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Comme cela est expliqué dans le brevet principale il est néces- saire, dans les machines volantes se déplaçant à haute altitude et à grande vitesse, de maintenir une pression convenable à l'intérieur de la cabine et dans la ou les chambres contenant certains appareilso En outre, l'air doit être suffisamment froid.
Le problème du refroidissement est compliqué par le fait qu'à grande vitesse, l'air extérieur entourant l'avion est échauffé d'une quan- tité telle qu'il devient impossible de l'utiliser comme fluide de refroidis- sement dans un échangeur ordinaire. e
A titre d'exemple1 air extérieur est à une température supé- rieure à l'ambiance d'environ 180 C lorsque l'appareil se déplace à une vi- tesse de 2.500 km à l'heure.
Avec un échangeur de bonne efficacité, l'air à refroidir est, à la sortie de l'appareil, à une température qui dépasse d'au moins une vingtaine de degrés celle de l'air refroidisseur à l'entrée. Il résulte de ce fait que dans les conditions de déplacement à grande vitesse, la chute de température à produire par une turbine de détènte devient trop importan- te pour une installation de poids et d'encombrement admissibles.
Le refroidissement dans un échangeur à évaporateur permet en principe d'abaisser la température de l'air d'utilisation à toute valeur désirée indépendamment de la température de l'air extérieur grâce à un choix convenable du liquide volatil
Toutefoisil doit être considéré que pour un liquide au repos, agité seulement par les courants de convection naturels, l'ëvaporation de- vient rapidement de plus en plus faible à mesure que la température d'éva- poration s'abaisse.
Ainsi, pour le même écart de température entre la paroi de 1'échangeur et le liquide volatil, tel que l'eau, cette dernière ne s'é- vapore plus que 25 fois moins vite à l'altitude de 200000 mètres qu'au sol et l'alcool méthylique environ 20 fois moins vite
Le brevet principal décrit des moyens permettant de remédier à ces inconvénients en créant un procédé nouveau de refroidissement dans le- quel le fluide à refroidir est amené à passer dans au moins un échangeur à évaporation contenant un liquide mis en communication avec l'atmosphère, ce liquide étant amené à circuler en continu et ayant sa partie, amenée à la température d'ébullition, isolée de sa masse en contact thermique avec le fluide à refroidir qui circule de préférence à contre-courant avec le liquide dont la pression est maintenue à un niveau plus élevé,
dans le tra- jet où ce liquide est en contact thermique avec le fluide à refroidir, que la pression atmosphérique qui règne à sa surface en ébullition.
Le brevet principal décrit aussi des moyens permettant de mettre en oeuvre ce procédés ces moyens étant constitués par une installation qui comporte une prise d'air à 1 entrée du compresseur de l'avion pour le re- froidissement de l'air pris à la sortie de ce compresseur et amené à pas- ser dans un premier échangeur traversé par l'air pris à l'entrée dudit com- presseur, air 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 volatil en contact avec l'atmosphère et entraîné en continu,
de façon que la partie de ce liquide amenée à la température d'é- bullition ne soit jamais en contact avec le faisceau échangeur traversé par 1 air à refroidir qui entraine la turbine de détente placée à l'entrée de la cabine à pressuriser.
La présente addition est relative à des perfectionnements appor-
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tés aux moyens mis en oeuvre pour la réalisation de ce second échangeur à évaporation. En effet les machines volant à grande vitesse parcourent le plus souvent des trajectoires fortement inclinées par rapport à l'horizon- tale et la direction de ces trajectoires varie quelquefois très vite et dans de notables proportions. Il est nécessaire, en conséquence, que le faisceau refroidisseur de l'air à admettre dans la cabine ou dans les com- partiments d'appareillage soit toujours complètement baigné par le liquide refroidissant quelle que soit l'incidence de vol de l'engin.
Les perfectionnements décrits dans la présente addition permet- tent d'atteindre ce résultat en rendant possible le fonctionnement de l'in- stallation, quelle que soit la position de la machine volante sur sa trajec- toire.
Conformément à l'invention, l'installation comporte un échangeur à évaporation qui comprend un faisceau placé en partie au moins dans une enveloppe communiquant, par l'intermédiaire d'un clapet taré, avec un ré- servoir dont l'intérieur est en communication avec l'atmosphère, ce réser- voir contenant un liquide aspiré par un dispositif qui le refoule dans l'en- veloppe contenant le faisceau échangeur, de manière que cette enveloppe soit toujours remplie, quelle que soit l'inclinaison de l'ensemble.
Diverses autres caractéristiques de l'addition ressortent d'ail- leurs de la description détaillée qui suit.
Des formes de réalisation de l'addition sont représentées, à ti- tre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés.
La fig. 1 est une coupe-élévation schématique d'une installation pour cabine pressurisée de machine volante.
La fig. 2 est une élévation latérale schématique d'une forme de réalisation du dispositif de refroidissement par évaporation suivant l'in- vention que comporte l'installation de la fig. 1,
La fig. 3 est une élévation tournée de 90 correspondant à la fig. 2.
La fig. 4 est une élévation analogue à la fig. 2, illustrant une variante.
La fig. 5 est une élévation tournée de 90 correspondant à la fig. 4.
La fig. 6 est une élévation analogue aux fige 2 et 4 d'une autre modification.
La fig. 7 est une coupe-élévation schématique montrant une va- riante de réalisation.
La fig. 1 montre un exemple de réalisation d'une installation destinée au refroidissement et au renouvellement de l'air dans une cabine pressurisée d'une machine volante, Cette installation est décrite pour fai- re bien comprendre les moyens mis en oeuvre dans la présente addition et n'est indiquée que pour illustrer une forme possible de réalisation, étant donné que de nombreuses autres formes peuvent être envisagées suivant, no- tamment, le mode de propulsion de la machine volante qui est supposée, dans l'installation représentée, être munie d'un réacteur.
L'air à introduire dans la cabine, ou dans une autre enceinte de la machine volante, est collecté par une canalisation 1 à la sortie 2 du compresseur du réacteur de façon que cet air se trouve à une pression de préférence notablement supérieure à la pression d'utilisation dans la ca- bine. La pression de l'air amené par la canalisation 1 étant notablement
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supérieure à la pression de l'air ambiant entourant l'avion et cet air ayant été comprimé dans le réacteur, sa température est, en conséquence, plus élevée que la température de l'air à l'entrée du compresseur du réacteur.
Pour produire un prérefroidissement de l'air amené par la canali- sation 1, cette dernière communique avec l'entrée d'un échangeur de chaleur 3 dans lequel circule l'air amené par le conduit 4 débouchant en 5, par exemple à l'entrée du compresseur du réacteuro
Après le prérefroidissement effectué dans l'échangeur 3, l'air amené par la canalisation 1 est conduit par une tubulure 6 dans un second échangeur 7 qui est réalisé comme expliqué ci-après.
L'air refroidi dans l'échangeur 7, qui est toujours à une pres- sion supérieure à la pression d'utilisation et qui n'est pas encore néces- sairement amené à la température désirée, est conduit par une tubulure 8 dans une turbine de détente 9 destinée à alimenter directement la cabine par le conduit 100 Le mouvement, dans lequel la turbine 9 est entraînée, est avantageusement utilisé pour la commande d'un ventilateur 11 destiné à activer la circulation de l'air de refroidissement amené par le conduit 4 dans le premier échangeur 30 L'échangeur refroidisseur 7 est représenté aux figo 2 et 3. Cet échangeur comporte, par exemple, un faisceau tubulai- re 12 dans lequel circule l'air à refroidiro Le faisceau est disposé à l'intérieur d'un boîtier 13 étanche qui comporte aes chicanes 13a.
Le boîtier 13 est fixé sur le côté d'un réservoir 14 de dimen- sions relativement grandes, dont le fond 14a est, par exemple, arrondi et dont le dessus 14b forme une goulotte communiquant par un orifice avec une embase tubulaire 15 dont l'embouchure est en communication avec l'atmosphè- reo
L'ouverture 14b du réservoir est contrôlée par un clapet 16 nor- malement ouvert, lorsque l'échangeur occupe la position représentée au des- sin, pour maintenir l'intérieur du réservoir à la pression atmosphériqueo
Le clapet 16 est muni alune queue tubulaire 17 qui débouche, d'une part, dans l'embase tubulaire 15 et, d'autre part, dans le fond du ré- servoiro o
Le réservoir 14 contient un tube 18 constitué, par exemple,
par un tuyau souple lesté dont la longueur est choisie de manière que son em- bouchure puisse pratiquement être située en un point quelconque du réser- voir, en fonction des inclinaisons que ce dernier peut prendre comme cela est expliqué ci-après.
Le tube 18 sert à l'alimentation d'une pompe 19 pouvant être sup- portée par le réservoir et/ou le boîtier de l'échangeur. La sortie de re- foulement de la pompe 19 est reliée, par une tubulure 20, à la partie aval du boîtier 13 de 1'échangeur en considérant le sens de circulation de l'air à refroidir qui est indiqué par la flèche F1. La partie amont du boîtier 13 est mise en communication avec l'intérieur du réservoir 14 par une ouver- ture 21 contrôlée par un clapet taré 22.
Lorsque la pompe 19 est en fonctionnement, le liquide, aspiré depuis le réservoir, est refoulé à l'intérieur du boîtier 13 contenant le faisceau tubulaire 12, ce liquide étant obligé de suivre le trajet dêlimi- té par les chicanes 13a en circulant ainsi à contre-courant par rapport à l'air traversant le faisceau tubulaire suivant la flèche F1.
A sa sortie du boîtier 13, le liquide retourne dans le réservoir 14 en passant par le clapet 22. Etant donné que le tarage de ce clapet peut être réglé comme on le désire, la pression du liquide à l'intérieur du boî- tier 13 peut être maintenue à un niveau très supérieur à la pression atmos-
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phérique qui règne dans le réservoir, de sorte qu'il n'y a aucun risque que le liquide 'à l'intérieur du boîtier 13 soit amené à la température d'ébul- lition, même si la pression atmosphérique régnant dans le réservoir 14 est faible et correspond à une valeur pour laquelle le liquide est en ébulli- tion dans le réservoir, compte tenu de la température à laquelle il a été amené du fait de l'échange thermique qui a lieu à l'intérieur du boîtier 13.
Etant donné que l'intérieur du réservoir 14 est à la pression at- mosphérique, il y a évaporation progressive du liquide qu'il contient et par suite refroidissement du liquide restant, même si la température d'é- bullition est atteinte.
Le tuyau 18 aspirant toujours le liquide à la partie la plus bas- se du réservoir,il s'ensuit que le liquide amené dans le boîtier éohan- geur 13 est toujours à la température la plus basse possible et, en outre, le risque d'entraînement de bulles de vapeur est extrêmement faible, de sorte que le boîtier de 1 échangeur est constamment rempli de liquide, ce qui permet à l'échangeur de fonctionner dans les conditions les meilleures.
Les machines volantes, auxquelles ce dispositif est destiné, peu- vent prendre des incidences quelconques par rapport à l'horizontale sans modifier le fonctionnement de l'appareil, puisque le boîtier 13 de l'échan- geur est alimenté par la pompe et que la tubulure 18 d'amenée de liquide est toujours placée de manière que son embouchure soit située à la partie basse du réservoir qui contient une quantité maximum de liquide sensible- ment égale à la moitié de sa capacité totale.
En considérant qu'une machi- ne volante parcourt une trajectoire très inclinée, ou même vole sur le dos, cela a pour effet de faire fermer le clapet 16 qui obture la communication entre le réservoir 14 et l'embase tubulaire, mais à ce moment le liquide ne baigne plus la partie inférieure de la queue tubulaire 17 et, en consé- quence, la communication entre l'atmosphère et l'intérieur du réservoir est, à ce moment, établie par cette queue tubulaire 170
L'appareil décrit ci-dessus comporte, en outre, un dispositif de sécurité qui comprend un clapet anti-retour 23 monté sur le conduit 20 d'a- limentation du boîtier 13 de l'échangeur, ce qui empêche le liquide de re- venir en arrière lorsque le réservoir est vide,
en maintenant ainsi ce li- quide à l'intérieur du boîtier 13 dans lequel la température croît évidem- ment jusqu'au moment où il se produit une évaporation qui engendre une pres- sion suffisante pour ouvrir le clapet 22 par lequel la vapeur s'échappe.
Dans ces conditions, le rendement de l'échangeur décroît évidemment, mais il permet encore d'assurer un refroidissement de l'air dans la cabine pen- dant un certain tempso En outre, le moment à partir duquel la pompe 19 ne débite plus est indiqué au pilote de la machine volante par un dispositif manométrique 24 monté en amont du clapet anti-retour 23 ou en combinaison avec ce dernier. Lorsque le fonctionnement est normal, le dispositif ma- nométrique 24 maintient, par exemple, un lampe verte 25 allumée et lorsque la circulation ne s'effectue plus, une lampe rouge 26 s'allume en même temps que la lampe 25 s'éteinte Le pilote de la machine volante est donc préve- nu à ce moment que l'échangeur ne peut plus fonctionner que pendant un temps réduit, mais connu, qui est normalement suffisant pour qu'il puisse ralen- tir son engin.
Suivant la variante représentée aux fig. 4 et 5, le réservoir 14 présente la forme d'un solide dont la section longitudinale est oblongue et correspond par exemple à un ovale. Ce réservoir contient intérieurement une buse 27 ouverte à ses deux extrémités et faisant saillie à l'extérieur du réservoir de manière que ce dernier soit mis en communication avec l'at- mosphère, par l'intermédiaire de la partie inférieure ouvrant légèrement
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au dessus du plan médian désigné par 28 dudit réservoir 14. Le niveau ma- ximum du liquide contenu par le réservoir est toujours inférieur au plan médian lorsque le réservoir est horizontal comme cela est représenté aux dessins.
De cette façon, quelle que soit l'inclinaison de la machine vo- lante par rapport à l'horizontale, le liquide n'affleure jamais l'ouvertu- re interne de la buse 27 et il n'y a , en conséquence, pas de risque de perte de liquide autre que par évaporation.
Les divers autres organes de l'appareil sont identiques à ce qui est décrit en référence aux fig. 2 et 3 et, en conséquence, le fonc- tionnement est analogue.
Comme cela ressort de ce qui précède, l'avantage de cette der- nière disposition réside dans le fait qu'il n'est plus nécessaire d'utili- ser le clapet 16, de sorte que le risque d'une mauvaise étanchéité ou d'un mauvais fonctionnement de ce dernier est ainsi éliminée
La variante de réalisation représentée à la fig. 6 permet de réa- liser un ensemble n'utilisant plus la pompe 190 Suivant cette variante, un injecteur 29 fonctionnant à l'air comprimé est monté entre le conduit 18 d'aspiration du liquide dans le réservoir 14 et le conduit 20 menant à l'entrée du boîtier 13 de l'échangeur.
Le mode de réalisation de ce dispositif injecteur à air comprimé étant bien connu, il n'est pas décrit en détail dans la présente descrip- tion.
Afin d'obtenir un fonctionnement automatique de l'installation, il est avantageux, comme cela est représenté, que le conduit 30 d'alimen- tation en air comprimé de l'injecteur 29 traverse la sortie 13b de l'échan- geur, ce conduit étant contrôlé par une cartouche fusible 31 qui fond lors- que la température de l'air à la sortie du dispositif échangeur dépasse une certaine valeur pour laquelle il est nécessaire que le refroidissement par évaporation intervienne.
Dans certains cas, le dispositif à injection décrit ci-dessus est utilisé en combinaison avec le mécanisme normal à pompe et constitue seulement un ensemble de sécurité mis en fonctionnement en cas d'avaries de la pompe 19 ou des organes qui la commandent. Il est possible aussi que la commande de l'injecteur d'air comprimé 29 soit réalisée manuellement au lieu d'employer la cartouche fusible 31 qui, d'autre part, peut être utilisée pour la mise en fonctionnement de la pompe 19, lorsque cette der- nière doit être commandée automatiquement.
Etant donné que de l'air est entraîné en même temps que du liquide à l'intérieur de l'enveloppe 13 de l'échangeur, lorsque le dispositif doit fonctionner uniquement au moyen de l'injecteur d'air comprimé, il est nécessaire évidemment de calculer la surface d'échange de l'échangeur en tenant compte de cette particularité qui réduit sensiblement le rendement de l'échange thermique par unité de surface de l'échangeur. La pression à l'intérieur de l'enveloppe de l'é- changeur peut, comme précédemment, être réglée par le clapet 22 qui permet d'obtenir une vitesse de passage convenable du liquide qui, ensuite, re- tourne au réservoir où il s'évapore partiellemento
La fig. 7 illustre une autre modification, aboutissant à une réalisation simple, intéressante pour le refroidissement d'appareillages divers, d'engins sans pilote, guidés ou non.
Le faisceau tubulaire 12 de l'échangeur est, en partie, situé à l'intérieur de l'enveloppe de circula- tion 13 et, en partie, à l'extérieur de cette enveloppe. La partie exté- rieure du faisceau peut être disposée à l'intérieur du réservoir 14, non représenté, de manière que cette partie baigne dans le liquide en ébulli- tion à la pression ambiante et/ou soit en contact avec la vapeur produite
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par ce liquide. Il est possible aussi que la partie extérieure à l'envelop- pe 13 du faisceau 12 soit simplement dans un espace situé à la pression am- biante.
Suivant cette dernière forme de réalisation, le boîtier 13 est muni de pulvérisateurs dont les orifices sont soigneusement calibrés de ma- nière que le débit du liquide passant à l'intérieur du boîtier 13 soit sen- siblement égal au débit qui correspond à la quantité de liquide évaporé par unité de temps. De cette façon la température à l'intérieur du boîtier 13 est supérieure à la température d'ébullition sous la pression ambiante et le liquide surchauffé dans le boîtier se vaporise à la sortie des pulvé- risateurs 32 à la température correspondant à cette pression ambiante.
Cette vaporisation s'effectue tout autour de la partie extérieure du fais- ceau, dans laquelle se produit une deuxième phase du refroidissement du fluide d'utilisation.
Cette phase du refroidissement est réalisée par la vaporisation, sur les parois du faisceau, du liquide entraîné par la vapeur produite à la sortie des pulvérisateurs, ainsi que par la surchauffe de la vapeur pro- duite tant directement à la sortie des pulvérisateurs que lors de la vapo- risation du liquide entraîné.
On voit ainsi que la quantité de chaleur extraite par unité de poids de liquide évaporé est plus grande qu'avec le système à circulation sur la totalité de la surface d'échange et évaporisation dans le réservoir, tel qu'il a été précédemment décrit. En effet avec ce système, la quanti- té de chaleur prélevée dans le liquide est strictement égale à sa chaleur latente de vaporisation à la pression ambiante. Si l'on prend comme base cette quantité de chaleur et si, d'autre part, on tient compte qu'une quan- tité de 10 à 20% de liquide non vaporisé se trouve inévitablement entraîné par la vapeur vers l'orifice d'évacuation quels que soient les dispositifs pratiques employés pour récupérer ce liquide, on définit alors un rendement d'utilisation du liquide variant de 0,8 à 0,9.
La disposition de la fig. 7 permet de prélever sur le liquide une quantité de chaleur égale, comme précédemment, à la chaleur de vaporisa- tion, à laquelle s'ajoute celle correspondant à l'échauffement de la vapeur dans la partie du faisceau extérieure au boîtier 13. De plus, la surchauf- fe de la vapeur régnant dans cette partie du faisceau rend impossible le départ, vers l'orifice d'évacuation, de liquide non vaporisé. On peut éga- lement tenir compte du fait qu'en raison des conditions d'application,le liquide, contenu dans le réservoir 141 qui peut être calorifugé, arrive au boîtier 13 à sa température de stockage inférieure à la température d'ébul- lition à la pression ambiante, ce qui apporte une marge supplémentaire d'é- chauffement du liquide dans le boîtier 13.
Le rendement d'utilisation du liquide, défini plus haut, est donc ainsi supérieur à l'unité et, suivant les températures choisies, peut atteindre la valeur 1,04 par exemple. L'a- gent moteur assurant le déplacement du liquide peut être l'air comprimé pris au compresseur du réacteur si un tel appareillage existe, ou une bouteille d'air comprimé, qui agit sur le liquide contenu dans un réservoir 1410
Suivant la disposition choisie, la nature du liquide utilisé, et/ ou s'il est nécessaire d'alimenter le faisceau sans interruption pour tou- tes les incidences de vol, la pression de l'air peut s'exercer directement sur la surface libre du liquide contenu dans le réservoir 141, comme cela est représenté, ou bien cette pression de l'air peut s'exercer par l'inter- médiaire d'une membrane souple déformable,
telle qu'une vessie en caoutchouc qui pousse le liquide à la manière d'un piston.
De nombreux autres moyens pour la mise en circulation du liquide peuvent d'ailleurs être envisagés.
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La mise en fonctionnement de l'appareil peut être effectuée au- tomatiquement, comme décrit ci-dessus, en utilisant par exemple, une car- touche fusible.
Comme cela ressort de ce qui précède, le fonctionnement de l'in- stallation suivant l'invention est extrêmememt souple puisque, pour certai- nes vitesses de l'avion ou autres engins, il est possible d'utiliser seule- ment l'échangeur primaire 3 décrit en référence à la fig. 1, l'air passant ensuite dans le faisceau 12 sans y être de nouveau refroidi puisque la pom- . pe 19 ou l'injecteur 29 ne sont pas mis en fonctionnement, étant donné que la mise en route de ces derniers organes n'intervient que lorsque la vitesse de l'engin dépasse une valeur déterminée.
Cette disposition est particulièrement intéressante sur des avions ou engins d'interception qui n'atteignent leur vitesse maximum que pendant des laps de temps très réduits et qui, ensuite, ralentissent considérable- ment pour réduire la consommation de carburant, ce qui leur permet d'avoir un rayon d'action relativement important.
Outre le refroidissement de l'air destiné à la cabine ou aux enceintes contenant les appareillages, l'évaporateur peut assurer simulta- nément le refroidissement d'un liquide comme, par exemple, de l'huile de graissage ou le liquide des commandes hydrauliques.
Ce refroidissement du liquide s'effectue dans un échangeur 33, d'un principe connu, constitué essentiellement par des surfaces d'échange séparant le liquide à refroidir, huile ou liquide de transmission, du li- quide refroidisseur contenu dans l'évaporateur.
L'échangeur 33 à liquide peut être placé, soit dans le réservoir 14 de l'évaporateur comme cela est représenté à la fig. 5, soit sur la tuyauterie 20 de refoulement de la pompe de circulation comme le montrent les fig. 1 et 6.
La présente addition n'est pas limitée aux exemples de réalisa- tion représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées, sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS.
1 - Installation pour le refroidissement de fluides divers et plus particulièrement de l'air dans les appareils volant à grande vitesse, caractérisée en ce qu'elle comporte un échangeur à évaporation comprenant un faisceau (12) placé en partie au moins dans une enveloppe (13) commu- nicant, par l'intermédiaire d'un clapet taré (22), avec un réservoir (14) dont l'intérieur est en communication avec l'atmosphère, ce réservoir con- tenant un liquide aspiré par un dispositif (19) qui le refoule dans l'en- veloppe (13) contenant le faisceau échangeur, pour que cette enveloppe soit toujours remplie quelle que soit l'inclinaison de l'ensemble de l'in- stallation.