Machine frigorifique. La présente invention a pour objet une machine frigorifique dans laquelle le fluide de travail reste constamment à l'état gazeux et qui est caractérisée par au moins deux cycles séparés, à chacun desquels est adjoint un récupérateur et dont chacun est parcouru dans une enceinte à volume variable comprise entre deux pistons coulissant dans deux cylin dres distincts, le piston d'un de ces cylindres séparant la chambre chauffée correspondant à l'un de ces cycles de la chambre refroidie cor respondant à l'autre. Les cycles de cette ma chine peuvent être ouverts ou fermés.
Un des avantages offerts par la présente invention est que la machine selon cette inven tion peut être construite de façon plus simple que les machines connues de ce genre avec plusieurs cycles thermodynamiques. Du fait. que les chambres chauffée et refroidie de chaque cycle se trouvent dans des cylindres distincts, la construction des organes mobiles de la machine peut être plus simple que dans une machine monocylindrique à un seul cycle, car, grâce à cette particularité, il est possible de n'utiliser pour chaque cylindre qu'un seul. mécanisme de bielle et manivelle, par exemple, ou bien qu'une seule liaison à un mécanisme à disque de nutation par exemple.
Le dessin montre, à titre d'exemple, deux ormes d'exécution de la machine selon l'in vention.
La<U>fi-.</U> 1 montre, schématiquement., une première forme d'exécution, et la fig. '? montre la deuxième forme d'exé cution.
La machine représentée à la fig. 1 présente un vilebrequin 142 muni de quatre manivelles 138, 139,140 et 141. Chacune de ces manivelles est accouplée à une bielle 151, une tige de piston 150 et un piston 149. L'articulation entre chaque bielle 151 et la tige de piston correspondante 150 est guidée dans une crosse 1.47. Les quatre pistons 149 se déplacent dans des cylindres 131, respectivement 132, 133 et 134. Chacun de ces cylindres est entouré d'un réchauffeur 135, d'un récupérateur 136 et d'un réfrigérant 137 qui sont parcourus par le gaz renfermé dans les cylindres. L'évacua tion de la chaleur du fluide à refroidir, par exemple l'air d'une armoire frigorifique, s'effectue à l'aide d'ailettes présentées par les parois des réchauffeurs 135.
L'air à refroidir lèche les nervures 152 des quatre cylindres et cède de la chaleur à ces nervures. Dans chaque cycle, la chaleur est transmise au gaz par le réchauffeur 135. Après l'absorption de la cha leur, le gaz est comprimé par le déplacement du piston, de sorte que sa température aug mente. Les gaz plus chauds viennent en con tact avec le réfrigérant 137 et, à travers ce réfrigérant, ils cèdent de la chaleur à de l'eau contenue dans la chemise 153. Cette chemise, avec l'eau de réfrigération, entoure l'ensemble clés quatre cylindres, de sorte qu'il suffit d'une seule pompe d'alimentation. Les ailettes 153 sont. également solidaires des têtes des quatre cylindres 131, 132, 133 et 1.31.
Ceci implique donc que toute la partie supérieure de la machine, c'est-à-dire la partie opposée au vilebrequin, sert au refroidisse ment du fluide à refroidir. Il est, par exemple facile de disposer ces quatre têtes de cylindre dans l'enceinte à refroidir elle-même en fai sant en sorte que le reste de la machine se trouve hors de cette enceinte. Les récupéra teurs 136 peuvent être disposés dans la paroi de l'enceinte à refroidir et ainsi constituer une partie de l'isolement thermique de cette enceinte. On peut souffler l'air à. refroidir entre les ailettes 152 dans cette enceinte à l'aide d'un ventilateur.
Comme le montre le dessin, le réfrigérant du cylindre 131 communique, par une tus au- terie 151, avec l'enceinte située sous le piston dans le cylindre 132. Il en est de même pour les réfrigérants des cylindres 132, 133 et 131 qui communiquent respectivement par les tuyauteries 155, 156 et 157 avec les enceintes formées sous le piston des cylindres 133, 131 et 131. L'espace au-dessus de chaque piston communique immédiatement. avec le réchauf feur 135 qui entoure le cylindre considéré et constitue la chambre chauffée du cycle cor respondant.
Une chambre chauffée 190, située # -tu -dessus d'un piston 119, constitue, ensemble avec le réchauffeur 135, le récupérateur 136 et le réfrigérant 137 du cylindre correspon dant, par exemple du cylindre 1.31, et, avec la, chambre refroidie 193 située sous le piston 119 d'-un autre cylindre, par exemple du cylindre 1.32, une enceinte fermée dans laquelle le gaz est forcé de parcourir le cycle décrit. Le vo lume de cette enceinte est compris entre deux pistons coulissant dans deux cylindres.
Ces pistons sont reliés à deux manivelles qui for ment entre elles un angle de 900. Les pistons se meuvent donc avec un certain déphasage; pour le sens de rotation de la machine indiqué par la flèche 159, qui est celui des aiguilles d'une montre en regardant depuis le moteur 14.5, la variation de volume de la chambre<B>193</B> est décalée en avant par rapport à celle de la chambre 190. On voit que chaque piston 149 sépare la chambre chauffée 190 d'un cycle de la chambre refroidie 193 d'un autre cycle.
La machine friggorifique décrite fonctionne de la manière suivante: Les chambres 190 de chaque cylindre renferment une certaine quantité de gaz. Après que le piston a atteint le point mort supérieur, comme c'est le cas dans le cylindre 133, il se produit, dans cette chambre, une détente, ce qui provoque -Lui refroidissement du -az contenu dans cette chambre. De ce fait, ce gaz peut absorber de la chaleur du fluide à refroidir par l'intermé diaire du réchauffeur 135 et des ailettes 152.
Pendant l'agrandissement consécutif de la chambre refroidie 193, ee gaz, qui a absorbé de la chaleur, traverse un @ récupérateur 136 et un réfrigérant<B>137</B> pour se diriger vers la chambre refroidie 193. Dans cette chambre, ce gaz est ensuite comprimé, de sorte que sa température augmente. En même temps, le gaz est reconduit, par le réfrigérant 137, vers la chambre chauffée 190. Cependant, dans le réfrigérant 137, le gaz cède la chaleur au liquide réfrigérant ambiant dans la chemise 13 et revient donc dans la chambre chauffée 190,à une température plus basse.
Dans cette chambre, il se produit une nouvelle détente, de sorte que le gaz se refroidit et est de nou veau à même d'absorber de la chaleur, ete. Ce mouvement. du gaz s'effectue dans deux cylin dres différents, sous l'effet de deux pistons qui se meuvent avec un décalage de 900. Ce déca lage peut varier pour différentes constructions (le la machine de 60() -1300. Dans un cylin dre déterminé se déroule une partie de cha cun de deux cy cles, qui sont ainsi décalés de 1800.
Les quatre cylindres se trouvent sur un carter commun 158. Le vilebrequin 1-l2, avec les quatre manivelles décalées entre elles de 900, est supporté dans ce carter par cieux pa liers 143 et 111. Ce carter renferme aussi le moteur électrique 145 qui entraîne la ma chine frigorifique, moteur dont les conduc teurs d'alimentation 116 font des joints étan ches avec 1 < L paroi du carter. Les cylindres sont aussi isolés de faé on étanche du carter, car les tiges de piston 150 sont conduites du couvercle intérieur du cylindre à travers des presse-étoupe 118.
Pour rendre les divers canaux de commu nication 154 à. 157 entre les cylindres et les réfrigérants aussi courts que possible, il est. utile de rapprocher autant que possible ces cylindres. La disposition en ligne des quatre cylindres, telle que montrée sur la figure, offre l'avantage de ne requérir qu'un seul vilebre quin. Trois des quatre canaux de eommuniea- tion, à savoir 1.54, 155 et 156, peuvent être très courts, mais le canal de communication 157 entre le premier cylindre 159 et le réfri gérant<B>137</B> dit quatrième cylindre 131 est alors assez long. On pourrait, dans fuie autre forme d'exécution, améliorer la disposition en pla çant. les cylindres deux à deux, en forme de<B>V,</B> sous un angle de 900.
Il suffit alors d'un vile brequin à deux manivelles, mais sur chaque bouton de manivelle sont alors articulées deux têtes de bielle. La forme d'exécution la plus simple est celle dans laquelle les cylindres sont. disposés en carré et dans laquelle l'en- traînement des pistons est assuré par un méca nisme à disque de nutation. Dans ce dernier cas, les quatre canaux de communication peu vent être extrêmement courts. De plus, la ronstruetion de chaque cylindre peut alors être la même, ce qui est particulièrement avantageux pour la fabrication en grande série.
Il est aussi possible de réaliser une forme d'exécution de la machine comprenant trois cycle et trois cylindres, dans laquelle chaque piston sépare la chambre chauffée d'un cer tain cycle de la chambre refroidie d'un autre cycle. Dans ce cas, les trois pistons pourraient être reliés à trois manivelles décalées de 1201) d'un vilebrequin. Pour le reste, la construction de cette forme d'exécution sera analogue à celle de la machine de la fi- 1.
La fig. '_' montre une forme d'exécution à ('eux cycles et à trois cylindres. Dans un cylin dre 161 se déplace un piston 163; clans deux autres cylindres 162 et 186 se trouvent deux pistons<B>167</B> et 169. La tige de piston 168 tra verse un presse-étoupe 188. Les deux cylindres 161 et 162 sont entourés d'un réchauffeur 177, d'un récupérateur 178 et d'un réfrigérant 179 qui sont parcourus par le gaz qui effectue le cycle. Les parois des deux réchauffeurs sont munies d'ailettes<B>180,</B> également reliées aux têtes des cylindres 161 et 162 et léchées par le fluide à refroidir.
Un cycle se déroule dans la chambre chauffée 181, le réchauffeur, le récu pérateur et le réfrigérant. du cylindre 161, le canal de communication 183 et le volume va riable du cylindre 186 constituant la chambre refroidie de ce cycle. Le volume du gaz par courant ce cycle est enfermé entre les pistons 163 et 169. L'autre cycle se déroule dans le volume variable 187 du cylindre 162, consti tuant la chambre chauffée de ce cycle, le ré chauffeur, le récupérateur et le réfrigérant du cylindre 162 et la chambre refroidie 185 du cylindre 161. Le volume de gaz parcourant ce second<I>cycle</I> est enfermé entre les pistons <B>163</B> et 167. On voit que le piston 163 sépare la chambre chauffée 181 du premier cycle de la chambre refroidie 185 du second.
La tige du piston 163, qui se déplace dans le cylindre 161, traverse le couvercle inférieur de ce cylin dre à travers un presse-étoupe 189.
Le piston 163 est commandé, par l'inter médiaire d'une tige de piston 161 et d'une bielle 166, par la manivelle<B>172</B> d'un vilebre quin 171 qui porte, en même temps, la mani velle 173 entraînant les pistons 167 et 169, rigidement assemblés par la tige de piston 168 et commandés par la bielle 161. L'articu lation de la bielle 166 et de la tige de piston 161 est guidée par une crosse 165. L'artieu- lion 170 de la bielle 171 se trouve dans le piston 169 qui fait office de guide pour cette articulation. Les deux manivelles 172 et 173 forment entre elles un angle de 900.
La ma chine est entraînée par un moteur électrique 176, dans le sens opposé à celui des aiguilles d'une montre (en regardant depuis le moteur 1.76) indiqué par la flèche 175, de sorte que le piston 163 est décalé de 901) en arrière par rapport aux pistons 167 et 169. Les variations de volume de la. chambre chauffée 184 sont donc décalées de 900 en arrière par rapport à celles de la chambre refroidie 186 correspon dante. De même, la variation de volume de la chambre refroidie 185 est décalée de 900 en avant par rapport à celle de la chambre chauf fée 187 du même cycle.
Refrigerating machine. The present invention relates to a refrigeration machine in which the working fluid remains constantly in the gaseous state and which is characterized by at least two separate cycles, to each of which is added a recuperator and each of which is traversed in a volume chamber. variable between two pistons sliding in two distinct cylinders, the piston of one of these cylinders separating the heated chamber corresponding to one of these cycles from the cooled chamber corresponding to the other. The cycles of this ma chine can be open or closed.
One of the advantages offered by the present invention is that the machine according to this invention can be constructed in a simpler way than known machines of this type with several thermodynamic cycles. Of the fact. as the heated and cooled chambers of each cycle are in separate cylinders, the construction of the moving parts of the machine can be simpler than in a single-cylinder, single-cycle machine, because, thanks to this feature, it is possible to n 'use only one for each cylinder. connecting rod and crank mechanism, for example, or even a single link to a nutation disc mechanism for example.
The drawing shows, by way of example, two execution elms of the machine according to the invention.
The <U> fi-. </U> 1 shows, schematically., A first embodiment, and FIG. '? shows the second form of execution.
The machine shown in fig. 1 has a crankshaft 142 provided with four cranks 138, 139,140 and 141. Each of these cranks is coupled to a connecting rod 151, a piston rod 150 and a piston 149. The articulation between each connecting rod 151 and the corresponding piston rod 150 is guided in a 1.47 stick. The four pistons 149 move in cylinders 131, respectively 132, 133 and 134. Each of these cylinders is surrounded by a heater 135, a recuperator 136 and a refrigerant 137 which are traversed by the gas contained in the cylinders. cylinders. Heat is removed from the fluid to be cooled, for example the air in a refrigerated cabinet, by means of fins presented by the walls of the heaters 135.
The air to be cooled licks the ribs 152 of the four cylinders and transfers heat to these ribs. In each cycle, the heat is transmitted to the gas by the heater 135. After the absorption of heat, the gas is compressed by the displacement of the piston, so that its temperature rises. The hotter gases come into contact with the refrigerant 137 and, through this refrigerant, they give up heat to the water contained in the jacket 153. This jacket, together with the refrigeration water, surrounds the key assembly. four cylinders, so that only one feed pump is needed. The fins 153 are. also integral with the heads of the four cylinders 131, 132, 133 and 1.31.
This therefore implies that the entire upper part of the machine, that is to say the part opposite the crankshaft, is used for cooling the fluid to be cooled. It is, for example, easy to arrange these four cylinder heads in the enclosure to be cooled itself, ensuring that the rest of the machine is located outside this enclosure. Recuperators 136 can be placed in the wall of the enclosure to be cooled and thus constitute part of the thermal insulation of this enclosure. We can blow the air out. cooling between the fins 152 in this enclosure using a fan.
As shown in the drawing, the coolant of cylinder 131 communicates, through a tus au- terie 151, with the enclosure located under the piston in cylinder 132. The same is true for the coolants of cylinders 132, 133 and 131 which communicate respectively by the pipes 155, 156 and 157 with the enclosures formed under the piston of the cylinders 133, 131 and 131. The space above each piston communicates immediately. with the heater 135 which surrounds the cylinder in question and constitutes the heated chamber of the corresponding cycle.
A heated chamber 190, located above a piston 119, constitutes, together with the heater 135, the recuperator 136 and the refrigerant 137 of the corresponding cylinder, for example of cylinder 1.31, and, with the, cooled chamber 193 located under the piston 119 of another cylinder, for example cylinder 1.32, a closed chamber in which the gas is forced to travel through the cycle described. The volume of this enclosure is between two pistons sliding in two cylinders.
These pistons are connected to two cranks which form an angle of 900 between them. The pistons therefore move with a certain phase shift; for the direction of rotation of the machine indicated by arrow 159, which is clockwise when looking from engine 14.5, the variation in the volume of the chamber <B> 193 </B> is shifted forward by compared to that of the chamber 190. It is seen that each piston 149 separates the heated chamber 190 from one cycle from the cooled chamber 193 from another cycle.
The refrigeration machine described operates as follows: The chambers 190 of each cylinder contain a certain quantity of gas. After the piston has reached the upper dead center, as is the case in cylinder 133, there is an expansion in this chamber, which causes -It to cool the -az contained in this chamber. As a result, this gas can absorb heat from the fluid to be cooled via the heater 135 and the fins 152.
During the subsequent expansion of the cooled chamber 193, this gas, which has absorbed heat, passes through a recuperator 136 and a refrigerant <B> 137 </B> to go to the cooled chamber 193. In this chamber, this gas is then compressed, so that its temperature increases. At the same time, the gas is returned, by the refrigerant 137, to the heated chamber 190. However, in the refrigerant 137, the gas gives up heat to the ambient refrigerant liquid in the jacket 13 and therefore returns to the heated chamber 190, at a lower temperature.
In this chamber, a further expansion takes place, so that the gas cools and is again able to absorb heat, ete. This movement. gas takes place in two different cylinders, under the effect of two pistons which move with an offset of 900. This offset may vary for different constructions (the machine of 60 () -1300. In a cylinder dre a given part takes place in each of two cycles, which are thus shifted by 1800.
The four cylinders are on a common crankcase 158. The crankshaft 1-l2, with the four cranks offset from each other by 900, is supported in this crankcase by skies 143 and 111. This crankcase also contains the electric motor 145 which drives. the refrigeration machine, an engine whose supply conduc tors 116 form airtight gaskets with 1 <L of the casing wall. The cylinders are also sealed from the crankcase, as the piston rods 150 are led from the inner cylinder cover through the gland 118.
To make the various communication channels 154 to. 157 between the cylinders and the refrigerants as short as possible it is. useful to bring these cylinders as close as possible. The in-line arrangement of the four cylinders, as shown in the figure, offers the advantage of requiring only one single crankshaft. Three of the four communication channels, namely 1.54, 155 and 156, may be very short, but the communication channel 157 between the first cylinder 159 and the refrigerant <B> 137 </B> called fourth cylinder 131 is then quite long. We could, in another embodiment, improve the arrangement by placing. the cylinders two by two, in the shape of a <B> V, </B> at an angle of 900.
A short crank with two cranks is enough, but on each crank button are then articulated two big ends. The simplest embodiment is the one in which the cylinders are. arranged in a square and in which the pistons are driven by a nutation disc mechanism. In the latter case, the four communication channels can be extremely short. In addition, the ronstruetion of each cylinder can then be the same, which is particularly advantageous for mass production.
It is also possible to realize an embodiment of the machine comprising three cycles and three cylinders, in which each piston separates the heated chamber of a certain cycle from the cooled chamber of another cycle. In this case, the three pistons could be connected to three cranks staggered 1201) of a crankshaft. For the rest, the construction of this embodiment will be similar to that of the machine of the fi- 1.
Fig. '_' shows an embodiment with ('them cycles and three cylinders. In a cylinder 161 moves a piston 163; in two other cylinders 162 and 186 there are two pistons <B> 167 </B> and 169. The piston rod 168 passes through a stuffing box 188. The two cylinders 161 and 162 are surrounded by a heater 177, a recuperator 178 and a refrigerant 179 which are traversed by the gas which performs the cycle. The walls of the two heaters are provided with fins <B> 180, </B> also connected to the heads of the cylinders 161 and 162 and licked by the fluid to be cooled.
A cycle takes place in the heated chamber 181, the heater, the recuperator and the refrigerant. of the cylinder 161, the communication channel 183 and the variable volume of the cylinder 186 constituting the cooled chamber of this cycle. The volume of the gas per current in this cycle is enclosed between the pistons 163 and 169. The other cycle takes place in the variable volume 187 of the cylinder 162, constituting the heated chamber of this cycle, the reheater, the recuperator and the refrigerant. cylinder 162 and the cooled chamber 185 of cylinder 161. The volume of gas traversing this second <I> cycle </I> is enclosed between the pistons <B> 163 </B> and 167. It is seen that the piston 163 separates the heated chamber 181 of the first cycle of the cooled chamber 185 of the second.
The piston rod 163, which moves in the cylinder 161, passes through the lower cover of this cylinder through a gland 189.
The piston 163 is controlled, through the intermediary of a piston rod 161 and a connecting rod 166, by the crank <B> 172 </B> of a crankshaft that 171 which carries, at the same time, the crank 173 driving the pistons 167 and 169, rigidly assembled by the piston rod 168 and controlled by the connecting rod 161. The articulation of the connecting rod 166 and the piston rod 161 is guided by a stick 165. The axle - lion 170 of the connecting rod 171 is located in the piston 169 which acts as a guide for this joint. The two cranks 172 and 173 form an angle of 900 between them.
Machine is driven by electric motor 176, counterclockwise (looking from motor 1.76) indicated by arrow 175, so piston 163 is shifted 901) back relative to the pistons 167 and 169. The volume variations of the. heated chamber 184 are therefore offset by 900 behind relative to those of the corresponding cooled chamber 186. Likewise, the variation in volume of the cooled chamber 185 is shifted by 900 forward with respect to that of the fairy heated chamber 187 of the same cycle.