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Procédé de réfrigération à vapeur froide à circuit fermé L'objet de la présente invention est un procédé de réfrigération à vapeur froide à circuit fermé, caractérisé en ce qu'afin de faire passer le fluide réfrigérant de l'évaporateur dans le condenseur on entretient une onde de pression stationnaire dans une colonne de fluide réfrigérant contenue dans le condenseur en faisant agir sur l'extrémité amont de cette colonne un piston animé d'un mouvement de va-et-vient,
en opérant de telle façon que la partie basse pression de l'onde parvienne au piston au commencement du mouvement de retrait de celui-ci et en ce qu'à ce moment on établit une communication entre l'évaporateur et la zone de basse pression située dans le condenseur immédiatement en aval du piston.
Le dessin illustre, à titre d'exemple, une forme d'exécution du procédé selon l'invention, ainsi que deux variantes.
La fig. 1 est un schéma d'un appareil servant à la mise en aeuvre de cette forme d'exécution.
La fi-. 2 est une coupe verticale, à plus grande échelle, du dispositif de pompage de cet appareil.
La fig. 3 est une coupe verticale, à plus grande échelle, du dispositif détendeur.
La fig. 4 est une vue, analogue à la fig. 3, d'une autre forme de variante du dispositif détendeur.
La fig. 5 est une représentation schématique d'une variante de l'appareil de la fig. 1.
L'appareil représenté schématiquement à la fi-. 1 comporte un dispositif détendeur 10, un dispositif de pompage 12 assurant la circulation du fluide réfrigérant, un évaporateur 14 et un condenseur 16.
L'évaporateur 14 consiste en un ensemble de serpentins d'évaporation 18 en contact thermique avec un fluide devant être refroidi, par exemple l'air contenu par un dispositif réfrigérateur. Les serpendins d'évaporation 18 de l'évaporateur sont reliés par un conduit 20, avec le dispositif de détente 10 et par un autre conduit 22 avec le côté d'admission du dispositif de pompage. Le condenseur 16 comprend un conduit 24 qui reçoit le fluide réfrigérant transféré par le dispositif de pompage 12 et est relié au serpentin de condensation 26 en contact thermique avec un milieu de refroidissement. Le serpentin de condensation 26 est relié par un conduit 28 au côté d'admission du dispositif de détente 10.
Le dispositif de pompage 12 comprend (fig. 2) un corps cylindrique dans lequel est logé un piston coulissant 32 qui est relié avec l'arbre à manivelle 30 qui lui imprime un mouvement alternatif. Ce piston présente, à son extrémité antérieure, un prolongement cylindrique creux 34 qui traverse un anneau d'étanchéité 36 disposé contre une nervure annulaire 38 en saillie à l'intérieur du cylindre. L'extrémité extérieure ouverte du prolongement cylindrique 34 est fermée par une soupape 40 dont la tige 42 coulisse dans un manchon de guidage 44 porté par un croisillon 46 monté sur la paroi intérieure du prolongement 34.
Un ressort de tension 48 est attaché à la soupape 40 et au croisillon 46 pour maintenir fermée de manière élastique la soupape 40 sur le siège pratiqué à l'extrémité du prolongement cylindrique 34.
La partie principale du piston 32 présente un canal 50 qui se termine par un orifice 52 communiquant avec l'orifice 54 ménagé dans la paroi du corps de pompe 12 et avec lequel l'extrémité du conduit 22 communique. L'orifice 52 reste continuellement en communication libre avec l'orifice 54 pendant toute la course du piston 32 lors du mouvement de va-et-vient qui lui est imprimé par le vilebrequin 30.
En fonctionnement normal, le mouvement alternatif du pison 34 entretient, dans la colonne de fluide réfrigérant que contient le condenseur 16, une onde de pression stationnaire. La fréquence des oscillations du piston est choisie de façon que la partie basse pression de l'onde parvienne à la soupape 40 au moment où le piston 34 commence son mouvement de retrait, de sorte que la
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soupape s'ouvre et laisse passer le fluide réfrigérant de la conduite 22 de l'évaporateur dans la chambre 56 et de là dans la conduite 24 du condenseur par les orifices 54 et 52 et le canal 50.
Le fluide réfrigérant liquéfié dans le condenseur parvient par le conduit 28 au dispositif de détente 10 à travers lequel le réfrigérant est déchargé dans l'évaporateur.
Le dispositif de détente 10 (fig. 3) comprend un piston 60 guidé dans l'extrémité du conduit 28 et présentant une tête 62 de plus grand diamètre guidée dans une chambre faisant suite au conduit 28. Un canal axial 64 traverse le piston 60 et sa tête 62. L'extrémité de la chambre opposée à celle qui communique avec le conduit 28 est taraudée en 66 et fixe de façon amovible le conduit 20 de l'évaporateur 14 et .reçoit également par vissage une couronne 68 munie d'un croisillon qui supporte un pointeau 70, présentant une partie de diamètre uniforme 72 adjacente au croisillon, et une extrémité effilée 74 engagée dans l'alésage 64.
Des ressorts de compression 76 et 78 s'appuient contre les côtés opposés de la tête de piston 62 pour maintenir le piston 60 élastiquement en position médiane, ces -essorts coopérant avec des saillies de retenue 80 et 82 présentées respectivement par une paroi d'extrémité de la chambre et par la couronne 68, et avec des saillies de retenue 84 et 86 sur les côtés opposés de la tête 62 du piston.
La position axiale du piston 60 par rapport au pointeau 70 détermine l'aire de passage effective pour le fluide. La partie de diamètre uniforme 72 du pointeau arrête sensiblement la totalité de l'écoulement par l'alésage 64 lorsque le piston 60 est déplacé sur une distance convenable vers la droite. tandis que, lorsque le piston est déplacé vers sa gauche sur une distance suffisante, l'aire de passage effective augmente progressivement à mesure que la partie à section décroissante 74 du pointeau 70 sort de l'alésage 64.
Sous l'effet de l'onde de pression stationnaire entretenue dans la colonne de fluide contenue dans le con- denseur, le piston 60 effectue un mouvement alternatif, ce qui fait ainsi varier périodiquement l'aire d'ouverture de l'alésage 64.
Ainsi, le fluide réfrigérant passe périodiquement du condenseur à l'évaporateur à travers l'étranglement formé par l'alésage 64 et le pointeau 70 lorsque la partie basse pression de l'onde stationnaire entretenue dans la colonne de fluide contenue dans le condenseur parvient au piston 60. Les mouvements du piston 60 engendrent en même temps une onde de pression stationnaire dans l'évaporateur.
On a trouvé que le maintien d'une onde de pression stationnaire, aussi bien dans le condenseur que dans l'évaporateur, a pour résultat une augmentation de l'échange thermique entre l'évaporateur et le fluide à refroidir, d'une part, et entre le condenseur et le fluide de refroidissement d'autre part.
Le procédé décrit peut, par exemple, utiliser les fréons, comme fluide réfrigérant.
Dans le procédé décrit, on s'arrange pour que la partie haute pression de l'onde stationnaire entretenue dans l'évaporateur atteigne l'orifice 54 au moment de l'ouverture de la soupape 40 afin que la vapeur soit introduite plus facilement dans la zone de raréfaction adjacente à la tête du piston. Dans la variante à laquelle se rapporte la fig. 4, la détente entre le condensateur et l'évaporateur s'effectue par un orifice d'étranglement 94.
Le conduit 28 reliant le condenseur aboutissant à l'évaporateur se termine par une extrémité 96 dont les parois convergent vers l'intérieur de manière qu'elles constituent une surface qui focalise l'onde de pression entretenue dans le condenseur sur l'orifice 94, de manière à engendrer et entretenir une onde de pression stationnaire dans l'évaporateur.
L'appareil représenté à la fig. 5 comprend un dispositif détendeur 10 et deux dispositifs de pompage 100, entraînés par un vilebrequin 102 avec un décalage de phase de 180". Un condenseur 16 est relié à chacun des dispositifs de pompage 100, tandis qu'un seul évaporateur 14 est monté entre le dispositif détendeur 10 et les deux dispositifs de pompage 100.
L'évaporateur comprend le serpentin d'évaporation 18, relié au côté de décharge du dispositif détendeur 10 par le conduit 20, tandis que le conduit 22 reliant le serpentin 18 de l'évaporateur au côté d'admission des dispositifs de pompage 100 communique avec deux conduits 106 reliés chacun au côté d'admission de l'un des dispositifs de pompage.
Chaque condenseur 16 comprend un serpendin 26 et ces serpentins ont leurs extrémités de décharge 104 reliées entre elles, et communiquant librement avec le conduit 28 relié au côté d'admission du dispositif de détente 10.
Comme représenté par les flèches à la fig. 5, on obtient une circulation unidirectionnelle du fluide réfrigérant, la vapeur sortant de l'évaporateur étant distribuée par les conduits 104 aux deux dispositifs de pompage, le fluide liquéfié dans les condenseurs passant ensuite par les conduits 106, au conduit 28.
Les ondes de pression stationnaires entretenues par les dispositifs de pompage 100, identiques aux dispositifs de la fig. 2, dans les colonnes de fluide contenues dans les condenseurs, sont déphasées de 180 , et par conséquent s'annulent mutuellement à la jonction des conduits 106, de sorte qu'il n'existe pas d'onde de pression dans le conduit 28.