BE430259A

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Publication number: BE430259A
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Description

La présente invention a pour but de récupérer le froid au moyen d'un régénérateur unique, déformable, et s'applique en par- ticulier à la. liquéfaction des gaz .

Les régénérateurs multiples, basée sur les brevets de Frankl, que l'on préconise beaucoup aujourd'hui, ont l'inconvénient d'on- ouper un grand volume, de se prêter difficilement aux pressions élevées, de produire de gênantes fluctuations de marche après chaque renversement de circulation des gaz, de souiller ces der- niers. De plus, après chaque changement de circuit, il faut ame- ner à la pression voulue, dans un élément des régénérateurs,une nouvelle quantité de gaz, correspondant au volume libre laissé entre les surfaces d'absorption de froid. Ceci occasionne une auto-compression qui réchauffe le régénérateur et entraine une perte de rendement .

Ce phénomène peut d'ailleurs être observé sur un réservoir ordinaire destiné à emmagasiner de l'air ou un gaz comprimé quel- conque: on remarque que, par une alimentation rapide, le réser- voir est toujours plus ohaud que le gaz sortant du compresseur On peut le refroidir artificiellement par une circulation d'eau froide. Un autre moyen consiste à aspirer le gaz à la partie su- périeure du récipient, à l'aide d'un éjecteur alimenté par le gaz sortant du compresseur; on refoule ce mélange au travers d'un tubulaire refroidi avant sa rentrée au bas du réservoir .

On con- çoit que le refroidissement du gaz à la température ambiante offee en certains vas de grands avantages, car on peut ainsi aug- menter la capacité de charge, sans devoir surpasser la pression normale; de plus, l'évaluation du oontenu du réservoir se fait facilement ( capacité x pression), sans tenir compte de la tempe - rature.

L'inconvénient de la surchauffe, d'un gaz comprimé et accu-

mule, avait déjà été prévu par M. E.Solvay, qui chercha à suppri- mer complètement l'espace nuisible du régénérateur (Brevet Belge N 69118,année 1885). Ce dispositif est indiqué fig. 2 ; il s'ap- plique à la liquéfaction des gaz après leur compression. Il se compose essentiellement d'un piston détendeur, A, ( à travail ex- térieur) et d'un régénérateur de température, B .

Légende de la fig. 2 ; A, Piston détendeur. A' Cylindre, B Appendice, B' Enveloppe, C Entrée du gaz comprimé, D Sor- tie du gaz détendu, E Sortie du gaz liquéfié .

L'appendice B et son enveloppe B' sont de forme conique et se joignent lorsque le piston est arrivé au bas de sa course , L'abaissement de la température se produit graduellement, jusqu- au moment où le point de liquéfaction du gaz est atteint, ainsi que l'indique le diagramme Ia. L'appareil reste alors à un ré- gime permanent et on regeuille par B le gaz liquéfié, tandis que la partie non condensée s'échappe par D. L'absorption dt la res- titution du froid s'opère tuniquement par les parois de B et B'.

Afin d'obtenir une surface suffisante, ces organes doivent être fort allongés, ce qui amène des inconvénients, en particulier des pertes de froid par les parois très étendues. On peut les atténuer, soit en multipliant le nombre de régénérateurs soli- daires du piston, soit en employant le dispositif indiqué fig.

I ; celui-ci fait l'objet de notre brevet.

Le corps d'absorption est constitué ici par une mince bande métallique, de forme solénoïdale par exemple, fixée à la fois sur le fond du piston et sur le fond de l'appareil et se déformant oomme un soufflet d'accordéon. Lorsque le piston est arrivé au bas de sa course, les surfaces du solénoïde se superposent et bouchent tout l'espace nuisible. L'avantage de ce dispositif est de n'occuper qu'un très faible volume, comparé à celui du système précédent.

Dans le but de faciliter la circulation du gaz et d'en limi- ter la vitesse, le pas du solénoïde peut être composé de plusieurs éléments qui partagent le passage du gaz . On peut combiner à ce système celui de Solvay, et donner au solénoïde une forme annu- laire. Afin d'obtenir un parcours plus méthodique des gaz, les orifices C et B sont utilement remplacés par plusieurs soupapes superposées, qui s'ouvrent et se ferment les une après les autres.

La compression du solénoïde peut être atténuée, au moyen d'un tampon à ressort par exemple . Si le gaz comprimé entre froid dans le détendeur, on évitera tout lubrifiant à la partie inférieure

du piston ,lequel sera à frottement doux ; mais il faudra récu- pérer les fuites de gaz (par exemple,'par le prolongement du cylindre et e n munissant celui-ci d'un clapet de retour) .

Lorsque le gaz est compose de plusieurs éléments à points de condensation différents on pourra en extraire les produits intermédiaires par une,purge (G. fig. 3); ceci sera même indis- pensable si ces produits ont tendance à se congeler dans l'ap- pareil.

Ces modifications du système fig. I sont indiquées figure3 3,
Les exemples suivants montrent d'autres applications du principe que nous Tenons de poser .

Compresseur pour gaz froid : Afin d'éviter que la compres- sion du gaz ne s'accompagne de réchauffement de celui-ci, on peut se servir du dispositif représenté fig. 4. Il est composé d'un régénérateur à surface déformable, semblable à celui que nous avons décrit, d'un compresseur à parois refroidies et d'un réfrigérant complémentaire.

Il fonctionne comme suit : Le gaz froid pénètre, par a, dans le régénérateur A et ensuite dans le cylindre à piston B.

Celui-ci le comprime et le refoule dans le réfrigérant C , pour le ramener à la température ambiante. Le gaz revient après au régénérateur, où il récupère le froid qu'il lui avait abandonné à son premier passage dans cet appareil; il en sort par 1.

Le régénérateur fonctionne dans les mêmes conditions que dans les dispositifs figurés par I et 3. Les espaces nuisibles étant évités, le gaz ne s'y surchauffa pas, après avoir été com- primé.

Le processus ainsi que le jeu de la robinetterie sont indi- qués par le diagramme 4a. Les robinets c et d sont commandés par cames. Un mécanisme approprié permet d'imprimer des courses dif- férentes aux pistons A et B. L'application de ces dispositifs est représentée par les figures 5 et 6.

L'appareil fig. 5 représente un appareil à liquéfier l'hy- drogène. Il est composé des organes suivants : A Régénérateur solénoïdal, B Compresseur, C Réfrigérant, D Détendeur à pointeau, E séparateur , F Epurateur.

Le gaz à liquéfier pénètre, par le conduit I, dans l'épura- teur F; il se rend ensuite, par 3, dans les organes A,B,C, pour être comprimé et se détend en D. Le gaz non liquéfié, sortant par 6, revient, par 3 ,au compresseur en passant par l'épura- teur F. Le refroidissement qu'il produit en F amène la condensa- tion des éléments les moins volatiles contenus dans le gaz initial,

lesquels peuvent être extraits par les siphons 10 . Pour attein- dre le point d'inversion du gaz, on prélevé, par 7, une partie du gaz liquéfié.

Rectification d'un gaz. (fig. 6). Cette opération est ici plus complète que dans l'exemple précédent; on emploie une colonne alimentée par un reflux de gaz condense, obtenu par un moyen sem- blable, mais à détente par travail intérieur.

Légende : A Régénérateur, B Compresseur, 0 Réfrigérant, D Détendeur, 19 Régénérateur, F Réservoir (volant), G Colonne H :Echangeur de températures, I Condenseur à eau.

Le gaz est introduit,par I, dans l'échangeur H et gagne le sommet de la colonne. Après avoir été partiellement condensé en E, il revient à la colonne et lui sort de reflux. Lorsque l'écart de la température le permet, le gaz comprimé peut être amené ' dans un échangeur de chaleur placé dans la colonne et fournir une partie du reflux.

Jusqu'à présent, on n'avait jamais préconisé, pour les appa- reils à rectifier, la création du reflux par un système de régé- nérateurs; on se servait d'un échangeur de chaleur à surface dont l'action est moins énergique. On peut extraire séparément divers éléments du gaz par les tubulures 9 . Afin d'empêcher que les par- ties les moins volatiles ne se congèlent sur les plateaux de la colonne, celle-ci peut être alimentée (en II) par un liquide aux- iliaire et on en séparera les particules congelées (par un agita- teur centrifuge, par exemple), ce qui permettra de les renvoyer dans une zone inférieure de la colonne et de les trier.

Si les arrière-produits ont des points d'ébulletion supérieurs à la tem- pérature normale, on les traitera par des moyens ordinaires, c.à.d. en employant un chauffags par la vapeur et un condenseur à eau Il peut être avantageux de détendre le gaz une pression moyenne et de le ramener ensuite à un étage intermédiaire du compresseur.

Il convient généralement d'opérer un refroidissement préalable, indépendant, (par compression et détente du gaz initial, par exem- ple) dont l'effet s'ajoute à celui qui est obtenu par le système exposé.

Il est avantageux d'accoupler les mouvements des organes A, B, D. (fig. 6) .

Le principe du régénérateur à volume variable et à surface déformable s'adapte à des usages variés, tels que la liquéfaction de l'hélium, du gaz de ville, la dessication de l'air et n'est pas limité aux formes d'exécution que nous avons exposées. Le prin- cipe des dispositifs figurés 4,5, 6 s'applique à d'autres systèmes

de régénérateur. Ajoutons que le brevet original de Solvay com- prend aussi le problème inverse, c.à.d. celui de produire de la chaleur par des compressions répétées (pompe à chaleur), en em- ployant un matériel similaire. Dans ce cas le régénérateur peut encore subir efficacement la même transformation.

Les dispositifs décrite ont été établis avec la collabora- tion de l' Association des Chaudronnière et Appareilleurs de Bel- gique. '
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Régénérateur de froid ( à corps unique, volume variable, aetion méthodique, sans espace nuisible) dérivant du sys- téme Solvay, caractérisé par les détails suivants : i. Les surfaces du régénérateur sont déformables .

2. Les surfaces peuvent être constituées par des solénoldes superposée.

3. Le régénérateur sert à la compression d'un gaz froid .

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims

4. Le régénérateur absorbe le froid contenu dans le gaz recti- fié, sortant du sommet d'une colonne . - 5. Le point diversion du gaz est atteint par prélèvement de gaz liquéfié . **ATTENTION** fin du champ CLMS peut contenir debut de DESC **.