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L'invention concerne une machine frigorifique à gaz froid com- portant une chambre à basse température et une chambre à température plus élevée, communiquant par l'intermédiaire d'un congélateur dont la tempé- rature de régime est inférieure à -40 C, de préférence inférieure à -60 C d'un récupérateur constitué par du fil et d'un réfrigérant. Le volume de chacune de ces chambres peut être modifié par un ou plusieurs corps en forme de piston, cependant que dans la machine un gaz qui se trouve tou- jours au même état d'agrégation décrit un cycle thermodynamique fermé.
La machine frigorifique à gaz froid est également connue sous le nom de machine frigorifique fonctionnant suivant le principe inverse de celui du moteur à gaz chaud et comme on le sait, ces machines peuvent être réalisées de plusieurs manières. C'est ainsi queuta machine peut être réalisée sous forme d'une machine à balayeur ou d'une machine'à double effet, d'une machine dont les cylindres forment entre eux un certain angle ou d'une machine dont l'enceinte active est combinée avec celle d'un moteur à piston à gaz chaud. Ces machines permettent d'obtenir en un seul sta- de une grande différence de température; c'est ainsi que la machine peut fournir du froid à -80 C, mais également à -200 C, températures qui peu- vent être obtenues en un seul stade à partir de la température ambiante normale.
Le récupérateur constitue un organe important de la machine à piston à gaz chaud en général et de la machine frigorifique à gaz froid en particulier. Dans le récupérateur le gaz qui décrit dans la machine un cycle thermodynamique, est refroidi une fois et réchaufé une fois pen- dant chaque mouvement d'aller et chaque mouvement de retour des corps en forme de piston. La différence de température dans le récupérateur est alors très grande, par exemple de 230 C. Il est connu de prévoir dans le récupérateur d'une machine frigorifique à gaz froid une matière de remplis- sage dont la capacité thermique par cm3 a une valeur déterminée, variable avec les propriétés de la machine, pour que le pouvoir refroidisseur de la machine soit économiquement motivé à la température requise.
La Demanderesse a constaté que non seulementlla capacité thermique mais aussi le rapport de la longueur du récupérateur au diamètre hydrau- lique du fil de remplissage influence notablement la grandeur du pouvoir réfrigérant et celle du rendement de la machine. Fait étonnant, on a con- staté qu'il est désirable que ce rapport se trouve entre certaines limites, Lorsque ce rapport se trouve en dehors de ces limites, tant la puissance de la machine frigorifique que son rendement baissent.
Suivant l'invention, la machine frigorifique est dimensionnée de manière que la longueur L du récupérateur réponde à la condition
L = C.P. 0,23. (la dn pmax Dans cette expression, P = max/n.n, L est la longueur du récupérateur en cm. entre l'extrémité chaude et l'extrémité froide, dh est le diamètre hydraulique en cm. du fil de remplissage du récupérateur, est le quotient de la température absolue du réfrigérant et de celle du congélateur, p max est la pression maximum dans le cycle en dynes/cm2, n est le nombre de tours par seconde de la machine, % est la viscosité dynamique en poises du gaz à la température moyenne du récupérateur.
Il va de soi que ces grandeurs sont mesurées sur une machine frigorifique travaillant dans des conditions de fonctionnement normales.
On a choisi ci-dessus, pour les diverses grandeurs, le système d'unités c.g.s., mais on pourrait également les exprimer en unités d'un autre sys-
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tème.
Par diamètre hydraulique du fil de remplissage, il y a lieu d' entendre le quotient du quadruple de l'aire et de la périphérie d'une sec- tion du fil perpendiculaire à la direction longitudinale de celui-ci. Par fil, il y a lieu d'entendre également une matière présentant une section telle que son épaisseur est plus petite que sa largeur, par exemple du ru- ban.
La description du dessin annexé, donné à titre 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 fige représente une machine frigorifique à gaz froid réali- sée sous forme d'une machine à balayeur. Dans un cylindre 1, un balayeur 2 et un piston 3 se déplacent avec un décalage pratiquement constant.
Le balayeur 3 influence le volume d'une enceinte 4, la chambre à basse température, tandis que tant le balayeur 2 que le piston 3 influencent le volume d'une enceinte 5, la chambre à température élevée. Ces chambres communiquent par l'intermédiaire d'un congélateur 6, à température de ré- gime inférieure à -40 C, d'un récupérateur 7 et d'un réfrigérant 8. Le mouvement d'aller et de retour des corps en forme de piston provoque dans la chambre 4, essentiellement une détente, et dans la chambre 5 essentiel- lement une compression.
Le balayeur 2 est accouplé par un système de bielles 9 à une manivelle du vilebrequin 10, tandis que le piston 3 est accouplé par un système de bielles 11 à des manivelles du même vilebrequin. La machine frigorifique est entraînée par un moteur électrique 12. La hauteur L du récupérateur est indiquée par 13.
Dans la machine décrite, la température du réfrigérant est de par exemple 300 K, tandis que la température du congélateur est de 75 K.
La pression maximum pendant le cycle est de 35.166 dynes/cm2, tandis que le nombre de tours par seconde est de 25. Comme fluide actif de la machi- ne, on utilise, dans cet exemple, de l'hydrogène.
La température moyenne du récupérateur est égale à la demi-som- me de la température du réfrigérant et de celle du congélateur, c'est-à- dire ici 300 +75/2 = 187,5 c. A cette température la viscosité dynami- que de l'hydrogène est = 6,5.10-5 poise.
Gomme Pmax obtient 35.106 10 Comme on obtient P 5 = 2,15.10 e p = n. n on obteient p = 6,5.10-5.25 On en déduit P ,23 = 238. , le quotient de la température du réfrigérant et de celle du congélateur, est égal à 300/75 = 4. Le quotient L/d 75 dh = C.P. 0,23 @ = C.238 V3 = C.238 x 1,73. Comme C est compris entre 3,5 et 10,5, de préférence entre 4,3 et 8,6, on en déduit que L/d est au minimum égal à 3,5x238xl, 73= 1440 et au maximum égal à 10,5x238xl,73 = 4340. De préférence - est au minimum égal à h 4,3x238xl,73 = 1770 et au maximum égal à 8,6x238xl,73 = 3540.
Si le diamètre hydraulique du fil de remplissage du récupéra- teur est de 20 microns ou de 2.10-3 cm, il résulte des valeurs calculées ci-dessus de h que L est au moins égal à 1440x2x10-3cm = 2,88 cm et au
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maximum égal à 4320x2x10-3 = 8,64 cm, de préférence L est compris entre
EMI3.1
1770x2xlO-3 . 3,54 cm et 3540x2xlO-3 = 7108 am-
Si l'on remplace l'hydrogène par un autre gaz actif, il faut remplacer, dans les calculs, la viscosité dynamique par la valeur corres- pondant audit gaz.