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Dans les avions volant à grande vitesse et à haute altitude, il est nécessaire de maintenir à une pression con- venable l'atmosphère de l'intérieur de l'avion (cabine de commande, chambre à appareillage électronique, etc.,) avec de l'air suffisamment refroidi.
Le problème du refroidissement de cet air se trouve compliqué par le fait qu'aux grandes vitesses, l'air extérieun entourant l'avion est échauffé par arrêt adiabatique d'une quantité telle qu'il devient impossible de l'utiliser comme fluide de refroidissement dans un échangeur ordinaire.
A titre d'exemple, l'air extérieur est à une tempé- rature supérieure à l'ambiante d'environ 180 C, lorsque l'ap- pareil se déplace ù. une vitesse de 2.500 km à l'heurc. Avec un échangeur de bonne officacité, l'air à refroidir est,
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la sortie de l'appareil, à une température ui dépacoo d'au moins une vingtaine de d8G celle de l'air re±roi±1#z*ar à l'entrée.
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Il en résulte que, dans les conditions de déplace..t à grande vitesse,
la chute de température d'air à produire par une turbine de détente devient trop importante pour urne instal- lation de poids et d'encombrement admissibles.
Le refroidissement dans un évaporateur permet, en
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principe, d'abJ"1.sser la tempéra bure de l'air d'utilisation à toutes valeurs désirées, indépendamment de la température de l'air extérieur, grâce à un choix judicieux du liquide évaporant.
Toutefois, il doit être considéré que pour un liquide
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au repos, agité seulement par les courants de conve:.:io1 natu- rels, l'évaporation devient rapidement de plus en plus faible, à mesure que la température d'évaporation s'abaisse. Ainsi,
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pour le séné écart de température entre la paroi de l' éC18r..;e1..:. et le liquide évaporant, tel que de l'eau, cette dernière ne s'évapore plus que vingt cinq fois' ;Joins vite, 1-' altitl1.:2.e de vingt mille mètres qu'au scl, l'alcool :?ët: li te environ vingt fois moins vite.
Cette constatation limite de façon considérable
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l'emploi d'évaporateu.... classiques, car il devi.ent n,essai:. d'utiliser des surfaces d'échanje de Grande étendue, dent l.tencombreaent et le poids deviennent rapidenent IJ.!:ohioitiis.
La présente invention crée un nouveau procédé de refroidissement et une installation pour sa mise en oeuvre,
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suivant lesquels il devient possible d'utiliser de J?::'1(011 ra- tionnelle les propriétés d'évaporateurs, même à haute altitude, et cela, avec un bon rendement thermométrique.
Conformément à l'invention, le fluide est amené à
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passer au moins dans un échanel1r à évaporation contenant un liquide mis en communication avec l' ::1 t,nOGI)h0:t.'ü , ce li,uide étant amené à circuler en continu et ayant sa partie @menée à la température d'ébullition isolée de sa masse en contact
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thermique avec le fluide à refroidir qui circule de préférence à contre-courant avec le liquide dont la pression est @aiatenue à un niveau plus élevé, dans le trajet où ce liquide est en contact thermique avec le fluide à refroidir, que la pression qui règne à sa surface en ébullition.
Suivant une forme de réalisation d'une installation applicable notamment à une cabine d'avion pressurisée Liais non étanche, cette installation comporte uxxe prise d'air, à l'entrée d'un compresseur de l'avion, pour le refroidissement de l'air pris à la sortie de ce compresseur et amené à passer dans un premier échangeur traversé par l'air pris à l'entrée dudit compresseur, qui est aspiré par un ventilateur entraîné par une turbine de détente de l'air pris à la sortie dudit compresseur et amené à passer, à sa sortie dudit premier échangeur, dans un second échangeur à évaporation renfermant un fluide volatif en contact avec l'atmosphère et entraîné en continu,
de façon que la partie de ce liquide qui est amené à la température d'ébullition ne ,soit jamais en contact avec le faisceau échangeur traversé par l'air à refroidir qui en- traîne la turbine de détente, placée à l'entrée de la cabine d'avion à pressuriser.
Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit.
Dea formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé.
La fig. 1 est un schéma d'une installation de refroidissement pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention applicable notamment au refroidissement d'une cabine pressuri- sée mais non étanche.
La fig. 2 est un schéma d'une variante de réalisa- tion de la fig. 1, plus particuilièrement applicable au refroi- dissement d'une bobine étanche.
La fig. S est un plan vu de doua us, montrant
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schématiquement une forme de réalisation d'une écaon ear de l'installation des figures précédentes.
La fig. 4 est une coupe prise savant la ligne
IV-IV de la fig. 5.
La fig. 5 est une coupe prise suivant la ligne
V-V de la fig. 4.
Suivant le procédé de l'invention, pour obtenir un refroidissement convenable, notamment de l'air à l'intérieur des cabines d'appareils volant à très grande vitesse et à haute altitude, le fluide à refroidir est aené à passer dans au moins un organe échangeur qui l'amène en contact thermique avec un fluide refroidissanto
Ce fluide refroidissant est maintenu constatent en circulation de façon qu'il soit amené depuis la partie supé- rieure de l'organe échangeur jusqu'à sa partie inférieure, dans laquelle le fluide à refroidir est amené à passer et cette partie inférieure de l'organe échangeur est en partie isolée de la partie supérieure, afin que la pression dans ladite partie inférieure soit supérieure' à celle régnant dans la partie supérieure qui est en communication avec l'atomosphére.
Etant donné l'apport de chaleur qui est fait au liquide réfrigérant et la faible pression qui règne dans la partie supérieure de l'échangeur en communication avec l'atmos- phère, ce liquide réfrigérant est amené à son point d'ébulli- tion, de sorte que le changement d'état qui en résulte refroidit la couche supérieure de liquide qui est ensuite amenée à la partie inférieure de l'organe échangeur pour refroidir le fluide à utiliser et, de plus , paisque la pression qui règne à la partie inférieure de l'organe échangeur est plus élevée que la pression qui règne à la partie supérieure de cet échan- geur, la température d'ébullition dans ladite partie inférisure n'est pas atteinte,
de sorte que l'organe échangeur proprement rdit est toujours en contact avec du liquide.
Au dessin annexé, on a représenté, à titre d'exe qules,
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deux variantes d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, suivant notai.ment que le fluide à refroidir est de l'air destiné à être utilisédans une cabine d'avion et que cette cabine est ou non complètement étanche.
L'installation de la fig. 1 est plus particulière- ment destinée au refroidissement et au renouvellement de l'air dans une cabine pressurisée rion étanche.
L'air à introduire dans une cabine est collecté par une canalisation 1, à la sortie 2 du compresseur d'un réac- teur par exemple, de façon que cet air se trouve à une pression de.préférence notablement supérieure à la pression d'utilisa- tion, dans la cabine.
La pression de l'air amené par la canalisation 1 étant notablement supérieure à la' pression de l'air ambiant entourant l'avion et cet air ayant été comprimé, dans le réac- teur par exemple, sa température est en conséquence plus élevée que la température de l'air à l'entrée du compresseur du réac- teur.
Tour produire un pré-refroidissement de l'air amené par la canalisation 1, cette dernière débouche dans un échan- geur de chaleur 3, dans lequel circule de l'air amené par un conduit 4 débouchant en 5, par exemple à l'entrée du com- presseur du réacteur,
Après le pré-refroidissement effectué dans l'échan- 'geur 3, l'air amené par la canalisation 1 est conduit par une tubulure 6 dans un second échangeur 7, conçu de façon à mettre en oeuvre le procédé décrit ci-dessus.
L'air refroidi dans l'échangeur 7, qui est toujours une pression supérieure à la pression d'utilisation et qui n'est pas encore,nécessairement amené à, la température désirée, est conduit par une tubulure 8 dans une turbine de détente 9, destinée à alimenter directement la cabine par un conduit 10.
Le mouvement dans lequel la turbine 9 est entraînée
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est avantageusement utilisa pour. 1'entraîne: @ent d'an venti- lateur 11, destiné à activer la circulation de l'air de re- froidissement amené par le conduit 4 dans le premier échan- geur 3.
Comme cela est également représenté à la fig. 1, lorsqu'il n'est pas nécessaire d'utiliser l'échangeur 7, un conduit by-pass permet de shunter cet échangeur lorsqu'un robinet 13, monté sur le conduit 6, est fermé et qu'un robi- net 14, monté sur le conduit de by-pass 12, est ouvert.
Suivant la variante de réalisation de l'installation de la fig. 2, l'échangeur 7 est monté de façon que l'air soit aspiré depuis la cabine par un ventilateur 15 qui le refoule dans le faisceau échangeur d'où il sort refroidi et, éventuellement, filtré par une cartouche 16, avant d'être amené de nouveau en des endroits choisis de la cabine par une ou des tubulures 17.
Dans ce dernier cas, la circulation de l'air est établie en circuit fermé, puisque l'air est pris dans la ca- bine et refoulé également dans cette cabine après refroidis- sement, ce qui convient seulement à une cabine étanche, ou presque étanche; dans ce dernier cas, le léger appoint d'air, nécessaire au rétablissement de la pressurisation et destiné ,à compenser les fuites de la cabine, s era avantageusement pris directement à la sortie du compresseur du réacteur et amené à l'entrée du ventilateur 15.
L'échangeur 7 à évaporation suivant la fig. 1 ou suivant la fig. 2 est avantageusement constitué, comme représenté aux fig. 3 et 5. Suivant ces dernières figures, l'échangeur comporte une enveloppe 18, à la partie inférieure de laquelle est placé un faisceau 19, constitué par exemple ,par des tubes de section ronde ou aplatie, réunis à leurs extraites par des plaques tabulaires 20 et 21 (fil.,. 3 et 4) ou conformés de façon à délimiter eux-mêmes ces plaques tubulaires, afin que l'air à refroidir passe dans ces tubes du
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faisceau., par exemple dans le Jen8 ÙE.:J f.1.ècllùfj fl' cet [..i:c étant en-traîne soit de la façon décrite cn l'G.Cé'.cl:nce iJ. la fig, <:
la façeii décri.te en r±±6.erice '1 ". 2 fin. le soit de la façon décrite en rf&rence à la fjg.
Les plaques tuuulai:re;a 20 et 21 sont fixées de façon étanche à l'enveloppe 81 qui contient un liquide lé- siné par la référence 22, dont la quantité est choisie de façon que le niveau de ce liquide soit situé notablement au- dessus du faisceau 19.
Comme cela apparaît notamment aux fig. 3 et 4, il est avantageux que l'air circule à contre-courant par rapport
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au liquide 22 qui est uis en 1aouve.îlent, CO:..1'.1e cela est ex- pliqué dans la suite de la présente description.
Les tubes du faisceau 19 sont avantageusement en- gagés dans des chicanes 23, particulièrement visibles à la fige 3, qui sont disposées de façon que le liquide qui baigne le faisceau 19 soit obligé de suivre le .trajet indiqué par la flèche f2.
Les chicanes 23 sont fixées, à leur partie infé- rieure, au fond 18a de l'enveloppe 18 et à leur partie supérieure à 'une plaque 24, pouvant être perforée qui est elle-même fixée aux c8tés latéraux de l'enveloppe 18.
Le liquide qui se trouve dans l'enveloppe 18 est
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amené à la partie inférieure de l'échangeeur par une ouverture 25. Cela a pour effet d'obliger le liquide à suivre letrajet délimité par les chicanes 23 qui provoquent des pertes de charge, et par suite, font augmenter la pression au sein du liquide se trouvant au-dessous de la plaque perforée 24 par rapport à la pression qui règne au-dessus de cette placée.
Les perforations sont de faible section afin de permettre,
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grâce à la pOMpe, l'établissement d'une pression dans l'en- veloppe 18;; elles peuvent ne pas exister dons le cas oii la po:ape est 'de trocs faible débit, on l'uut ):10::10 disposer à la sortie de la dernière chicane une soupape bnrue afin que la porilD'e entxytirnnc bien la pression voulue dnns l'enveloppa
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1Û De eilte c :': (. " 11 , 1: , 1.= >¯e-'.>-;>:; ¯tÉ. i'¯i:¯ï! ..s¯. '.''':''. eue C1.C.Vc.I:, et il y n 1) 1;,.. lt Í t.: -, t d : C - .. ,-: 1... r t....'; , 1 . -'- -1 -- ;::.... 4"" -'- lèchent; les 1.3ro¯: Ju. t'::i.jC;.'-i 1:, oc ni L r.?.i ,1->raL ', 1 ' ?oe....;.
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tli<.:r..iiquc.
L..;J ll .1'.iot':1 :1 Utl., qui coût J!.1.':..i',;y-,(,; d:mR±5 13 1-ue 24 sont destinées permettre lé ,:;:':\;';:;:1"";<:; F'joilû ole;; bulles de vapeur qui pourraient toutefois 6VClltLlf...llc. !(;;u-;; (; \;1.'(;; produits Le liquide se trouvant all-(h;cU:1 Ùf; 1;) plaque 26 est directeuent en contact avec l'st-ouphure, par 1 i e-.:bc..c;.ure 2o de l'enveloppe 18o De cette façon, le 2z¯lui.: e#.t 3.:8.[16 en ébullition, ce qui a pour effet, du fait du chane,1E:.ût d'état qui en résulte, de le refroidira
Le liquide ainsi refrcidi est aspiré jouir être en-
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voyé de nouveau à l'ouverture 25, située h. la partie infé- rieure du faisceau 18.
Afin que les balles de vapeur, qui sont forcées près du niveau supérieur du liquide 22, ne
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risquent pas d'être aspirées et d'être ra-ienées à la partie inférieure du faisceau par l'ouverture 25, le liquide se trouvant au-dessus de la plaque 24 est aspiré par une tu- bulure 27 (fig. 5), qui for:.le un puits à la partie inférieur-, duquel est pratiquée une ouverture 28.
Cet artifice perment de ramener de façon continue, à la partie inférieure du faisceau 18, une veine de liquide exempte de vapeur.
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La .aise en circulation du liquide refrcidisseur est assurée, co,-.1.,ie cela =1pp;r.ît aax fit;. 1 et 2, J'>81' une poape 29 branchée sur un conduit 30 .1.'l.;liont le.) ouvertures 28 'et 25.
Afin d'éviter que de;,1 gouttelettes de liquide soient
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entraînées venu lct.'.iieur, par l'ouverture 26 de l'envelop- pe 18, une cloison porentie SI (;:3t placée G' ;. il-- i l'..; 12:.; du niveau du liquide 22, lHJL1.'L" rotenir lL;1 cil Pour oÛrE:II.L1" un rendement; CGUtIVC:i1'l)i.C: ,1-.:: .f'.ï'.S?ü'.'i22.' décrit ci-dcnnuo, il c;:t n(:0.(;;:::1Í.¯'l: 'Lllc 7.. nLvc:1H du 11 yi '1.J
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qu'il contient soit tcujom'o "win't011u. :JGrwii)1..l0l1't constunt, nialsré les pertes qui l'ÓDulten't de lc;va;o:c.tiun.
Pour cela, une charge de liqui.de, 32 (fie. 2) eyt contenue dans un réservoir 33, de préférence calorifuge, qui
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est relié à l'enveloppe 18 par un conduit o oii b:c 616 par Lui robinet 35.
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L'intérieur du réservo.ir 33 est .ais en communi- cation avec l'atmosphère par un conduit de très faible section 36, lui-même contrôlé par un robinet 37.
Les robinets 35 et 37 ont leurs organes de com-
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nande qui sont reliés à une liaison cinématique c o,n aune 38, contrôlée par un flotteur 39 (fig. 2 et 5).
Comme cela apparaît clairement, lorsque le niveau du liquide 22 baisse, les robinets 35 et 37 sont ouverts, ce qui permet à une certaine quantité du liquide contenu dans le réservoir 33 d'être amenée dans l'échangeur, pour rem- placer le liquide qui a été évaporé.
Le liquide utilisé dans l'échangeur peut, par exem- ple, être de l'eau, de l'alcool, de l'ammoniaque, ou tout autre liquide appropriéo
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réa- lisation représentés et décrits en détail, car diverses mo- difications peuvent y être apportées, sans sortir de son cadre.