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L'invention concerne une installation frigorifique équipée d'une machine frigorifique à gaz froid permettant de condenser un fluide auxiliair re d'un système de canalisations, après quoi leproduit de condensation est vaporisé dans un vaporiseur, opération pendant laquelle de la chaleur est prélevée d'un objet à refroidir et la vapeur ainsi formée est ramenée vers la machine frigorifique à gaz froid.
Par machine frigorifique à gaz froid, il y a lieu d'entendre une machine frigorifique fonctionnant suivant le principe inverse, de celui d'un moteur piston à gaz chaud. Ces machines frigorifiques peuvent être réalisées de plusieurs manières, par exemple comme machine à balayeur, comme machine à double effet ou comme machine dont l'enceinte active est combinée avec celle d'un moteur à gaz chaud. Ces machines peuvent produire du froid dans une gamme étendue de températures ; on peut construire des machines fournis- sant du froid à une température de - 40 C, mais aussi à -80 G ou même à -200 C ,
Lorsqu'on désire utiliser en un autre endroit le froid produit par une machine frigorifique à gaz froid, ce froid peut étre transporte à l'aide d'un fluide auxiliaire.
Dans les machines frigorifiques domestiques, on utilise fréquemment un fluide qui traversa un système de canalisations fermé et qui, par vaporisation, prélève de la chaleur d'un objet à refroidir, après quoi la vapeur formée est condensée. Comme fluide, on utilise souvent le Fréon 12.
Dans ces machines frigorifiques domestiques, la température du vaporiseur en régime ne diffère généralement que peu, par exemple de 40 , de celle du vaporiseur à l'arrêt et de plus, la plus basse température du vaporiseur est par exemple de - 10 .
Toutefois, lorseu'une installation frigorifique est équipée d'une machine frigorifique à gaz froid fournissant du froid à de basses températures, tandis que le froid produit par la machine frigorifique est transporté à l'aide d'un fluide auxiliaire vers un autre endroit, le fluide auxiliaire doit,par suite des plus grandes différences de température, répondre à des conditions spéciales.
D'une part, il faut qu'aux basses températures, par exemples de - 80 voire moins, la quantité de produit de condensation contenu dans le système de canalisation soit suffisante et de plus, il est désirable que pendant l'arrêt de la machine frigorifique à gaz froid, la pression dans le système de canalisations n'acquière pas une valeur trop élevéeo
Aussi, suivant l'invention,-utilise-t-on comme fluide auxiliaire une vapeur dont la température d'ébullition est, à la pression de 20 atmos- phères, inférieure à 20 tandis qu'à la température de 20 C le système de canalisations contient par dm3 de volume-au.maximum. une.
molécule-gramme de ce fluide auxiliaire!. Comme fluide auxiliaire, on peut utiliser par exemple du méthane, de l'éthane, de l'azote et du CHF2Cl.
Dans une forme de réalisation de l'invention, la quantité de produits de condensation amené au vaporiseur est modifiée par une variation de la production de froid de la machine frigorifique à gaz froid. On peut modifierr la production de froid de la machine frigorifique par la mise en marche ou par l'arrêt, ou bien enmodifiant au moins l'une des grandeurs suivantes : nombre de tours par minute, pression du fluide actif,--décalage des pistons et des balayeurs ou espace mort.
Dans une forme de réalisation de l'invention, on règle le froid produit par la machine frigorifique en fonction de la température de fluide auxiliaire.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le froid produit est réglé en fonction de la pression du fluide auxiliaire.. Dans une troisième forme de réalisation de l'invention, on règle la production de froid suivant la quantité de produit de condensation contenue dans le sys-
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terne de canalisations.
Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, le système de canalisations de fluide auxiliaire comporte une enceinte commu- niquant, par un trop-plein, avec ce système de canalisations et disposée d'une telle manière que lorsque le niveau du liquide s'élève à l'endroit de ce trop-plein, du produit de condensation est amené à la dite enceinte.
La quantité de produit de condensation peut être enregistrée, par exemple à l'aide d'un dispositif àflotteur, et l'installation peut comporter un mécanisme qui, lors d'une augmentation du niveau du liquide,.règle la machine frigorifique à gaz froid d'une manière telle que la prcduction du frcid di- minue. Un autre réglage très simple peut être obtenu lorsque, suivant une autre forme de réalisation de l'invention, de la chaleur est transmise à ladite=enceinte, de sorte que le produit de condensation contenu dans . cette enceinte se vaporise.
Dans ce cas, la production de froid de la machine frigorifique peut rester, constante lorsque la quantité de froid prélevée clans le vaporiseur du fluideauxiliaire varie., De la chaleur peut être amenée à cette enceinte de plusieurs manière, par exemple à l'aide d'un élément électrique.
Dans une ferme de réalisation avantageuse de l'invention, on amène de la chaleur à ladite enceinte par conduction, à l'aide d'un bêlement dont une extrémité se trouven à une température plus élevée que celle du produit de condensation Cette extrémité pourrait se trouver en contact thermique, par exemple avec l'air atmosphérique Toutefois cet agencement présente un inconvénient :du givre pourrait se déposer sur l'élément, ce qui réduirait la transmission de la chaleur vers l'élément. Aussi,suivant une autre forme de réalisation de l'invention, l'élément est, à l'une de ses extrémités, en contact thermique avec l'eau de refroidissement de la machine frigorifique, ce qui empêche la formation de givre ou de glace.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, on peut réduire, pendant le fonctionnement de la machine frigorifique, le système de canalisations de sorte que, par dm3 du système de canalisations, une plus grande quantité de liquide participe au cycleo Lors de l'arrét de la machi- ne il faut alors agrandir le système de canalisations.
A cet effet, au moment de¯l'arrêt de la mach-'-ne, le système de canalisations peut être raccordé à une enceinte auxiliaire à l'aide de deux canalisations dont l'une comporte une soupape disposée -le façon que le fluide auxiliaire ne puisse circuler que vers ladite enceinte, tandis que la seconde canalisation comporte un obturateur réglableo
La description du dessin annexéedonné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre commenta l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.,
La Figo 1 représente une forme de réalisation dans laquelle le circuit auxiliaire comporte une enceinte additionnelle dans laquelle peut se vaporiser le produit de condensation en excès.
Dans la forme de construction représentée sur la Figo 2, on peut augmenter le volume du cirucuit auxiliaire par l'adjonction d'une enceinte auxiliaire, tandis que la production.de frcid de la machine frigorifique à gaz froid peut être modifiée par une modification du nombre de tours.
L'installation représentée sur la Fig. 1 comporte une machine frigorifique du type à balayeur. Cette machine comporte un cylindre 2 dans lequel se déplacent, avec un décalage pratiquement constant, un balayeur 3 et un piston 4. A cet effet, le balayeur est relié, par l'intermédiaire d'un système de bielles 5, à une manivelle d'un vilebrquin 6 tandis que le piston est également accouplé à une manivelle de ce vilebrequin ¯par l'intermé- diaire d'un système de bielles 7.
L'enceinte 8, formée au-.dessus du balayeur
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3,est la chambre de congélation de la machine et cette chambre communique, par l'intermédiaire du congélateur 9, du récupérateur 10 et d'un réfrigé- rant 11, avec une enceinte 12, la chambre refroidieo La machine frigorifi- que est entraînée par un moteur électrique 13. Le congélateur 9 est entou- ré d'une enceinte 14 dans laquelle peut se condenser un fluide auxiliaireo
Le produit de condensation formé est collecté dans une gouttière annulaire
15, et peut être transporté par une canalisation 16, pouvant comporter une pompe 17, vers un vaporiseur 18,.
Le vaporiseur 18 se trouve dans une en- ¯ ceinte 19, qui doit être maintenue à une basse température et qui constitue l'objet'à refroidiro Le fluide auxiliaire vaporisé retourne, par une cana- lisation 20, vers l'enceinte 14.
L'enceinte 14 communique, par 1?intermédiaire d'un trop-plein formé par le bord supérieur 21 de la gouttière annulaire 15, avec une en- ceinte auxiliaire 22. Dans cette enceinte 22 se trouvent un certain nombre d'ailettes qui sont assemblées par une tige 24 en matière bonne conductri- ce de la chaleur, par exemple en cuivre. La tige 24 se trouve, par son ex- trémité inférieur 25, dans la canalisation d'amenée d'eau de refroidissement Le système de canalisation de l'installation est donc constitué ici par l'en- ceinte 14 avec enceinte 22, la canalisation 16, le vaporiseur 18 et la cana- lisation 200
En régime normal, le congélateur de la machine frigorifique à gaz froid se trouve à une température de par exemple -120 C.
Dans le système de canalisations, on utilise un fluide auxiliaire dont, pour une surpression de 20 kg/cm2, le point d'ébullition est inférieur à 20 C, par exemple du méthane, tandis qu'à cette température le système de canalisations contient au maximum, par dm3, une molécule-gramme de ce fluide auxiliaire.
Lorsqu'en régime normal le congélateur de la machine frigorifique à gaz froid se trouve à unetempérature de par exemple -120 C,le système de canalisations contient, dans l'exemple considéré, par dm3, au maximum 16 gro de méthane et si le volume de ce système de canalisations est par exemple de 10 dm3, la quantité totale de fluide utilisée dans le système-de canalisations est de 160 gr.
L'installation fonctionne de la manière suivante. Avant la mise en marche de l'installation, le système de canalisations 16 et 20, par les enceintes 14 et 22 et par le vaporiseur 18, est rempli de méthane à raison de par exemple 0,6 molécule-gramme ou 9,6 gramme par dm3. A la température de 20 C, la pression dans le système de canalisations est de 14,5 kg/cm2.
Lorsque, par la suite, la machine frigorifique à gaz froid est mise en marche, ¯, de la chaleur est prélevée du fluide auxiliaire de sorte que la température et la pression du fluide auxiliaire baissent.Cette baisse se.Pour- suit jusqu'à ce qu'un équilibre! soit établi entre la quantité de chaleur prélevée du fluide par la machine frigorifique et la quantité de chaleur qui, dans le vaporiseur, est fournie au fluide auxi@iaire Lorsqu'il en est ainsi, on obtient un état stationnaire pourlequel la température et la pression du fluide auxiliaire sont fixés. Si l'on diminuait alors la quantité de chaleur fournie au vaporiseur, la quantité de vapeur fermée diminuerait, de sorte que la quantité de produit de condensation augmenterait, tandis que,
par suite de la production de froid par la machine frigorifique, en l'absence de dispositions spéciales, la température du produit de condensation baisserait. L'enceinte 22 permet de maintenir pratiquement constante la tempéra- ture du fluide auxiliaire. L'excès de produit de condensation s'écoule alors, par le trop-plein ou bord 21, dans l'enceinte 22. Dans cette-enceinte, le produit de condensation est en contact thermique avec les ailettes 23 de la tige 24. La partie inférieure 25 de cette tige, qui pénètre dans la canalisation d'eau de refroidissement 269 se trouve à une température assez élevée, de sorte que, par l'intermédiaire de la tige, de la chaleur est transmise au produit de condensation et celui+ci se vaporise. La vapeur formée est de nouveau condensée par la machine frigorifique.
Comme, dans cette forme de réalisation, une partie du produit de condensation est va-
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porisé non pas dans le vaporiseur mais en un autre endroit, la température et la pression du fluide ne varient pas ou guère.
La fig. 2 représente une autre forme de réalisation ; les élé- ments correspondant à ceux de la Figo 1 y portent les mêmes chiffres de ré- férence que sur cette dernièreL'installation comporte une machine frigori- fique à gaz froid 1, qui condense un fluide auxiliaire qui s'écoule, par la canalisation 16, vers un vaporiseur 18 monté dans l'enceinte 19. La vapeur formée dans le vaporiseur retourne, par une canalisation 20, vers la machine frigorifique à gaz froid où elle est de nouveau condensée. Comme le vapori- seur se trouve sous l'enceinte de condensation de la machine frigorifique, cette forme de réalisation ne demande pas de pompe de circulation.
La canalisation 20 communique, par l'intermédiaire des canali- sations 31 et 32, avec une enceinte 30. La canalisation 31 comporte une soupape de retour 33 qui est disposée de façon que du fluide ne puisse cir- culer que de la canalisation 20 vers l'enceinte 30. La canalisation 32 com- porte un obturateur 34 qui peut obturer la communication entre l'enceinte
30 et la canalisation 20.
De plus le système de canalisation comporte un un dispositif de mesure 35 permettant de relever soit la température soit la pression du fluide auxiliaire, Une variation de la grandeur mesurée peut provoquer, par.1'intermédiaire des servo-mécanismes 36-37, une variation de la production de froid par la machine frigorifique, par exemple en modifiant la ,.Vitesse de rotation du moteur 13 ou en modifiant la pression du fluide actif qui décrit, dans le machine frigorifique, un cycle fermé.
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L'installation fonctionne delà manière suivante., Avant la mise en marche de la machine frigorifique,, le système de canalisations constitué par l'enceinte de condensation de la machine frigorifique 1, la canalisation
16, le vaporiseur 18, la canalisation 20 et l'enceinte 30 avec canalisations
31 et 32, est rempli d'un fluide auxiliaire, par exemple de :l'azote en quan- tité telle qu'à la température ambiante normale le système de canalisations comporte au maximum, par dm3, une molécule-gramme de ce fluide auxiliaire.
En même temps, on ouvre l'obturateur 34. Lors de la mise en marche de la ma- chine frigorifique à gaz froid, comme le mentionne la description de la Fig.
1 , la température et la pression du fluide auxiliaire baissent jusqu'à ce qu'un équilibre soit obtenu entre la chaleur que la machine frigorifique pré- lève du fluide et la chaleur que le vaporiseur fournit au fluide auxiliaire.
Ensuite l'obturateur 34 peut être fermé, de sorte que 1-'enceinte 30 ne fait plus partie du système de canalisationsDans ce cas, une plus grande quan- tité du fluide est contenue dans le système de canalisations, quantité qui est plus grande que celle désirable dans ledit système à la température ambiante normale et % la pression désirée. Lorsqu'on arrête la machine frigo- rifique, même lorsque l'obturateur 34 reste fermé, l'enceinte auxiliaire
30 est encore directement en communication avec le système de canalisations grâce à la soupae 33.
Lorsqu'on régime, la quantité de chaleur forunie au vaporiseur diminue, tout comme il est indiqué ci-dessus, la pression et la température du système baissent. Par suite du dispositif de mesure 35 compcrtant les servo-mécanismes 36 et 37, la production de froid de la machine frigorifi- que diminue jusqu'au moment où l'équilibre est rétabli. D'une manière ana- logue à celle précitée pour la vitesse de rotation, on peut abaisser la pression du fluide actif dans la machine frigorifique à gaz froid ; à cet effet, on peut-utiliser les dispositifs connus pour le-réglage de la pres- sion dansas machines à piston à gaz chaud.