches d'un tube en U dont la section est d'ailleurs très faible et dont la longueur de branche est supérieure à la hau- teur de la colonne de liquide nécessaire pour l'équilibrage de la pression. On obtient ainsi ce résultat, qu'un abaissement de la pression dans l'évaportaieur ne se produit que dans le cas d'un abaissement considérable du niveau 10 dans l'autre branche étroite.
Comme un abaissement de niveau allant jusqu'à 20 om. environ, dans un tube d'environ 6 mm. de diamètre, ne provoque qu'une variation de volume de quelques centimètres cu- bes seulement dans l'évaporateur qui, lui, est très large, le
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niveau de celui-ci demeure, de ce fait,pratiquement constant.
Comme la condensation des vapeurs de l'agent réfrigé- rant, aspirées par la pompe d'injection à vapeur de mercure, s'effectue en même temps que la condensation des vapeurs de mercure, il se constitue fréquemment une solution colloïdale de mercure, Ce mercure en suspension ou en solution colloïdale dans le réfrigérant se rend' enmême temps que celui-ci dans les conduites réunissant le condenseur à l'évaporateur de milieu réfrigérant. Comme le mercure finit, à la longue, par se con- denser à cet endroit, il se produit des dépôts de mercure li- quide dans ces régions de la machine frigorifique.
La Fig. 2 représente un mode d'exécution dans lequel ce mercure dissous ne donne lieu à aucune perturbation dans le fonctionnement. Dans ce dispositif, il est prévu notamment que toutes les conduites de retour du réfrigérant de son condenseur à son évaporateur, ainsi que cet évaporateur lui-même, présen- tent une certaine-pente dirigée vers la tubulure de retour du mercure 21 destinée exclusivement à ramener le mercure condensé vers le bouilleur de mercure 22. Par ce moyen, on assure le re- tour automatique du'mercure condensé vers la tubulure de re- tour de mercure.
Dans ce cas donc, la hauteur totale de la colon- ne de liquide nécessaire pour la séparation des deux zones dif- férentes de pression d'une part dans le raccord d'aspiration et d'autre part dans le condenseur et qui est représentée dans la figure par la différence des deux niveaux de liquide 23 et 24 repose sur le mercure présent dans la tubulure de retour du mercure. Ce fait comporte diverses autres mesures supplément ai- res destinées à empécher que des variations de cette colonrie de liquide causent des perturbations. Il y a d'abord avantage à prévoir dans les conduites remplies de liquide, des étrangle- ments ou autres résistances à l'écoulement ( spirales ou analo- gues ) , par exemple au point 27 de la conduite 20, au-dessuus de l'évaporateur 14.
Il est en outre nécessaire que la tubulure
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de retour du mercure 21 descende suffisamment bas au-dessous du niveau 26 du mercure dans le bouilleur 22 afin que,même lors de la mise en activité de l'appareil et des fluctuations qu se produisent alors, la colonne liquide de l'agent réfrigé- rant trouve un contrepoids suffisant de mercure, de manière qu'elle ne puisse affluer dans le bouilleur 22 sous l'effet des oscillations. Pendant le service il faut en outre veiller à ce que le niveau 25 du mercure dans la tubulure de retour 21 se trouve à l'intérieur du refroidisseur à eau 28. On évite- ainsi la présence, à cet endroit, de mercure brûlant qui donnerait naissance, au sein du réfrigérant 'en voie de dépôt au-dessus,à des bulles de vapeur qui provoqueraient des secousses.
Afin d'é- viter que, par suite de la conductibilité thermique du mercure, la chaleur superflue du bouilleur 22 se rende dans le refroi- disseur 28, on donne de préférence au tuyau de retour 21 un diamètre aussi réduit que possible.
Eu égard à la position élevée qui, conformément à l'invention, s'ensuit pour l'évaporateur 14, celui-ci est en communication avec le condenseur 15 lors de la mse en activité de l'appareil. Ce n'est que lorsque la température commence à s'abaisser dans l'évaporat anr que le niveau diminue dans la branche 19. Maintenant, pour éviter que le tube à mercure qui conduit du bouilleur 22 à l'ajutage 23 soit entouré de réfrigé- rant à l'endroit où il traverse le condenseur 15, il eséntouré à cette place d'une enveloppe 34. Il y a avantage à ce que,peu avant l'ajutage 33, au point 36, l'enveloppe soit rigidement re- liée avec le tube de vapeur et forme d'ailleurs le fond du con- denseur 15.
A cet endroit, les vapeurs de mercure et de réfri- gérant qui se condensent contre les parois du refroidisseur à eau sont recueillies sous forme de gouttes qui sont évacuées par la conduite 19 qui débouche au point le plus bas du fond du con- denseur.
A sa partie inférieure 35 l'enveloppe 54 est dirigée @
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parallèlement au tube de vapeur de mercure, il est préférable d'y faire le vide afin que cette enveloppe vidée empêche les échanges de chaleur entre le tube de vapeur de mercure et l'a- gent réfrigérant.
L'appareil étant de préférence établi en métal, il convient de veiller à ce que, avec le temps, le vide ne devien- ne pas mauvais. A cet effet, l'appareil est muni d'une pompe à vide 16 dont le raccord d'aspiration 17 agit sur le condenseur 15 de la pompe d'injection à vapeur de mercure 12. On emploie de préférence une trompe à eau que l'on raccorde à la conduite 31 de sortie de l'eau de refroidissement. Si l'on emploie une trompe à eau dont la consommation d'eau corresponde exactement à celle du refroidisseur de la machine frigorifique, la dépense d'eau supplémentaire de cette trompe est nulle, A l'aide de cette pompe à vide on peut, le cas échéant, rétablir le vide dans la machine frigorifique en ouvrant le robinet 18.
Ceci peut être réalisé de manière absolument automatique si, comme l'indique la Fig. 3, on établit un joint à mercure dans la conduite d'as- piration de la trompe à eau. Dans le récipient 38 à moitié rempli de mercure pénètre un tube capillaire 37 d'environ 30 cm. de longueur et qui constitue une partie de la conduite d'aspi- ration, de telle manière qu'il ne plonge que très peu d ans le mercure. La conduite 40 reliée au raccord d'aspiration de la trompe à eau débouche, elle aussi, dans le réservoir 38 mais à plusieurs centimètres au-dessus du mercure. On obtient ainsi ce résultat que, si le vide devient mauvais dans la machine frigorifique, le joint à mercure se trouve rompu, si la trompe à eau fonctionne, et que la pression dans le condenseur dépasse une certaine valeur.
Si la trompe à eau est à l'arrêt, l'air pénétrant dans le réservoir 58 par la conduite 40 refoule le mercure dans le tube capillaire 37 dans lequel il se forme alors une colonne de mercure correspondant à la pression barométrique et à celle du condenseur. Cette colonne empêche l'air de pé-
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nétrer dans la machine frigorifique lorsque la trompe à eau ne fonctionne pas. 41 et 42 sont des filtres d'arrêt du mercure.
Corme la trompe à eau fonctionne de façon continue lors- que l'eau de refroidissement est en circulation, et c'est pres- que constamment le cas,il faut que l'ajutage de la trompe à eau soit constitué en une autre matière que du matai, car le métal n'est pas suffisamment résistant pour ce service. Il convient donc de construire le système d'ajutage de la trompe à eau entièrement ou en partie en verre, porcelaine ou matière analogue.
La Fig. 4 représente une tuyère en verre 43 de ce genre scellée dans un tube métallique 45 au-dessus et au-dessous d'une ouverture d'aspiration. Ce tube métallique présente un raccord d'aspiration 46, une arrivée d'eau 47 et une ouverture d'évacuation d'eau 48.