Echangeur de chaleur, plus spécialement applicable aux machines frigorifiques à air. Cette invention est relative à un échangeur de chaleur applicable aux machines frigori fiques à air, dans lesquelles une masse d'air jouant le rôle d'intermédiaire ou agent fri- gorifére est soumise alternativement à une compression et à une détente suivant un cycle fermé. Une machine de ce genre comprend nue chambre dans laquelle l'air est comprimé et une chambre dans laquelle l'air se détend.
Entre ces deux chambres, l'air passe à tra vers un échangeur de chaleur servant à trans mettre la chaleur de l'air comprimé à une masse de fluide réfrigérant, à travers un ré générateur servant à maintenir une différence de température entre l'air qui y pénètre et l'air qui en sort, et à travers un échangeur de chaleur servant à transmettre la chaleur d'un fluide à refroidir à l'air détendu.
Etant donné que le volume des espaces d'air des échangeurs de chaleur et du ré générateur est constant et que ce volume est interposé entre les chambres de compression et d'expansion, il constitue ce qui peut être considéré comme un espace mort, et il est évident que pour obtenir une action frigori fique assez grande, il faut que cet espace mort soit faible en comparaison du déplace ment du piston. En outre, une grande sur face de transmission doit être exposée à l'air pour transmettre la chaleur de ladite surface à l'air ou de l'air à ladite surface.
Le but de l'invention est d'établir un échangeur de chaleur qui contienne un petit volume d'air, qui comporte une grande sur face exposée à l'air, qui soit facile et bon marché à fabriquer, qui transmette efficace ment la chaleur d'un fluide à l'autre et qui, en même temps, ne comporte que le mini mum de joints à maintenir étanches entre les deux fluides.
Ce but est réalisé en construisant les échangeurs de chaleur de faon qu'ils com portent deux chambres ayant une paroi com mune. Dans chaque chambre, on prévoit une série de lames métalliques allant en s'éloignant de la paroi commune aux deux chambres. De cette façon, une grande surface est ex posée par les surfaces des lames, la chaleur du fluide est facilement absorbée et, en même temps, la chaleur est conduite par les lames à la paroi, à travers celle-ci et dans les lames situées de l'autre côté de la paroi, oit elle est abandonnée à l'autre fluide circulant sur lesdites lames.
Une forme d'exécution de l'objet de l'in vention est représentée, à titre d'exemple, au dessin annexé dans lequel: La fig. 1 est une coupe longitudinale verticale d'une machine frigorifique à air comportant des échangeurs de chaleur; La fig. 2 est un plan de l'organe con tenant l'échangeur de chaleur servant à ab sorber la chaleur de l'air comprimé, la partie supérieure étant arrachée sur une fraction de la circonférence; La fig. 3 est une coupe fragmentaire hori zontale, à plus grande échelle, de l'échangeur de chaleur suivant 3-3, fig. 1;
La fig. 4 est une coupe verticale, égale ment à plus grande échelle suivant 4-4, fig. 2.
On décrira d'abord le fonctionnement de la machine pendant une révolution du vile brequin en se référant à la fig. 1, les mouve ments des pistons étant commandés par le mécanisme que contient le carter.
L'air est comprimé entre un piston com presseur 1 et un piston déplaceur 2. Il est alors transféré par l'intermédiaire d'une lu mière annulaire 3, des espaces compris entre les lames 4 de l'échangeur de chaleur 5, du régénérateur 6 et des espaces compris entre les lames 7 de l'échangeur de chaleur 8 à l'espace situé au-dessus du piston 2 et dans lequel il se détend. L'air est alors ramené, à la pression basse, à l'espace compris entre les deux pistons 1 et 2, par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 8, du régénéra teur 6 et de l'échangeur de chaleur 5.
Dans l'échangeur de chaleur 5, l'air com primé chaud abandonne sa chaleur aux lames 4 qui la transmettent à la paroi 9 par la quelle elle est transmise aux lames 10. Les lames 10 sont entourées par un fluide ré frigérant tel que l'eau qui, arrivant par la chambre annulaire 11., circule par dessus les lames 10 et pénètre dans la chambre annu laire 12. Des tuyaux 25 et 26 (fig. 4) con duisent le fluide réfrigérant à la chambre 11 et hors de la chambre 12 respectivement. Dans l'échangeur de chaleur 8, l'air détendu froid absorbe la chaleur des lames 7 aux quelles la chaleur a été délivrée par la paroi 13 qui l'avait revue des lames 14, qui avaient elles-mêmes été chauffées par le fluide cir culant sur elles.
Ce fluide peut être tout fluide tel que de l'eau salée qu'on désire réfrigérer et peut pénétrer dans l'espace situé au-dessus du cylindre par la lumière 15, cir culer entre les lames 14 et sortir de la ma chine par un tuyau 16 pour se rendre à une chambre (non représentée) qu'on désire re froidir.
Les échangeurs de chaleur 5 et 8 sont de construction très analogue et l'on ne dé crira, par conséquent, que les détails relatifs à l'un d'eux, à savoir à l'échangeur de cha leur 5. Entre la paroi verticale 9 d'un organe annulaire 17 ayant la forme d'un<B>U</B> renversé et un cylindre interne 18 sont disposées dans des plans radiaux de nombreuses lames rai nurées 4 (fig. 2 et 3). Les lames 4 sont pré- férablement en cuivre ou en un autre métal bon conducteur de la chaleur et peuvent être établies en les façonnant par laminage et les découpant ensuite à la longueur convenable.
Un des bords de chacune des lames 4 touche la paroi 9 et l'autre bord touche l'organe cylindrique 18. Les espaces formés dans les lames 4 constituent le chemin parcouru par l'air jouant le rôle d'intermédiaire et les dimensions de ces espaces, en section trans versale, ne dépassent pas 0,38 millimètre par 7,1 millimètres, tandis que la longueur des lames rainurées, dans le sens du mouve ment de l'air, n'est que de 25,4 millimètres. Dans l'exemple de la fig. . 1, il existe 360 laines couvrant chacune un degré de la circon férence.
Sur la surface externe de la paroi 9 s'adapte exactement un organe cylindrique 19, de préférence en laiton ou autre matière bonne conductrice de la chaleur. Des rainures sont fraisées verticalement dans l'organe 1\f, et des lames 10 sont fixées dans lesdites rainures par exemple par soudage. L'organe 19 est utilisé pour faciliter la construction, mais pourrait être supprimé en fixant directe ment les lames 10 à la paroi 9. Le nombre des lames 10 et leurs dimensions dépendent du fluide utilisé comme réfrigérant. Si ce fluide est l'eau, la quantité de surface néces saire est relativement faible, en comparaison avec la surface des lames 4.
Dans tous les cas, la surface nécessaire peut être obtenue facilement, étant donné que les limitations du volume de fluide imposées relativement aux laines 4 ne s'appliquent pas aux espaces entourant les lames 10. L'épaisseur des lames 4 et 10 est choisie de telle sorte que le rapport de leur conductibilité avec leur pou voir d'absorption de chaleur soit tel que toutes les parties des lames possèdent approximative- rn érrt la même température.
Lorsque les lames 4 et les lames 10 sont assemblées sur la paroi 9, l'échangeur de chaleur 5 est prêt à être placé sur la ma chine. La paroi 5 et la paroi 22 de l'échan geur de chaleur 9 s'adaptent dans des rai nures annulaires formées dans le carter 20 concentriquement au cylindre. Des garnitures annulaires 21 et 23 en matière appropriée, par exemple en caoutchouc, assurent l'étan chéité des joints entre les parois 9 et 22 et le carter 20 dans un but de protection contre les fuites. La paroi interne du cylindre 18 s'emboîte exactement sur la chemise 24 du cylindre.
Le régénérateur 6 est monté au sommet de l'échangeur de chaleur 5 de telle manière que l'ouverture qui débouche dans le régénérateur coïncide avec les lames 4 et que ses parois fassent joint d'une façon étanche avec la paroi 9 et la chemise 24 du cylindre. Les échangeurs de chaleur de l'autre cylindre de la machine de la fig. 1 sont les mêmes que ceux du cylindre décrit. Il res sort de la description qu'il existe une paroi séparant les deux fluides entre lesquels on désire échanger la chaleur, et qu'il n'existe que quatre joints dont il faut assurer l'étan chéité. Ces quatre joints sont tous circulaires et plats et, par conséquent, faciles à munir de garnitures d'étanchéité.
On remarquera ën outre qu'une grande surface est exposée aux fluides avec un volume de métal et de fluide minimum. Comme la vitesse de la machine peut atteindre 250 tours par minute, un cycle d'opérations complet a lieu en moins d'un quart de seconde, et les caractéristiques de cette invention rendent possible d'établir une machine industrielle compacte et de fonctionnement efficace et économique.
D'une façon génzrale, l'invention consiste en une série de lames exposant une grande surface à' un fluide, une paroi de surface relativement faible séparant ce premier fluide d'un second et une série de lames exposant une grande surface #àu second fluide, les lames étant toutes disposées par rapport à la paroi de séparation d'une manière propre à assurer la conduction de chaleur.
Dans la transmission de la chaleur du premier fluide au second, la chaleur est: 1 absorbée par les lames exposées au premier fluide; 2 trans mise par conduction à la paroi séparant les deux fluides; 3 transmise par conduction à travers la paroi séparant les deux fluides; 4 transmise par conduction aux éléments exposés au second fluide; et 5 abandonnée au second fluide par les lames exposées à ce fluide.