CH403812A - Machine à froid de petites dimensions - Google Patents

Description

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 Machine à froid de    petites      dimensions   Il existe, particulièrement dans l'industrie électronique et dans la technique d'isolement par air un besoin très pressant pour un dispositif de réfrigération de petites dimensions et permettant d'obtenir des températures voisines de    100    K ou même plus basses. 



  La présente invention a pour objet une machine à froid de petites dimensions fonctionnant suivant le cycle de Stirling, des recherches effectuées dans ce domaine ayant montré que ce cycle convenait particulièrement dans le cas de machines de petites dimensions devant fonctionner à basse température. 



  Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la machine objet de l'invention Les    fig.   1 à 3 sont des diagrammes explicatifs et la    fig.   4 est une coupe en perspective de cette forme d'exécution. 



  Le cycle de Stirling selon lequel la machine fonctionne est bien connu. La    fig.   2 représente le diagramme    P.V.   théorique de ce cycle. Toutefois, par suite du mouvement sensiblement harmonique des pistons de la machine    (fig.   1) le cycle réalisé est quelque peu modifié comme le montre le diagramme    P.V.   de la    fig.   3. 



  La machine représentée comprend un moteur électrique 1 dont l'arbre est accouplé à une boîte 2 de réduction de vitesse. L'arbre 3 de vitesse réduite sortant de la boîte de vitesse est relié à une extrémité d'un vilebrequin 4 dont l'autre extrémité 5 est montée dans un palier 6 logé dans un carter cylindrique 7 étanche à l'air dont l'extrémité 8 est fixée à la boîte 2. Les manivelles 9 et 10 du vilebrequin 4 sont reliées à des bielles 11 et 12 entraînant les pistons 14 et 18 respectivement, les manivelles présentent un angle de déphasage d'environ    90 .   Un cylindre de    compression   13 vient en saillie perpendiculairement sur la paroi latérale du carter 7, et un piston 14 coulisse dans ce cylindre et est articulé à l'extrémité de la bielle 11.

   Le gaz    comprimé   par le piston 14 traverse une tête perforée 15 et un régénérateur 16 monté sur le bout du    cylindre   13. Le régénérateur 16    est   rempli d'un treillis    métallique,   par exemple de la    laine      métallique.   



     Egalement   en saillie    perpendiculaire   sur la paroi latérale du    carter   7, et immédiatement à côté et parallèlement au    cylindre   13, est monté un cylindre détendeur 17 dans lequel coulisse un piston de détente 18 articulé à l'extrémité de la bielle 12. Le gaz sortant du régénérateur 16 passe à travers un tube 19 qui aboutit à l'extrémité 20 du cylindre détendeur 17. Le gaz passe ensuite du tube 19 à travers une culasse perforée 21 sur son    chemin   vers le cylindre 17.

   La culasse 21 est en contact avec une masse 22 d'un métal hautement conducteur de la    chaleur   à laquelle est fixé, par l'intermédiaire d'une    calotte   taraudée, un câble métallique    flexible   24 bon conducteur de la chaleur qui aboutit à l'article ou l'appareil à réfrigérer. 



  Des ailettes de refroidissement 25 servent à dissiper la chaleur de compression. La partie extérieure du cylindre 17 avec sa culasse 20 et la masse 22, le câble 24 et le régénérateur 16 sont isolés    thermique-      ment   à l'aide d'un isolement 26. 



  Le carter 7 présente un raccord de remplissage 27 pour l'introduction du gaz de    travail,   hydrogène ou hélium, à une pression d'environ 30    atmosphères.   Une soupape à pointeau 28 sert à fermer le    raccord   27. Un câble    flexible   29 et    une   fiche 30 relient le moteur 1 à une    source   d'énergie    électrique,   non représentée. 

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 La capacité des deux cylindres est à peu près égale et chaque piston présente des segments de piston et des segments d'étanchéité à l'huile. La    partie   extérieure 31 du piston de détente 18 constitue un prolongement calorifugé, en ménageant un faible jeu entre lui et la paroi du cylindre 17. 



  Voici comment fonctionne la machine décrite Le piston compresseur 14 amorce sa course vers    l'extérieur   pour comprimer le gaz dans le cylindre 13, alors que le piston détendeur 18 se trouve dans la    partie   la plus extérieure de sa course (phase I à la    fig.   1, et trajet A à B sur le diagramme de la    fig.   2). La chaleur de compression est dissipée par les ailettes 25. 



  Le    piston   compresseur 14 poursuivant sa course vers l'extérieur, le    piston   détendeur 18 amorce sa course vers l'intérieur, de sorte que le gaz comprimé du cylindre 13 passe à travers les nombreux passages ménagés dans la tête perforée 15, si bien qu'on obtient une transmission de chaleur    maximum   avec une chute de pression minimum. Le gaz, en passant par le régénérateur 16, est refroidi par celui-ci à la température inférieure du cycle et ensuite emprunte le tube 19, en s'écoulant au-delà de l'extrémité froide 20 et de la tête perforée 21 pour aboutir dans le cylindre 17 où le piston 18 est déjà sur sa course vers l'intérieur.

   Ainsi le gaz est transféré sous un volume à peu près constant entre les deux cylindres (phase II de la    fig.   1 et trajet B à C à la    fig.   2). 



  Le piston détendeur 18 continuant à se mouvoir vers l'intérieur, le gaz se détend en soutirant de la chaleur à la température inférieure du cycle à la masse 20 par la culasse 21 (phase III à la    fig.   1 et trajet C à D à la    fig.   2). Ensuite, alors que le piston compresseur 14 se déplace vers l'intérieur, le piston détendeur 18    effectue   sa course vers l'extérieur et le gaz du cylindre 17 passe    dans   le cylindre 13 par le tube 19 et le régénérateur 16 qui lui restitue la chaleur absorbée lors du    transfert   de la phase II. Le gaz passe d'un cylindre à l'autre sous un volume à peu près constant (étage IV à la    fig.   1 et trajet D à A à la    fig.   2). 



  Le moteur 1 peut être à vitesse variable pour permettre le réglage de la température de réfrigération. 



  Pour des cylindres de compression et de détente de volume égaux ayant un alésage de 12,7 mm et une course de 12,7 mm, la puissance maximum. requise à l'arbre est d'environ 75 watts. La machine    décrite   est capable de fonctionner à une température de la tête de refroidissement comprise entre 30  C et -1800 C. A ces dernières températures, la puissance de réfrigération est de 1 watt. Avec cette    construction,   le volume mort    effectif   est inférieur à 0,25 fois le volume    effectif   du cylindre de compression, alors que le rendement du régénérateur est de 93 % ou même plus grand. Le carter et les cylindres peuvent être construits en acier inoxydable mince, tandis que l'extrémité froide 20 et le conducteur flexible 24 peuvent être en cuivre.

   Le bourrage dans le régénérateur 16 est en laine de cuivre revêtue de plomb. L'utilisation d'alliages légers, tels que l'aluminium, le magnésium et/ou le béryllium, ou de leurs alliages n'est cependant pas exclue.

Claims (1)

1. REVENDICATION Machine à froid de petites dimensions fonctionnant selon le cycle de Stirling, et comprenant un moteur et son arbre qui entraînent un piston de compression et un piston de détente agissant sur un gaz de travail, caractérisée en ce qu'il comprend un carter étanche au gaz, un vilebrequin, dont une extrémité est montée dans une extrémité de ce carter et dont l'autre extrémité est entraînée par le moteur, présentant deux manivelles disposées côte à côte avec un décalage de phase d'environ 90o, des bielles reliant les manivelles au piston compresseur et au piston détendeur, respectivement, un cylindre de compression (13) monté perpendiculairement à la paroi du carter et logeant le piston de compression, un premier organe de conduction de la chaleur (15),

   formant la tête du cylindre de compression, pour améliorer la transmission de la chaleur de compression à la paroi de ce cylindre, des ailettes de refroidissement (25) pour dissiper la chaleur de compression, un cylindre de détente (17) monté sur la paroi du carter parallèlement au cylindre de compression et contenant le piston de détente, un second organe de conduction de la chaleur (21) formant la tête du cylindre de détente, un régénérateur (16) fixé à la tête du cylindre de compression et à travers lequel le gaz passe lors de son transfert d'un cylindre à l'autre, un conduit (19) reliant le régénérateur à l'extrémité du cylindre de détente, un troisième organe de conduction (24) flexible et servant à amener une zone à réfrigérer à la basse température de la tête du cylindre de détente, et des moyens.

   (26) pour isoler thermiquement le régénérateur, le conduit de communication, l'extrémité du cylindre détendeur et le troisième organe de con- duction. SOUS-REVENDICATIONS 1. Machine selon la revendication, caractérisée en ce que le premier organe de conduction est constitué par une masse perforée (15) à travers laquelle passe le gaz comprimé. 2. Machine selon la revendication, caractérisée en ce que le second organe de conduction est constitué par une masse perforée (21), et en ce qu'il présente un espace (20) entre cette masse perforée et le troisième organe de conduction (24) constituant un passage communiquant avec le conduit (19).