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MACHINE FRIGORIFIQUE A GAZ FROID.
L'invention concerne une machine frigorifique à gaz froid, comportant deuc enceintes dont les volumes varient constamment avec un décalage pratiquement constant, enceintes dont l'une se trouve à une basse tempéra- ture et l'autre, à une température plus élevée ; dansces enceintes qui com- muniquent par l'intermédiaire d'un congélateur, d'un récupérateur et d'un réfrigérant, un gaz de composition chimique invariable décrit un cycle thermodynamique fermé, sans changer d'état d'aggrégation. A ces machines frigorifiques, appartiennent les machines frigorifiques à gaz froids fonctionnant suivant le principe inverse de celui du moteur à piston à gaz chaud.
Comme on le sait, pendant qu'il passe du côté froid du récupérateur au c8té chaud, le fluide qui traverse le récupérateur absorbe de la chaleur du récupérateur et lorsqu'il circule, du c8té chaud vers le c8té froid, il cède de la chaleur au récupérateur. On a constaté que le fluide actif n'est pas à même d'échanger avec le récupérateur une quantité de chaleur telle que la différence de température entre la surface la plus froide du récupérateur et la surface la plus chaude, soit complètement obtenue, dans le fluide. De ce fait, à sa sortie du côté froid du récupérateur,le fluide se trouve à une température plus élevée que celle de la surface terminale la plus froide et lorsqu'il sort du c8té chaud du récupérateur, il se trouve à une température plus basse que celle de la surface terminale la plus chaude.
Ce phénomène provoque ce que l'on appelle "les pertes de récupération". Ces pertes peuvent être considérées comme s'il existait un courant froid fictif qui ferait en sorte que le fluide actif de la machine transporte du froid du c8té le plus froid du récupérateur vers le coté le plus chaud. Surtout dans les machines frigorifiques à gaz froid, ces pertes de
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récupération ont une influence nuisible, car elles réduisent la production de froid. Ces pertes peuvent être si grandes que, surtout dans le cas où la machine frigorifique doit fournir du froid à température très basse,par exemple inférieure à -50 C, aucun froid n'est produit et que le niveau de température requis n'est même pas atteint.
Jusqu'à présent, on s'est efforcé de réduire au minimum les pertes de récupération par une réalisation aussi minutieuse-que possible du récupérateur, telle que le rendement du récupérateur de ces machines frigorifiques peut atteindre 98%. Malgré cela, les pertes de récupération provoquaient de grandes pertes de froid.
Suivant l'invention, le remplissage du récupérateur comporte des éléments à l'aide desquels au moins une partie du fluide actif traversant ce remplissage, se trouve en contact thermique avec un fluide indépendant du cycle de la machine.
Les éléments appartenant à un système seront appelés, dans la suite du mémoire, "échangeur de chaleur intermédiaire". Un tel échangeur de chaleur intermédiaire permet de fournir du froid au fluide actif en cet endroit, ou d'y prélever du froid de cé fluide.
Lorsqu'on amène en contact thermique avec le .fluide actif se trouvant dans un échangeur de chaleur intermédiaire, un fluide auxiliaire à une température plus basse, du froid est prélevé du fluide actif.
Ceci peut entraîner une réduction des pertes de récupération de la machine frigorifique à gaz froid.
Par contre, lorsqu'on amène en contact thermique un fluide anxiliaire à température plus élevée que celle du fluide actif se trouvant dans l'échangeur de chaleur intermédiaire, du froid peut être prélevé du fluide actif en cet endroits Ce froid évacué peut être utilisé, par exemple, pour le prérefroidissement du fluide auxiliaire.
Dans une forme de réalisation de l'invention, les éléments de l'échangeur de chaleur intermédiaire sont constitués par des broches ou des ailettes.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, dans une machine frigorifique à gaz froid dont le récupérateur est subdivisé en couches, les éléments de l'échangeur de chaleur intermédiaine sont disposés entre deux couches successives du remplissage du récupérateur.
Dans une troisième forme de réalisation de l'invention, les éléments de l'échangeur de chaleur intermédiaire sont constitués par un ou plusieurs tubes logés dans le remplissage du récupérateur,. tubes que- traverse un fluide indépendant du cycle de la machine.
Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, le fluide actif traversant le remplissage du récupérateur est en contact thermiquepar l'intermédiaire d'éléments de l'échangeur de chaleur intermédiaire, avec un second fluide qui; avant qu'il ne soit refroidi à l'aide du froid fourni par le congélateur d'une machine frigorifique à gaz froid-, est prérefroidi par ce contact thermique.
Dana cette forma de réalisation, on n'élimine évidemment pas les pertes de- récupération qui se produisent dans la machine frigorifique à gaz froid, au contraire, on les augmente légèrement, mais le froid qui s'écoulerait de l'enceinta de congélation vers l'enceinte refroidie, est évacué au mains partiellement, par l'intermédiaire des éléments de l'échangeur de chaleur intermédiaire vers un fluide se trouvant à 1 --extérieur de la machine frigorifique, ce qui provoque le refroidissement de ce fluide. Lorsque ce dernier fluide doit être refroidi par le froid fourni par le congélatur de la machine frigorifique à gaz froid, il faudra prélever de ce fluide déjà prérefroidi, moins d'énergie calorique que ce ne serait le cas si ce fluide n'était pas prérefroidi par le courant froid dont il est question ci-dessus.
Il en résulta que, dans cette forme de construction conforme à l'invention, le rendement
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du récupérateur n'est pas amélioré, mais que le rendement de la machine frigorifique, prise dans son ensemble, est plus élevé.
Le prérefroidissement décrit ci-dessus du fluide à refroidir par la machine frigorifique à gaz froid peut être utilisé, suivant une autre forme de réalisation de l'invention, pour la congélation de composants in- désirables, qui se trouveraient éventuellement dans le fluide. Lorsque la machine frigorifique à gaz froid est utilisée pour le refroidissement de l'air, on pourra extraire de cette façon de l'air la vapeur d'eau et même dans certains cas, l'anhydride carbonique.
Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, les élé- ments d'un ou de plusieurs des échangeurs de chaleur intermédiaires se trouvent au maximum aux trois quarts de la hauteur du remplissage du récu- pérateur, de préférence au maximum à la moitié de cette hauteur.
Par "hauteur du remplissage du récupérateur" il y a lieu d'en- tendre ici, la distance comprise entre la surface terminale la plus chaude et la surface terminale la plus froide du récupérateur, mesurée dans la di- rection de la circulation principale du gaz. Lorsqu'on utilise un tel é- changeur de chaleur intermédiaire pour refroidir un fluide indépendant du cycle de la machine, il est désirable que les éléments de cet échangeur de chaleur intermédiaire se trouvent à partir de la surface terminale la plus chaude du récupérateur aux trois quarts de la hauteur du remplissage. Par contre, lorsque à l'aide d'un fluide froid, on réduit les pertes de récupération, il est désirable que, en comptant à partir de la surface la plus froide du récupérateur, les éléments se trouvent au maximum aux trois quarts de la hauteur du remplissage.
La température du fluide actif de la machine à l'endroit de l'échangeur de chaleur intermédiaire , dépend de l'emplacement de cet échangeur de chaleur intermédiaire par rapport à la surface terminale la plus chaude et à la surface terminale la plus froide du récupérateur. La quantité de froid qui est fournie au fluide actif dans cet échangeur de chaleur intermédiaire, ou qui est prélevée de ce fluide actif, dépend donc de l'emplacement de cet échangeur de chaleur intermédiaire.
La machine frigorifique à gaz roid. sera surtout intéressante' pour les installations de séparation de gaz. Dans de telles installations, on dispose de plusieurs fluides à basse température qui peuvent être utilisés pour amener à basse température de l'énergie calorique à l'échangeur de chaleur intermédiaire de la machine frigorifique à gaz froid.
Un procédé de séparation de mélanges gazeux, par exemple de l'air en fractions de volatilités différentes dans une installation de séparation de gaz, présente la particularité que cette installation comporte une machine frigorifique à gaz froid telle que décrite ci-dessus, et que le mélange gazeux à fractionner est amené, à la pression atmosphérique ou à une pression voisine de la pression atmosphérique, à une colonne séparatrice, travaillant à la pression atmosphérique ou à une pression voisine de celle-ci, de l'installation de séparation de gaz en un endroit approprié situé entre les deux extrémités de la colonne, le mélange gazeux étant fractionné dans la colonne alors qu'à la partie supérieure de la colonne, on prélève de l'énergie calorique à l'aide du froid fourni par la machine frigorifique à gaz froid,
et que le fluide actif traversant le récupérateur de cette machine frigorifique à gaz froid, est en contact thermique, dans ].'échangeur de chaleur intermédiaire, avec au moins un des fluides du système séparateur de gaz. A ces fluides, appartiennent le mélange gazeux à séparer et les fractions obtenues dans la colonne.
Suivant un autre procédé, une des fractions obtenues dans la colonne se trouve en contact thermique avec le fuide actif de la machine frigorifique à gaz froid, en un endroit, compris entre la surface terminale la plus froide et la surface terminale la plus chaude du récupérateur, le tout de façon que du froid soit prélevé de cette fraction.
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Suivant un autre procédé, la fraction liquide qui se trouve du côté chaud de la colonne, est en contact thermique avec le fluide actif de la machine frigorifique à gaz froid, de façon que de la chaleur soit fournie à la fraction, ce qui provoque la vaporisation d'au moins une partie de cette fraction.
Dans la mise en oeuvre des procédés décrits ci-dessus, la colonne séparatrice de gaz peut être réalisée sous forme de colonne simple; à laquelle le mélange gazeux à fractionner est amené à la pression atmosphérique ou à une pression voisine de celle-ci
Suivant un autre procédé., on dispose d'un fluide auxiliaire qui est comprimé dans un compresseur de façon que la température la plus élevée dans la chambre de compression du compresseur en régime normal, est inférieure à O C, après quci le fluide comprimé cède de l'énergie calorique dans le vaporisateur de la colonne de séparation de gaz, sa pression est abaissée et dans le condenseur de la colonne séparatrice de gaz, il absorbe de l'énergie calorique, après quoi, il retourne au compresseur, tandis qu'en outre, au moins l'un des fluides appartenant au système de séparation de gaz, se trouve,
dans l'échangeur de chaleur intermédiaire, en contact thermique avec le fluide actif d'une machine frigorifique à gaz froid.
Lorsque le mélange gazeux à fractionner comporte au moins trois fractions et qu'il faut extraire une troisième fraction, suivant une autre particularité du procédé, une quantité de gaz qui comporte une quantité de la troisième fraction plus grande en un endroit de la colonne que dans le mélange gazeux, est évacuée de cette colonne et ce mélange gazeux est fractionné dans une seconde colonne, la troisième fraction.. étant évacuée du côté froid de la colonne, tandis que l'on prélève de l'énergie calorique de cette.colonne à l'aide du froid fourni par le fluide actif qui circule dans l'échangeur de chaleur intermédiaire de la machine frigorifique à gaz froid.
La description du.dessin annexé, donné attire d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention- peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La fig. 1 représente une machine frigorifique à gaz froid dont le récupérateur est subdivisé en deux parties séparées par un échangeur de chaleur intermédiaire.
La fig. 2 montre une forme de réalisation dans laquelle l'échan- geur de chaleur intermédiaire est muni de broches.
Dans la forme de réalisation représentée sur les figs. 3 et 4, 1-'échangeur de chaleur intermédiaire est constitué par un jeu de tubes logés dans le remplissage du récupérateur, tubes que traverse un fluide qui se trouve à l'extérieur de la machine. La fige 4 est une coupe par le plan IV-IV de la fig. 3.
La fig. 5 représente une installation de séparation de gaz dans laquelle une partie de la fraction évacuée du côté froid de-la colonne est amenée le long de l'échangeur de chaleur intermédiaire d'une machine frigorifique à gaz froid.
Dans l'installation de séparation de gaz représentée sur la fig- 6, la fraction qui se trouve dans le vaporisataur de la colonne est en contact thermique avec l'échangeur de chaleur intermédiaire d'une machine frigorifique à gaz froid.
La fig. 7 représente une installation de séparation de gaz, dans laquelle on peut extraire une troisième fraction du mélange gazeux à fractionner.
La fig. 8 représente une installation de séparation de gaz utilisant un fluide auxiliaire qui est comprimé dans un compresseur indépendant.
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Les figs. 9 et 10 représentent le compresseur utilisable dans l'installation représentée sur la fig. 8.
La machine frigorifique représentée sur la fig. 1 comporte un cylindre 1 dans lequel se déplacent, avec un décalage constant, un balayeur
2 et un piston 3. Le balayeyeur 2 est accouplé, par l'intermédiaire d'un mécanisme de bielles 4, à une manivelle d'un.vilebrequin 5 et le piston
3 est accouplé 4 des manivelles du même vilebrequin, par l'intermédiaire des bielles 6 et 7. La machine frigorifique est entraînée par un moteur électrique 8. L'enceinte 9 au-dessus du balayeur 2 est la chambre de congé-, lation et celle-ci communique, par l'intermédiaire d'un congélateur 10, d' un récupérateur constitué par les deux parties 11 et 12 et d'un réfrigérant
13, avec l'enceinte 14, formée entre le piston et le balayeur. Cette der- nière enceinte est la chambre froide de la machine.
Entre les parties 11 et 12 du récupérateur se trouve un échangeur de chaleur intermédiaire 15, grâce auquel le fluide actif de la machine frigorifique à gaz froid est en contact thermique avec un fluide qui est indépendant du cycle décrit dans la machine. Dans le cas envisagé, ce dernier fluide est l'air à com- primer. La température de la chambre de congélation et du congélateur'est, à l'état de régime de la machine frigorifique à gaz froid, par exemple de - 19000, tandis que la température du réfrigérant et de la chambre refroi- die, est, par exemple de + 2000. Les températures des parties du récupérateur situées entre la surface terminale la plus froide et la surface terminale la plus chaude du récupérateur, à savoir 16 et 17, sont comprises entre les deux valeurs spécifiées ci-dessus.
L'échangeur de chaleur 15 acquiert donc une température comprise entre les deux dites valeurs.
Le fluide à condenser, par exemple l'air, lèche les ailettes 18 de l'échangeur de chaleur intermédiaire 15, ce qui provoque une baisse de sa température. Pendant le prérefroidissement du fluide, on peut enlever du fluide, par congélation, des éléments indésirables, par exemple de la vapeur d'eau. L'échangeur de chaleur intermédiaire 15 se trouve à une distance égale à 1/5ème de la distance comprise entre la surface terminale la plus froide 16 et la surface terminale la plus chaude 17 du récupérateur, le tout compté à. partir de la surface terminale la plus chaude du récupérateur, tandis que la hauteur de l'échangeur de chaleur intermédiaire est également égale à 1/sème de la distance comprise entre la surface terminale la plus froide et la surface terminale la plus chaude du récupérateur.
Le fluide traverse alors un canal 19, à l'intérieur d'une gaine 20, vers des ailettes 21 du congélateur 10 sur lesquelles l'air se condense, tandis que l'air liquide est collecté dans un canal annulaire 22 et est évacué par une canalisation 23. Suivant 1,'emplacement de l'échangeur de chaleur intermédiaire 15, la température à 1,'endroit de l'échangeur de- chaleur intermédiaire sera comprise entre les niveaux spécifiés ci-dessus.
Si l'échangeur de chaleur intermédiaire 15 se trouve assez près du réfrigérant 13, de sorte que la hauteur de la partie 12 du récupérateur est assez petite, la température de l'échangeur de chaleur sera assez élevée, de sorte que le fuide léchant les ailettes 18 sera moins refroidi que lorsque l'échangeur de chaleur intermédiaire 15 est disposé plus loin de. la surface terminale la plus chaude du. récupérateur. Gomme il a déjà été mentionné, dans les machines frigorifiques à gaz froid, du froid se dirigera du q6té le plus froid 16 du récupérateur, vers le- c8té le plus chaud 17, et cette circulation de froid provoque les pertes dites de récupération. Dans cette forme de réalisation de l'invention, ce froid est en grande partie évacué vers l'extérieur par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur intermédiaire 15.
On peut évidemment prévoir plusieurs échangeurs de chaleur intermédiaires.
La fig. 2 représente, à plus grande échelle, une forme de construction d'un récupérateur comportant deux échangeurs de chaleur intermédiaires, constitués par des broches qui se trouvent dans le remplissage du récupérateur. Dans le boîtier du récupérateur, limité par les parais. 30 et 31 se trouve un remplissage 32. Dans ce remplissage sont logés les élé-
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ments 33 et 34 des échangeurs de chaleur intermédiaires 35, respectivement 36. Ces éléments sont constitués par des broches ou des ailettes, alors qu'à l'extérieur de l'échangeur de chaleur intermédiaire 35 on a prévu des ailettes 37 et, à l'extérieur de l'échangeur de chaleur intermédiaire 36,des ailettes 38. L'espace compris entre ces ailettes est limité par une paroi 39, qui forme une enceinte dans laquelle peut circuler un fluide.
Tout comme l'indique la fig. 1, dans cette forme de réalisation, suivant la distance des ailettes par rapport anx surfaces terminales du récupérateur, on peut évacuer du froid ou fournir du froid. Dans la premier cas, le froid sera absorbé par un fluide qui lèche successivement les ailettes 38 et 37, en supposant que, conformément à la forme de construction représentée sur la fige 1, le congélateur se trouve du c8té supérieur du récupérateur ,,
L'échangeur de chaleur intermédiaire représenté sur les figs. 3 et 4 est constitué par un certain nombre de tubes branchés en parallèle qui se trouvent dans le remplissage du récupérateur.
Dans le bottier du récupérateur formé par les parois 40 et 41 se trouve un remplissage 42.Dans ce remplissage sont disposés un certain nombre de tubes 43 branchés en parallèle. Le fluide qui évacue le froid du récupérateur traverse un canal annulaire 44, sur lequel se raccordent tous les tubes 43 branchés en parallèle, et après le passage des tubes 43, il parvient dans un canal annulaire 45 par lequel il peut être évacué.
La fige 5 représente une installation de séparation de gaz équipée d'une machine frigorifique , gaz froid, conforme à l'invention. L'installation comporte une colonne 50 à chambre de vaporisation 51, et à condenseur ' 52. Le mélange gazeux à fractionner, par exemple l'air, est amené à la colonne séparatrice par une-canalisation 53 munie d'une pompe 54, une enceinte 55, une canalisation 56, un échangeur de chaleur 57 et une canalisation 58. Dans cette colonne, le mélange gazeux est fractionné et l'oxygène liquide est collecté dans la chambre de vaporisation 51, tandis que l'azote gazeux s'élève. Dans le condenseur 52; du froid est prélevé de l'azote. Une partie de l'azote quitte la colonne par une canalisation 59 et traverse un serpentin 60 qui se trouve dans la chambre 55.
Une autre partie s'écoule par la canalisation 61 vers l'enceinte entourant l'échan- geur de chaleur auxiliaire appartenant au récupérateur de la machine frigorifique, comme le représentent les figs. 1 à 4 déjà décrites. L'azote est ensuite transmis au serpentin 60.
Du froid est prélevé de l'installation de paration de gaz,à l'âide d'une machine frigorifique à gaz froid 62.Cette machine frigorifique peut être réalisée de la manière représentée sur la. fig. 1; sur la fige 5, elle n'est représentée que schématiquement. Le froid développé dans le congélateur et dans la chambre de congélation de la machine frigorifique, est transmis au condensateur 52 à l'aide d'un fluide auxiliaire, par exemple de l'azote. L'azote condensé dans la machine frigorifique à gaz froid, est conduit par une canalisation 63, vers le condenseur 52 où il se vaporise et où il prélève du froid de la colonne, tandis que la vapeur d'azote est évacuée du condenseur 52 par une canalisation 64 et est ramenée à la machine frigorifique à gaz froid pour y être à nouveau condensée.
L'oxygène évacué du vaporisateur 51 est évacué par une canalisation 65 et un serpentin de refroidissement 66 qui se trouve dans la cham- bre 55.
L'installation fonctionne de la manière suivante. L'air à fractionner est amené par la pompe 54 dans la canalisation 53 et est refroidi dans la chambre 55 par les fractions déjà séparées qui traversent les serpentins de refroidissement 60 et 66. Ensuite, l'air est refrodi dans l'échangeur de chaleur 57 disposé dans la chambre de vaporisation 51 de la colonne, tandis que sous l'effet de l'apport de chaleur, l'oxygène liquide se vaporise dans la chambre de vaporisation, après quoi l'air est amené à la colonne dans laquelle il est séparé en fractions. Une partie de l'azote dégagé traverse la canalisation 61 vers l'échangeur de chaleur auxi-
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liaire 67 de la machine frigorifique à gaz froid que traverse le fluide ac- tif qui traverse le récupérateur.
Ensuite l'azote circule, par la canalisa- tion 68, vers le serpentin de refroidissement 60. Dans cette forme de réa- lisation, cet échangeur de chaleur auxiliaire se trouve au maximum à un quart de la hauteur du récupérateur, compté à partir de la surface terminale la plus froide, et, par exemple, à environ un huitième de cette hauteur, comp- té à partir de la surface terminale la plùs froide du récupérateur. Par sui- te du contact thermique entre l'azote et le fluide actif de la machine fri- gorifique, à basse température, de l'énergie calorique est prélevée du fluide actif de la machine frigorifique, ce qui réduit ou annulle les per- tes de récupération. La colonne séparatrice de gaz est réalisée sous forme de colonne simple et travaille à la pression atmosphérique ou à une pres- sion voisine de celle-ci.
L'installation décrite présente un avantage. La colonne sépara- trice de gaz peut être très simple et très petite, contrairement aux instal- lations séparatrices de gaz usuelles nécessitant l'emploi de colonnes di- tes doubles.
La fig. 6 montre une autre farme de réalisation de l'invention,dans laquelle on peut également utiliser une machine frigorifique à gaz froid telle que décrite ci-dessus. L'installation comporte une colonne 70 à cham- bre de vaporisation 71 ; du froid est amené à la chambre de vaporisation
71 par un fluide intermédiaire. A cet effet, on a prévu un circuit consti- tué par une canalisation 73 munie d'un échangeur de chaleur 74 dans la chambre de vaporisation 71 et d'une pompe 75, cette canalisation étant raccordée à une enceinte 76, qui entourne l'échangeur de chaleur auxiliaire d'un récupérateur de la machine frigorifique à gaz froid.
Dans ce circuit circule un fluide auxiliaire, par exemple de l'azote, qui cède de la chaleur à la chambre de vaporisation, de sorte que l'oxygène se trouvant dans cette chambre de vaporisation se vaporise, du moin, partiellement, et cède ensuite du froid dans l'enceinte 76 de l'échangeur de chaleur auxiliaire de la machine frigorifique à gaz froid, ce qui réduit les pertes de récupération de cette machine. L'échangeur de chaleur auxiliaire, qui se trouve dans l'enceinte 76, est réalisé de la manière représentée sur l'une des figs. 1 à 4 et se trouve, par exemple, à la moitié de la hauteur du rem- plissage du récupérateur.
Le mélange gazeux à fractionner traverse une canalisation 77 qui comporte une pompe 78, et est dirigé vers un second échangeur de chaleur intermédiaire 79, qui se trouve par exemple, à un quart de la hauteur du récupérateur, compté 4 partir de la surface terminale la plus chaude du récupérateur. La température de ce mélange gazeux est ainsi abaissée et ce gaz traverse ensuite une canalisation 80 comportant un échangeur de chaleur 81 et est dirigé vers la colonne séparatrice 70. Dans cette colonne, le mélange gazeux est fractionné, et la fraction à point d'ébullition le plus élevé est collectée, à l'état liquide, dans la chambre de vaporisation 71, tandis qu'une partie de cette fraction vaporise à nouveau et qu'une autre partie est évacuée par une canalisation 82.
La fraction à point d'ébullition le plus bas s'élève et est conduite par une canalisation 83 vers le congélateur de la machine frigorifique à gaz froid, où elle se condense Une partie du liquide ainsi formé est ramenée, par une canalisation 84, vers la colonne 70, mais une autre partie est évacuée, par l'intermédiaire d'une canalisation 85, par l'échangeur de chaleur 81. Contrairement aux installations usuelles, cette colonne peut être réalisée sous forme de colonne sim- ple et peut travailler à la pression atmosphérique-ou à une pression voisine de celle-ci. De plus, le rendement de l'installation est particulièrement favorable.
Sur la Fig. 7, de l'air est également séparé en fractions et on collecte une troisième fraction, par exemple de, l'argon. La colonne 90 comporte une chambre de vaporisation 91 et un échangeur de chaleur ou condenseur 92. La fraction évacuée du c8té froid de la colonne, par exemple l'azo-
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te, est évacuée par 1-'intermédiaire d'une canalisation 93, qui comporte un robinet 94 et un échangeur de chaleur 95. De manière analogue, la fraction à point d'ébullition le plus élevé, par exemple l'oxygène, évacuée de la chambre de vaporisation 91, est évacuée par une canalisation 96 comportant un échangeur de chaleur 97.
L'air à fractionner est amené à la colonne par une canalisation 98 comportant une pompe 99, une enceinte ' " 100 dans laquelle il est refroidi par les fractions quittant la colonne, une canalisation 101, un échangeur de chaleur 102, et une canalisation 103. Dans cette colonne, le mélange est fractionné. Dans cette forme de réalisation, la colonne peut de nouveau être une colonne simple et le fuide à fractionner peut être amené à la colonne à la pression atmosphérique ou à une pression voisine de celle-ci.
L'installation comporte une machine frigorifique à gaz froid 104 qui communique, par les canalisations 105 et 106 avec l'échangeur de chaleur 92, de façon qu'un fluide auxiliaire, par exemple de l'azote, peut parcourir un circuit de l'échangeur de chaleur 92, vers la machine frigorifique à gaz froid et de retour, ce-, qui permet de prélever du froid de la colonne.
Une partie de l'azote, évacuée de la colonne, est guidée, par une canalisation 107, munie d'un robinet 108, vers une enceinte 109, entourant un échangeur de chaleur auxiliaire du récupérateur, de sorte qu'à basse température du froid est fourni au fluide actif de la machine frigorifique à gaz froid, ce qui réduit les pertes de récupération de la machine frigorifique à gaz froid. Ensuite, l'azote est conduit par une canalisation 110, vers l'échangeur de chaleur 95.
En un point de la colonne 90, où la troisième fraction se trouve en quantité suffisante, le mélange gazeux, par exemple constitué d'azote et d'argon, est évacué par une.canalisation 111 et est conduit vers une seconde colonne séparatrice 112, dans laquelle ce mélange gazeux est fractionné en ses constituants. L'argon est évacué du côté supérieur de la colonne par une canalisation 113 tandis qu'à la partis inférieure l'azote est ramené à la colonne 90, par une canalisation 114 équipée d'une pompe 115.
A sa partie supérieure, la colonne comporte un échangeur de chaleur 116, qui est raccordé, par la canalisation 117, munie d'un robinet 118, à la canalisation 106, et par une canalisation 119, à la canalisation 105, de sorte que de cette seconde colonne, on peut également prélever de l'énergie calorique à l'aide d'un fluide auxiliaire qui est refroidi par la machine frigorifique à gaz froid. Le rendement de cette installation est également très élevé..
L'installation représentée sur la fig. 8 comporte un compresseur qui assure la circulation d'un fluide auxiliaire. L'installation comporte ; à sa partie inférieure,une colonne 120, à chambre de vaporisation 121, et à sa partie supérieure, un échangeur de chaleur 122. L'installation comporte également un compresseur 123, qui sera décrit en détail à l'aide des figs. 9 et 10. Ce compresseur assure la compression d'un fluide auxiliaire, par exemple de l'azote ou de loxygène. Ce fluide traverse une canalisation 124, un échangeur de chaleur 125 prévu dans la chambre de vaporisation 121 de la colonne, un échangeur de chaleur 126, un détendeur 127, le condenseur 122 et une canalisation 128, qui le ramène au compresseur.
Dans le vaporisateur, le fluide comprimé cède de la chaleur, ce qui provoque la vaporisation de la fraction qui se trouve en cet endroit. Ensuite, la pression de ce fluide est abaissée et celui-ci prélève du froid dans le condenseur 122.
Le mélange gazeux à fractionner est conduite par l'intermédiaire d'une canalisation 129 comportant une pompe 130, vers un échangeur de chaleur 126, où sa température est abaissée, et se dirige ensuite à travers une canalisation 131, vers la colonne 120, où le mélange est fractionné.
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Comme il est nécessaire de prélever, outre l'énergie calorique que prélève le fluide auxiliaire de la colonne, une plus grande quantité d'énergie calorique, on a prévu une machine frigorifique à gaz froid 132, qui assure la condensation de la fraction à point d'ébullition le plus bas, prélevée de la colonne. Cette fraction est conduite, par une canali- sation 133, vers la machine frigorifique à gaz froid 132, tandis que le fluide condensé est ramené en partie par une canalisation 134 à la colon- ne et qu'une autre partie est dérivée par une canalisation 135.
De la chambre de vaporisation 121 la fraction à point d'ébullition le plus éle- vé est amenée, à l'état gazeux, par l'intermédiaire d'une canalisation
136, vers une enceinte 137 de l'échangeur de chaleur intermédiaire, ap- partenant au récupérateur, enceinte dans laquelle cette fraction amène; à basse température, du froid au récupérateur, ce qui réduit les pertes de récupération de la machine frigorifique à gaz froid. Ensuite, la frac- tion (par exemple de l'oxygène) est guidée par la canalisation 138, vers l'échangeur de chaleur 126, dans lequel la friction refroidit le mélange gazeux à fractionner.
Dans les installations séparatrices décrites ci-dessus, on uti- lise en général de l'air comme mélange gazeux à fractionner. Il va de soi que les procédés et les installations décrits permettent également de frac- tionner d'autres mélanges gazeux, par exemple les gaz des fours à coke.
Les figs 9 et 10 montrent une forme de réalisation du compresseur utilisée dans le procédé décrit ci-dessus. Ce compresseur comporte un cylindre muni d'une partie 140 qui, forme la chambre de compression 141 du compresseur et d'une partie 142; dans laquelle se déplace un piston 143. Le piston 143 comporte une tête 144. La hauteur h de cette tête est au moins égale à 0,8 fois la course S du piston, par,exemple égale à 1,5 fois cette course. Comme le montre la fig. 10, la partie 140 du cylindre qui limite la chambre de compression, ' comporte de* soupapes, à savoir une soupape d'entrée 145 et une soupape de sortie 146. Ces soupapes peuvent être manoeuvrées de façon connue, à l'aide de culbuteurs, respectivement 147 et 148 et de cames, respectivement 149 et 150.
Le mouvement de ces cames est dérivé, également de façon connue, du mouvement d'un vilebrequin 151. Le vilebrequin comporte une manivelle 152 qu'une bielle 153 accouple au piston de la machine. La chambre de compression 141 est isolée par une couche isolante 154. Entre la partie 140 du cylindre et la partie 142 de ce cylindre, se trouve une part%@ cylindrique 155 dont le coefficient de conduction thermique est inférieur à 0,1 cal/cm sec. C., par exemple en acier au nickel- chrome. La partie cylindrique 142 est chauffée à l'aide d'une chemise d'eau 156.
Le compresseur peut être entraîné par un moteur non représenté sur le dessin.