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DISPOSITIF D'ENTRAINEMENT-ELECTRIQUE POUR L'OBTENTION DE DEPLACEMENTS
ALTERNATIFS, NOTAMMENT 'DANS. LES MACHINES.FRIGORIFIQUES.
Il est connu d'actionner les machines à pistons (pompes, compres- seurs, etc..) au moyen de moteurs électriques. On a également utilisé ce prin- cipe lorsqu'il s'agit de machines à pistons de dimensions réduites. -On utilise / ces machines à pistons de faibles dimensions dans les appareils frigorifiques de petit modèle, par exemple dans les appareils réfrigérateurs à immersion, qui ont extérieurement l'aspect de réchauffeurs électriques agissant par immer- sion, mais qui servent à refroidir un liquide au lieu de le chauffer.
Etant donné qu'il est souvent difficile de transformer avec la sé- curité de fonctionnement désirable les mouvements rotatifs du moteur en dépla- cements alternatifs du piston lorsqu'il s'agit d'appareils de petites dimensions comme dans les appareils réfrigérateurs à immersion pour s'en tenir à cet exem- ple, on a essayé d'obtenir une commande électrique en provoquant l'appel d'un noyau en fer dans une bobine d'aimant dès que le courant traverse cette bobine.
Lorsqu'aucun courant ne passe, un ressort de rappel fait alors sortir le noyau en fer de la bobine. Si l'on excite la bobine avec un courant alternatif à cinquante périodes,, le noyau en fer est alors soumis à.100 oscillations par seconde, Mais ces modes d'entraînement ont l'inconvénient d'absorber une grande quantité d'énergie lors de l'inversion de course au moyen d'organes amortisseurs, par exemple de tampons en caoutchouc ou de coussins d'air, par suite de la mas- se relativement importante du noyau en fer. Le mécanisme fonctionne avec une certaine dureté, et les vibrations se transmettent d'une manière inacceptable à l'ensemble de l'appareil.
Les deux procédés, à savoir l'actionnement des machines à pistons de dimensions réduites par moteursélectriques et au moyen d'un noyau de fer attiré périodiquement à l'intérieur d'une bobine d'aimant malgré la résistan- ce d'un ressort de rappel, présentent un inconvénient fondamental commun, qui est leur mauvais rendement.
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Les moteurs électriques de dimensions réduites d'une puissance mé- canique de quelques watts ont un rendement qui ne dépasse qu'à peine 10 %.
Il en est de même des dispositifs de commande utilisant un noyau en fer à mou- vement périodique, dont le mauvais rendement est conditionné principalement par le rapport défavorable entre l'entrefer et le déplacement du noyau. Cet en- grefer ='aune valeur réduite que lorsque le noyau de fer se trouve attiré dans la bobine. En outre, pour l'obtention d'un rendement satisfaisant, la résonan- ce propre du système formé du noyau de fer et du ressort de rappel doit se trou- ver au-dessus de 100 périodes, ce qui nécessiterait l'utilisation d'un ressort' de rappel puissant par suite de la masse relativement importante du noyau.
Mais la force nécessaire pour surmonter la résistance de ce ressort n'est récu- pérée que dans une faible mesure lors de la détente de celui-ci, de sorte qu'il est à peine possible malgré ces conditions d'obtenir un rendement supérieur à 10%
La réalisation industrielle d'appareils réfrigérateurs à immersion a donc été un échec jusqu'ici car on s'efforçait d'obtenir leur astionnement au moyen des dispositifs à mauvais rendement caractérisant la machine frigori- fique de dimensions réduites incorporée à l'appareil à immersion.
En effet, pour un rendement ne dépassant par 10 % du dispositif de commande, il est né- cessaire d'évacuer 90 % de l'énergie électrique utilisée sous forme de chaleur dans l'air environnante Il faut y ajouter la chaleur résultant des pertes du condenseur et la chaleur qui doit être prélevée au milieu à refroidir. L'é- changeur thermique destiné à l'évacuation de la chaleur dans l'air aurait alors des dimensions telles que celles-ci n'auraient plus aucun rapport avec les au- tres dimensions de l'appareil réfrigérateur à immersion. La réalisation d'un appareil réfrigérateur à immersion dépend donc principalement d'un bon rende- ment du dispositif de commande.
L'invention permet par contre de réaliser un dispositif de commande de dimensions réduites pour l'obtention de déplacements alternatifs présentant par rapport aux dispositifs connus un rendement très élevé. Il s'agit ici d'un dispositif de commande qui est construit en pratique exactement comme les sys- tèmes de commande des haut-parleurs,. à aimant permanent ou électrodynamiques.
Ce dispositif de commande comporte un aimant permanent creux avec entrefer an- nulaire dans lequel la bobine plongeante peut osciller librement par déplace- ment alternatif. Etant donné que cette bobine ne contient pas d' armature, elle a une légèreté extraordinaire. Un enroulement en fil de cuivre traversé par un courant alternatif à 50 périodes est supporté par le corps de la bobine plon- geante. Le ressort de rappel peut être très faible. Il sert simplement à don- ner à la bobine plongeante une position médiane déterminée. Il a, en outre, pour fonction de centrer la bobine plongeante dans l'entrefer annulaire, afin d'empêcher tout frottement de cette bobine sur les parois de cet entrefer.
La bobine plongeante est accouplée directement au piston de la machine frigori- fique de dimensions réduites. Le centrage de la bobine plongeante peut être assuré par le piston au lieu de dépendre du ressort de rappel., ce piston devant être guidé avec précision dans le cylindre.
Si l'on amène la résonnance propre de l'ensemble du système (bobine plongeante + piston + ressort de rappel + élasticité de l'air comprimé dans le compresseur) au voisinage de la fréquence d'excitation c'est-à-dire d'une façon générale au voisinage de 50 périodes, on peut alors obtenir avec ce pro- cédé d'actionnement des rendements de 60 % et plus. Les haut-parleurs dynami- ques ont, comme on le sait, au voisinage de leur résonance propre, des rende- ments qui atteignent 50 % et davantage.
On obtient toutefois ici, par rapport aux haut-parleurs., une adaptation notablement plus favorable du milieu auquel l'énergie doit être transmise au système de commande, de sorte que l'évaluation du rendement à 60 % doit être considérée plutôt comme trop faible que comme trop élevée.
Un autre avantage du dispositif de commande à bobine plongenante par comparaison avec un dispositif dans lequel un noyau en fer est attiré pé- riodiquement à l'intérieur de sa bobine réside dans ce fait que la force exer- cée par le courant sur la bobine plongeante ne dépend pas de la profondeur d'en- gagement de cette bobine dans l'entrefer annulaire.
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Le dispositif de commande à bobine plongeante n'est toutefois pas utilisable uniquement pour l'obtention de déplacements alternatifs dans les machines à pistons de petites dimensions. Il est également avantageux pour des groupes de commande plus importants puisqu'on y épargne la transformation d'un mouvement rotatif en déplacement alternatif. On peut l'utiliser partout où l'on doit engendrer un déplacement alternatif avec un bon rendement c'est-à- dire que son utilisation n'est pas limitée à la commande de machines à piston.
La description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé montrant schématiquement à titre non limitatif un mode de réalisation possible de l'invention, permettra de mieux comprendre cette dernière.
Sur le dessin, la référence 2 désigne un aimant annulaire en matiè- re magnétique ayant un degré coercitif élevée par exemple en oerstite. Les lettres N et S indiquent les pôles 3 et ¯4 sont les pièces polaires en fer doux qui ferment le circuit magnétique de façon telle que seul l'entrefer annu- laire 2. demeure libre. Les références 2 à 5 désignent donc l'aimant creux et son entrefer.
Dans l'entrefer annulaire 2. se déplace librement la bobine plongeante 6 dont l'enroulement en fil de cuivre est raccordé au secondaire d'un transfor- mateur intermédiaire 7. Le primaire de ce transformateur est relié aux broches 8 de la prise de courant mâle, qui peut être engagée dans n'importe quelle prise de courant femelle pour l'éclairage. Le transformateur 7 ramené la tension du réseau., qui est en général de 220 volts, jusqu'à une valeur de 4 à 6 volts.
Pour une largeur prédéterminée de l'entrefer 2., on ne peut donner à l'enroule- ment de la bobine plongeante une valeur ohmique élevée désirée quelconque.
On doit abaisser la tension au moyen d'un transformateur intermédiaire. Celui- ci peut être assemblé aux broches de contact pour former un ensemble unique comme montré sur le dessin, ou bien il peut être disposé dans-un boîtier rappor- té monté entre la prise de courant et la bobine plongeante dans les conducteurs d'alimentation. Les références 2 à 8 indiquent donc le dispositif de commande à bobine plongeante que l'on peut utiliser pour l'actionnement d'une machine frigorifique de dimensions réduites.
On a représenté schématiquement sur le dessin, à titre d'exemple, une machine frigorifique de dimensions réduites de ce typeo La bobine plongeante est reliée à une tige 9 sur laquelle sont fixés deux pistons de compression 10 et 11 La tige de ces pistons est guidée judicieusement à travers la pièce polaire 4 et la bobine plongeante 6. On obtient ainsi un compresseur à double effet sans qu'il soit nécessaire de faire passer la tige des pistons à travers des presse-étoupe. Les cylindres 12 et 13, les soupapes de refoulement 14 et 25 et les clapets d'aspiration 16 et 17 complètent le compresseur à double ef- fet, Les cylindres sont reliés au condenseur 21 par l'intermédiaire de conduits tubulaires 18,19 et 20.
Le réfrigérant comprimé est liquéfié dans ce condenseur en abandon- nant de la chaleur à l'air. Le condenseur 21 peut avoir une construction héli- coïdale et entourer l'aimant creux du dispositif à bobine plongeante et les autres organes de l'ensemble. Du condenseur 21, le conduit 22 parvient par l'intermédiaire du clapet d'étranglement 23 dans un vaporiseur 24 où le réfri- gérant s'évapore de nouveau en prélevant ainsi de la chaleur au liquide à re- froidir 25 (montré en pointillés) Le réfrigérant vaporisé dans le vaporiseur.
24 est aspiré par les conduits tubulaires 26, 27 et 28 par le compresseur à double effet et est renvoyé dans le cycle à l'état comprimé. Les flèches voi- sines des conduits indiquent le cycle d'acheminement du réfrigérant.
La machine frigorifique représentée schématiquement est une machine à vaporiseur du type habituel, qui fonctionne en général avec de l'ammoniap comme réfrigérant, .Au lieu du clapet d'étranglement, on peut aussi, comme de juste, assurer la détente du réfrigérant avec récupération du travail (expansion).
Mais cette dernière méthode n'a que peut d'avantages et exige, en outre, deux autres pistons d'expansion ou des presse-étoupes lorsqu'on veut utiliser les faces postérieures des pistons de compression comme pistons d'expansion. Même dans les machines frigorifiques plus iportantes, on renonce aujourd'hui à la récupération de ce travail.
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Il va de soi que l'on peut apporter des modifications au mode de réalisation décrit, dans le domaine des équivalences techniques.
REVENDICATIONS.
1 Dispositif d'entraînement électrique pour l'obtention de dépla- cements alternatifs dans des machines de dimensions réduites, et notamment dans les machines frigorifiques de petites dimensions, caractérisé' en ce qu'une bo- bine reliée aux organes de la machine devant être actionnée est traversée pé- riodiquement par un courant à l'intérieur du champ magnétique constant d'un aimant permanent ou excité de l'extérieur.