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MACHINE FRIGORIFIQUE A GAZ FROID.
L'invention concerne une machine frigorifique à gaz froid compor- tant deux enceintes qui varient continuellement de volume avec un décalage pratiquement constant, l'une se trouvant à basse température, et l'autre à une température plus élevée, enceintes qui communiquent par l'intermédiaire d'un congélateur, d'un récupérateur et d'un réfrigérant et dans lesquelles un gaz de composition chimique invariable décrit un cycle thermodynamique thermique tout en conservant le même état d'aggrégation.
Ces machines fri- gorifiques sont connues et-sont souvent appelées machines frigorifiques à gaz froid travaillant suivant le principe inverse de celui du moteur à gaz- chaud,
La Demanderesse a déjà proposé de réaliser une telle machine fri- gorifique de façon qu'elle permette de refroidir un milieu gazeux, par exem- ple de l'air,jusqu'à au moins - 150 C, température qui est obtenue en un seul stade par le processus qui se déroule dans.la machine frigorifique.
La présente invention concerne une machine frigorifique à gaz froid du type précité qui est utilisée pour condenser le gaz et qui, à cet effet, est réalisée de façon que le fluide condensé puisse être accumulé d' une façon très simple. De plus, dans la machine frigorifique conforme à l'in- vention, le fluide à condenser n'est pas comprimé avant la condensation propre- - ment dite comme c'est le cas dans les installations de condensation de gaz connues jusqu'à-présent.
Aussi la machine frigorifique à gaz froid conforme à l'invention,peut-elle être réalisée d'une façon beaucoup plus simple que ces installations connues.- ,
Suivant l'invention,le fluide à condenser vient en contact direct avec la paroi du congélateur, par laquelle s'effectue l'échange de chaleur et se condense sur cette paroi, tandis que la pression du fluide à condenser est égale ou pratiquement égale à la pression atmosphérique. De plus, dans cette
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machine, le congélateur est réalisé d'une façon telle que le fluide condensé paisse tomber goutte à goutte vers le bas, et être capté dans un réservoir d' accumulation, disposé à la partie inférieure du congélateur.
La Demanderesse a constaté que lorsque la distance entre le ni- veau du liquide dans le réservoir d'accumulation et la partie inférieure de la paroi du congélateur qui est en contact thermique avec le fluide actif de la machine est assez grande, la partie du congélateur située à proximité du récupérateur peut acquérir une température trop basse par le fait que l'éva- cuation de chaleur de cette partie est insuffisante. Du même fait, la tempé- rature de la surface terminale la plus froide du récupérateur devient trop basse; le récupérateur doit donc compenser une trop grande différence de tem- pérature et le rendement de la machine diminue. De plus, la surface du congé- lateur sur laquelle se condense le fluide, devient trop petite.
On peut obvier à ces inconvénients, lorsque, dans une machine fri- gorifique dont le congélateur est disposé verticalement, conformément à l'in- vention, le congélateur comporte du côté inférieur, un réservoir d'accumula- tion annulaire pour le fluide condensé, réservoir qui est réalisé de façon que la distance verticale entre le niveau du liquide dans ce réservoir d'ac- cumulation et le côté inférieur de la partie de la paroi du congélateur qui est en contact thermique avec le fluide actif de la machine, soit au maximum égal à un tiers et de préférence, à un sixième, de la hauteur de cette partie de paroi.
La Demanderesse a en outre constaté qu'il est désirable que le réservoir d'accumulation ne s'étende pas sur une grande partie de la hauteur du récupérateur. En général, le récupérateur est entouré d'une couche thermo- isolante. On a cependant constaté que, pour des raisons d'ordre constructif, la couche thermo-isolante entre le réservoir d'accumulation et le récupéra- teur ne peut pas être trop épaisse. Un échange de chaleur pourra donc se pro- duire entre le réservoir d'accumulation et le récupérateur, ce qui pourrait affecter le rendement du récupérateur.
Pour obvier à cet inconvénient, suivant une autre forme de réalisation de l'invention, dans une machine frigorifique dont le congélateur est disposé verticalement et qui comporte à sa partie in- férieure un réservoir d'accumulation annulaire pour le fluide condensé, ce réservoir d'accumulation est réalisé de façon que son fond se trouve au maxi- mum à un tiers et de préférence, au maximum à un sixième de la hauteur du ré- cupérateur, au dessous de la surface terminale la plus froide du récupérateur.
La condensation de fluides comportant des gaz ou des vapeurs dont le point de congélation est plus élevé que le point de condensation du fluide à condenser, il peut se former de la glace sur le congélateur. Dans certains cas,cette glace peut parvenir dans le réservoir d'accumulation. En l'absen- ce de dispositions spéciales, cette glace pourrait ne pas être entraînée par le fluide liquide et subsisterait donc dans le réservoir d'accumulation, ce qui pourrait provoquer l'obstruction de ce dernier.
Pour faciliter, dans la mesure du possible, 1'entraînement de cette glace, le réservoir d'accumulation comporte un canal d'évacuation pour le fluide condensé, canal qui débouche à une petite distance au-dessus du fond de ce réservoir, le tout de façon que pendant le fonctionnement de la machine le fond soit recouvert d'une couche de fluide liquide sur toute sa périphérie..
Lorsque la machine est arrêtée, il se peut qu'une certaine quan- tité de glace subsiste dans le réservoir d'accumulation et que du liquide se forme dans ce réservoir lors du chauffage de la machine. Lors de la remise en marche, ce liquide est de nouveau transformé en glace; ce dépôt de glace pourra, lui aussi, souvent affecter l'évacuation du fluide condensé. Pour évi- ter la présence de liquide dans le réservoir d'accumulation Jars de la mise en marche de la machine, une forme de réalisation de l'invention prévoit, au point le plus bas du réservoir d'accumulation, une ouverture obturable.
Dans certains cas, il peut être désirable que la machine frigori- fique à gaz froid fournisse deux fluides différents, de basse température, qui ont une température différente et qui peuvent être utilisés pour des ap-
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plications différentes. A l'endroit du congélateur, ces fluides peuvent dif- férer tant en ce qui concerne leur état d'aggrégation et leur température, qu'en ce qui concerne leur température uniquement.
C'est ainsi que, dans certains cas, il peut être désirable que la machine frigorifique à gaz froid fournisse, outre de l'air liquide, à une tem- pérature de - 195 C par exemple, de l'air à l'état gazeux, à une température plus élevée, par exemple à - 150 C. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, ce résultat peut être obtenu à l'aide d'un canal d'évacuation débouchant dans le réservoir d'accumulation au-dessus du niveau du liquide, pour évacuer le fluide gazeux se trouvant au-dessous du niveau du liquide.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non li- mitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les par- ticularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La Figo 1 représente une machine frigorifique à gaz froid verti- cale.
La Fig. 2 montre une partie de la machine frigorifique à gaz froid dont le réservoir d'accumulation est construit d'une autre façon.
La Fig. 3 représente une machine frigorifique à gaz froid horizon- tale.
La machine représentée sur la Fig. 1 comporte un cylindre 1, dans lequel se déplacent un balayeur 2 et un piston 3. Tant le balayeur 2 que le piston 3 sont accouplés, par l'intermédiaire de bielles 4 et 5, aux manivel- les d'un vilebrequin 6. L'enceinte 7, formée au-dessus du balayeur 2, est la chambre de congélation de la machine; cette chambre communique, par l'inter- médiaire du congélateur 8, du récupérateur 9 et du réfrigérant 10, avec l'en- ceinte 11 formée entre le balayeur et le piston. Cette dernière enceinte est appelée la "chambre refroidie". Les manivelles de la machine forment un angle de 90 et le sens de rotation du vilebrequin est tel que les variations de la chambre de congélation sont décalées en avant par rapport à celles de la cham- bre refroidie.
La machine frigorifique est entraînée par un moteur électrique 12 représenté en pointillés. Le congélateur comporte, à sa partie inférieure, un réservoir d'accumulation 13 qui est réalisé sous forme de canal annulaire.
Dans ce canal débouche un canal d'évacuation 14 pour le fluide condensé. La @ hauteur a du niveau du liquide 15 est au maximum égale à un fiers de la hau- teur b des ailettes 16. Le canal annulaire comporte en outre un tuyau d'éva- cuation 17 qui peut être fermé à l'aide d'un robinet 18, et qui permet d'éva- cuer l'eau que pourrait contenir le canal annulaire, lors de la mise en mar- che de la machine. Le canal annulaire comporte en outre un tuyau d'évacuation 19 pour l'air refroidi qui se trouve dans le canal annulaire au-dessus du ni- veau du liquide. La paroi du congélateur 8 comporte, sur sa face extérieure, des ailettes 20.
La machine frigorifique fonctionne de la manière suivante. La ma- chine étant mise en marche, la température du congélateur tombe, par exemple, à - 198 C. Le fluide à condenser, par exemple de l'air, vient en contact di- rect avec les ailettes 20 et avec la paroi du congélateur, paroi à travers la- quelle s'effectue l'échange de chaleur, et le fluide se condense tant sur les ailettes que sur cette paroi. La pression gazeuse du fluide à condenser à pro- ximité de la paroi est approximativement égale à la pression atmosphérique.
Le fluide liquide est capté dans le canal annulaire 13. Le canal d'évacuation 14 se trouve à une petite distance au-dessus du fond du canal annulaire, de sorte que d'éventuels petits glaçons peuvent être entraînés par l'air liqui- de et il ne peut donc se produire d'accumulation de particules de glace. Au- dessus du niveau du liquide 15 se trouve le tuyau d'évacuation 19 qui permet d'aspirer l'air froid se trouvant au-dessus du niveau de liquide, de sorte que la machine frigorifique peut être utilisée pour'deux applications, à sa- voir pour fournir de l'air liquide et pour fournir de l'air gazeux à basse tem- pérature.
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La machine frigorifique à gaz froid représentée sur la Fig. 2, machine dont seule la partie supérieure est dessinée, comporte un canal annu- laire dont la construction diffère de celle du canal annulaire de la machine représentée sur la Fig. 1. Les parties de machine correspondantes portent, sur les deux figures, les mêmes chiffres de référence.
Le canal annulaire 31 est disposé de façon que la surface totale de la paroi du congélateur puisse être utilisée pour la condensation., Toutefois, on a veillé à ce que la par- tie inférieure 32 de ce réservoir d'accumulation se trouve au maximum à un tiers de la hauteur du récupérateur 9 et de préférence, au maximum à un si- xième de cette hauteur, au-dessous de la surface terminale froide du récupé- rateur. Tout comme le réservoir d'accumulation de la Fig. 1, celui de la Fig. 2, peut être muni de plusieurs tuyaux d'évacuation. Toutefois, pour la facilité, ces tuyaux n'ont pas été représentés sur cette figure.
La machine frigorifique horizontale représentée sur la Fig. 3 est réalisée de la même façon que les machines représentées sur les Figs. 1 et 2; les parties correspondantes y portent les mêmes chiffres de référence.
Dans cette forme de réalisation, la paroi 8 du congélateur comporte des ai- lettes concentriques 40, ce qui permet au fluide condensé de tomber goutte à goutte de ces ailettes. A la partie inférieure de ce congélateur est dis- posé un réservoir d'accumulation 41 dans lequel peut être capté le fluide con- densé. Ce fluide peut être évacué par l'intermédiaire du tube d'évacuation 42.