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Procédé et dispositifs de gazéification d'acide carbonique solide.
L'invention concerne un procédé et des dispositifs de transformation d'acide carbonique solide, qu'on désignera brièvement ci-dessous par le nom de "glace sèche" usité dans le commerce, en acide carbonique gazeux en évitant la phase liquide et la présence de l'air atmosphérique pendant le fonctionnement.
On connait déjà des dispositifs de refroidissement servant à gazéifier la glace sèche, dispositifs comportant pour la glace sèche, dans leur partie supérieure, un réci- pient fermé pour empêcher l'air extérieur d'entrer et au
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fond duquel est relié un échangeur de chaleur qui a presque toujours la forme d'une conduite en U limitant le dispositif de refroidissement vers l'extérieur et l'isolant. Le gaz acide carbonique dégagé passe dans cette conduite et des- cend d'abord par suite d'une action de thermo-siphon, puis il remonte et il s'échappe dans l'atmosphère par un orifice d'échappement pratiqué dans la partie supérieure de la con- duite en U.
Certains dispositifs de ce genre comportent, entre la partie supérieure de la conduite en U et le réci- pient à glace sèche, une conduite de communication remplie d'une colonne de gaz acide carbonique sensiblement mobile pour isoler le dispositif de refroidissement et empêcher l'accès de l'air atmosphérique.
Or, on a trouvé que la capacité de refroidissement de la glace sèche ne pouvait pas être suffisamment grande au moyen de ces dispositifs et par conséquent qu'on ne pouvait pas obtenir de production suffisante de froid. Ceci est dû en première ligne à ce que le support de froid réchauffé dans l'échangeur de chaleur, c'est-à-dire le gaz acide car- bonique, s'échappe dans l'atmosphère dans la plupart des cas et ne peut par conséquent plus contribuer au refroidis- sement ultérieur, et en outre à ce que le gaz acide carbo- nique, la majeure.partie des surfaces d'échange de chaleur étant constituées par la paroi extérieure du dispositif de refroidissement, en vue de l'isolement, absorbe la chaleur, par suite de* la grande différence de température entre l'air atmosphérique et le gaz acide carbonique,
en l'empruntant en majeure partie inutilement à l'air atmosphérique et non aux corps à refroidir, ce qui fait qu'il ne peut produire aucun refroidissement efficace. Ces dispositifs ont en outre
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l'inconvénient que l'évaporation de la glace sèche a lieu très lentement et ne peut guère être réglée. De plus, les dispositifs connus de ce genre ne peuvent servir que de glacières, pour les raisons indiquées plus haut, et ils ne conviennent pas du tout pour les autres applications indus- trielles du froid, telles que la préparation de la glace alimentaire ou des applications analogues. Enfin ces dis- positifs ne peuvent pas servir à d'autres applications in- dustrielles dans lesquelles une gazéification rapide de la glace sèche est utile, par exemple pour la préparation de l'eau gazeuse.
Ces inconvénients sont évités dans le pro- cédé et dans les dispositifs qui font l'objet de l'invention.
L'invention a pour but de gazéifier la glace sèche dans un récipient fermé et à l'abri de l'air atmosphérique, de façon que la chaleur de gazéification soit apportée par des corps fluides qu'on oblige à circuler à travers le ré- cipient ou en couches autour du récipient ou encore autour du récipient et à travers celui-ci, à une vitesse réglable, et qu'elle est empruntée entièrement ou partiellement à des corps à refroidir se trouvant en dehors du récipient, avan- tageusement dans les échangeurs de chaleur particuliers.
Parmi les corps fluides convenant bien dans ce but, on ci- tera à titre d'exemple les suivants:le gaz acide carboni- que dégagé par la glace sèche ou provenant d'une source étrangère, ce gaz étant utilisé seul ou mélangé' avec d'au- tres gaz ou vapeurs; des liquides pouvant tomber goutte à goutte et ayant un point de congélation peu élevé, par exemple des composés organiques, des solutions salines com- portant ou non du gaz acide carbonique, etc.. L'air atmos- phérique doit être excepté, parce qu'il donne lieu à une @
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production de givre à cause de l'humidité qu'il contient, ce qui est la cause de beaucoup d'inconvénients. La pres- sion à l'intérieur du récipient à glace sèche doit être maintenue au-dessous de 5,2 atm. abs. pour éviter la phase liquide.
La circulation forcée ou par couches du corps flui- de peut être produite par la pression des gaz qui se déga- gent ou par des différences de poids spécifiques ou encore au moyen de dispositifs mécaniques. On fait en sorte en tout cas que la production de la circulation ne soit pas gênée par la chaleur apportée par contact au corps fluide en circulation, contrairement aux dispositifs de refroidis- sement connus dans lesquels les échangeurs de chaleur sont par exemple en contact avec les parois extérieures, la cir- culation étant purement dûe, lorsqu'elle se produit, à une action thermique.
Le procédé conforme à l'invention peut servir avan- tageusement à toutes les applications de l'industrie du refroidissement ainsi que de l'industrie du froid, telles que la fabrication de la glace ordinaire, de la glace ali- mentaire, etc... Ce procédé permet en outre de fabriquer du gaz acide carbonique rapidement et en grandes quantités à partir de glace sèche en évitant la phase liquide.
L'invention a encore pour objet quelques dispositifs pour l'application du procédé mentionné ci-dessus.
Un dispositif pour l'application du procédé en ques- tion est constitué essentiellement par un récipient à glace sèche, par des conduites d'arrivée et de départ débouchant dans ce récipient ou partant de celui-ci pour le gaz acide carbonique, conduites pouvant communiquer avec l'air atmos- phérique ou un poste d'utilisation du gaz acide carbonique, 1 @ ---
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un dispositif produisant la circulation forcée, par exemple un ventilateur, une soufflerie Roots ou une pompe mammouth, dont l'aspiration est reliée avantageusement à un branche- ment de la conduite de départ, tandis que le,refoulement est relié à la conduite d'arrivée,
en outre avantageusement par des échangeurs de chaleur et des organes de réglage montés de préférence dans la conduite de départ et aussi par un thermostat, lorsqu'il s'agit de maintenir une tempé- rature constante dans la pièce refroidie.
Cette installation peut être modifiée de nombreuses façons suivant les exigences. On indiquera ci-dessous quel-' nues modifications à titre d'exemple.
Si la circulation des gaz doit être obtenue sans ,dispositifs mécaniques, ces dispositifs peuvent naturelle- ment être mis hors d'action ou supprimés.
Le récipient à glace sèche peut comporter plusieurs parois et les échangeurs de chaleur peuvent être constitués simplement par les parois du récipient ou bien on peut en- core brancher un échangeur de chaleur particulier sur les intervalles entre les parois, en insérant avantageusement des organes de réglage, le gaz acide carbonique dégagé tra- versant les intervalles entre les parois et le cas échéant aussi l'échangeur de chaleur particulier.
Le récipient à glace sèche peut aussi, en particu- lier dans la préparation de la glace alimentaire,, prépa- ration dans laquelle le support de froid est avantageusement un mélange de gaz acide carbonique et d'un liquide ayant un point de congélation peu élevé, être fait sous forme de corps plongeant fixe ou montrant et descendant, débouchant dans le récipient à liquide.
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L'écha.ngeur de chaleur peut être constitué, en par- ticulier dans la préparation de la glace alimentaire ou la fabrication de la glace ordinaire, par une chaudière com- portant avantageusement des nervures, ailettes ou pièces analogues sur sa paroi extérieure.
Le récipient à glace sèche peut être, dans les ap- pareils et dispositifs conformes à l'invention, en matière quelconque, par exemple en métal, mais pour assurer une meil- leure protection contre la chaleur, il convient d'éviter tout contact direct avec les surfaces métalliques et de munir le récipient de garnitures intérieures en matière ca- lorifuge (telle que du liège) sur lesquelles repose le bloc de glace sèche.
Comme il est parfois difficile d'accéder aux ap- pareils et dispositifs pour contrôler la consommation de glace sèche, il est très pratique de monter des regards ou balances de toutes sortes, ou d'autres avertisseurs quel- conques, par exemple des signaux acoustiques, indiquant la présence de glace sèche.
On-décrira maintenant les autres caractéristiques de l'invention et les divers dispositifs en se référant aux dessins annexés.
La fig. 1 est une vue schématique d'ensemble d'un dispositif de gazéification maintenu en marche sensible- ment sous la pression atmosphérique;
La fig. 2 est une vue d'ensemble d'une installation fonctionnant sous une pression supérieure, par exemple pour la fabrication d'eau gazeuse;
La fig. 3 est une coupe schématique d'une installa- tion frigorifique, par exemple pour des wagons-glacières, installation pouvant servir également à la conservation à glace sèche; A
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La fig. 4 est une coupe longitudinale schématique d'un dispositif réfrigérant, par exemple pour des glacières à glace sèche;
La fig. 5 est une coupe par la ligne X-X de la fig.3.
La fig. 6 est une coupe longitudinale verticale d'un appareil servant à refroidir du lait en bidons, l'appa- reil étant monté sur le couvercle du bidon. Les contours de la partie supérieure du bidon sont représentés en traits interrompus dans la figure:2;
La fig. 7 est une coupe par la ligne Y-Y de la fig.6;
La fig. 8 est une coupe verticale d'un dispositif pour la fabrication de glace alimentaire à la maison;
La fig. 9 est une coupe par la ligne Y-Y de la fig.8;
La fig. 10 montre une variante du dispositif de la fig. 8;
La fig. 11 est une coupe par la ligne Y-Y de la fig. 10 ;
La fig. 12 est une vue schématique d'un dispositif pour la fabrication industrielle de la glace alimentaire.
Dans toutes les figures semblables les mêmes pièces sont désignées par les mêmes numéros de référence.
Du récipient 1 à glace sèche (fig.l) part la con- duite 2 qui aboutit à l'échangeur de chaleur 3, dont part la conduite 4 qui se bifurque en 5. L'une des brnches, dans laquelle est montée la soupape de retenue 6, débouche dans le gazomètre 10 au sortir duquel le gaz est envoyé au poste d'utilisation par la conduite 11. L'autre branche, la con- duite 7, part du point de la bifurcation 5 et aboutit à la soufflerie ou au ventilateur 8, puis de là par la tuyaute- rie 9 au récipient 1.
Comme le montrent les flèches repré- sentées, le ventilateur 8 aspire à partir de la bifurcation 5
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les gaz réchauffés dans l'échangeur de chaleur 3 et il les refoule dans le récipient 1, ce qui fait qu'il circule tou- jours, une quantité de gaz constante dans l'installation, ce qui forme une sorte de saumure de la façon décrite; l'excès de gaz provenant de la glace sèche évaporée pendant le fonc- tionnement va au gazomètre. En conséquence six grammes de glace sèche s'évaporent dans l'unité de temps dans une installation fixe et si le ventilateur aspire y grammes de gaz acide carbonique, la quantité de gaz qui circule dans l'échangeur de chaleur est x + y = z grammes, la quantité de gaz acide carbonique allant au gazomètre étant de x gram- mes.
La petite surpression régnant dans 1-'installation est déterminée par le gazomètre 10 (abstraction faite de la surpression nécessaire pour surmonter la résistance des conduites). Au besoin toutefois le récipient peut naturel- lement comporter une soupape de sûreté.
Dans l'installation représentée par la fig. 2, ins- tallation qui concorde essentiellement avec celle de la fig. 1, on utilise aussi la pression .du gaz acide carbonique produit, l'installation fonctionnant sous une pression qui, il est vrai, doit être un peu inférieure à 5,2 atm. abs., par exemple une pression de 4,8 atm. abs. Le contrôle est rendu possible par un manomètre Ml monté sur le récipient 1, tan- dis que la soupape de sûreté B empêche de dépasser la limite de pression. L'une des raisons pour laquelle il importe de ne pas dépasser la limite de pression, c'est qu'il faut évi- ter absolument la production d'acide carbonique liquide dans l'installation, pour assurer un fonctionnement régulier.
Au point de bifurcation 5 on installe avantageusement un robinet trois voies, à travers lequel le gaz est aspiré par le
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compresseur K et refoulé dans la conduite comportant la soupape de retenue 6 jusque dans la chaudière 12 comportant le manomètre M2; au sortir de cette chaudière le gaz passe dans la conduite 14, qui comporte une soupape d'arrêt 13, et entre dans le bac 15 où se fait le mélange de l'eau avec le carbonate de soude, bac dont la surpression est indiquée par le manomètre M3.
Dans la fabrication de l'eau gazeuse il faut qu'une surpression de 10 à 12 atm. abs. règne dans le bac de mélange; comme le compresseur aspire l'acide carboni- que sous une pression d'environ 5 atm. abs., dans l'instal- lation décrite, sa consommation de force est sensiblement réduite, l'installation pouvant servir aussi sans frais par- ticuliers, au refroidissement, à la fabrication de la glace, etc...
Il est évident que les installations décrites peu- vent être munies d'organes de différentes sortes tels que des compteurs à gaz, pour le réglage de la circulation du gaz. On peut également construire sur le même principe des installations dont de nombreux détails de construction sont différents. Le récipient à glace sèche pourrait par exemple être à doubles parois ou comporter plusieurs parois et les intervalles pourraient être remplis de matières calorifuges, ou bien on peut faire circuler dans ces intervalles de l'air ou d'autres gaz, tels que de l'acide carbonique. Pour le re- froidissement de l'air d'une pièce ou d'un récipient quel- conque l'échangeur de chaleur peut aussi être construit sous forme de radiateur réfrigérant, ou bien on peut y pro- duire de la glace artificielle, par exemple au moyen d'une saumure.
Le cas échéant on peut aussi apporter au système, pour accélérer l'évaporation par l'échauffement de l'échangeur de chaleur, une quantité de chaleur supérieure à celle qu'il feut absorber à la température ambiante normale.
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Dans l'installation réfrigérante représentée par la fig. 3 le courant de gaz acide carbonique est utilisé prin- cipalement pour régler l'action du refroidissement de la même façon que dans les figs. 1 et 2. Le gaz acide carbonique en circulation joue également ici le rôle d'une saumure, comme la solution saline des machines frigorifiques, ce qui fait d'une part que la chaleur d'évaporation dans les échan- geurs de chaleur, par exemple les radiateurs, est apportée à la glace sèche plus rapidement et sur de plus grandes sur- faces, c'est-à-dire de façon plus efficace, et cédée aux corps à refroidir, et d'autre part qu'on peut aussi obtenir une action de refroidissement à une distance plus grande du bloc de glace sèche.
La fig. 3 est une coupe longitudinale d'un mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention, propre à servir par exemple au refroidissement de wagons-glacières.
Cette installation peut aussi servir de dispositif de con- servation de la glace sèche, ce qui est indispensable, dans les wagons-glacières, ne serait-ce que parce que l'alimen- tation en glace sèche n'est ordinairement possible qu'aux gares importantes, les wagons-glacières parcourant souvent de grands trajets à vide ; ce temps il faut naturel- lement économiser la glace et réduire le refroidissement dans la mesure du possible. Par contre, lorsque le wagon est chargé, on peut obtenir un refroidissement énergique au moyen de la même installation.
Les blocs de glace sèche A sont contenus dans le ré- cipient 1 dans lequel ils peuvent être introduits par des portes ou des ouvertures de différentes sortes, non représen- tées. Les blocs de glace sèche A reposent sur les supports 2 qui sont en matière mauvaise conductrice de la chaleur. L'ap-
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pareil à quatre parois et entre les parois 3, 4, 6 et 11 se trouvent des pièces d'écartement 7 en matière mauvaise con- ductrice de la chaleur, ces pièces étant disposées de façon à ne pas gêner la circulation du gaz. Le chemin tubulaire 5, 5a et 5b constitue l'échangeur de chaleur.
Dans cette dispo- sition la circulation du gaz peut avoir lieu de trois façons différentes. a) Lorsqu'on refroidit au moyen du dispositif,,mais qu'on ne veut pas obtenir un refroidissement énergique, on ferme la soupape S et on arrête le ventilateur V ou toute autre installation de circulation du gaz, la soupape S1 étant ouverte et le robinet S3 étant placé dans une position telle qu'il fasse communiquer l'espace compris entre les parois 3 et 4 avec le tuyau 5 et qu'il ferme l'espace com- pris entre les parois 4 et 6.
Comme le montre le dessin, le gaz acide carbonique produit s'échappe au dehors en quanti- té qui est de beaucoup la majeure partie à travers la sou- pape de retenue S2 ou le tuyau 13, après avoir traversé l'échangeur de chaleur 5, 5a, 5b en supposant que la soupape de retenue S2 s'ouvre dans le sens de la circulation du gaz. b) Si la soupape S1 est fermée et si l'on tourne le robinet S3 de façon qu'il ferme le tuyau 5 tout en faisant communiquer entre eux les espaces 3, 4 et 4, 6, les gaz pas- sent forcément à travers les ouvertures 14, entrent dans l'espace rempli de calorifuge non tassé entre les parois 6 et 11 et s'échappent au dehors par le tuyau 8.
Pour les rai- sons déjà indiquées, la couche extérieure assure dans ce cas une protection très efficace contre la chaleur, ce qui fait que la consommation de glace sèche est minime. c) Si l'on veut obtenir une ,action de refroidisse- ment énergique, il faut ouvrir avant tout les soupapes S et
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S1 et placer le robinet S3 dans la même position que dans le premier cas, c'est-à-dire de façon qu'il ouvre le chemin entre l'espace 4, 6 et le tuyau 5, puis mettre le ventilateur V en marche. Ceci a pour effet qu'une partie du gaz acide carbonique déjà réchauffé dans l'échangeur de chaleur 5, 5a, 5b retourne directement dans le récipient'1 par le tuyau 12, s'y refroidit de nouveau et provoque ainsi une évaporation énergique du bloc de glace sèche, ce qui fait qu'on obtient une action de refroidissement intense.
Dans ce cas, comme on l'a déjà dit, le gaz acide carbonique circulant dans les sys- tèmes tubulaires 5 et 12 et dans les intervalles entre les parois joue le même rôle de transmission de la chaleur que la saumure des machines frigorifiques*.L'excès de gaz acide carbonique produit par l'évaporation du bloc de glace sèche s'échappe au dehors à travers le tuyau 13. Au moment de la mise en marche du ventilateur, lors-,qu'il ne circule encore que peu de gaz acide carbonique.dans le système, la soupape de retenue S2 empêche toute aspiration nuisible d'air at- mosphérique.
D'après le procédé décrit il ne circule constamment que dû gaz acide carbonique dans l'installation, ce qui sup- prime les effets nuisibles de l'humidité de l'air et assure un bon rendement thermique. En pratique on peut encore appor- ter de nombreuses modifications aux détails. On-peut par exemple faire varier le nombre, la disposition des parois, le trajet de circulation des gaz, monter en outre des échan- geurs de chaleur semblables aux radiateurs d'une installation de chauffage à vapeur et relier le tuyau 12 directement à ces échangeurs ou à un endroit intermédiaire quelconque.
Dans l'installation représentée par les figs. 4 et 5, installation qui peut servir par exemple à refroidir des
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glacières, le bloc de glace sèche se trouve également dans le récipient 1 et il repose sur les supports 2 ou 2a. Les flèches représentées indiquent le trajet suivi par le gaz acide carbonique produit; dans ce trajet le gaz passe par l'ouverture la du récipient 1 dans l'enveloppe du récipient, enveloppe qui est constituée par les parois 3 et 4.
Au sor- tir de cette enveloppe le gaz traverse l'échangeur de cha- leur, c'est-à-dire qu'il passe par les tuyaux 5, le branche- ment 5a et les conduites de retour 5b qui peuvent naturelle- ment tous et toutes être faits aussi sous forme de radiateurs de type quelconque, pour arriver dans l'enveloppe comprise entre les parois 4 et 6 de l'appareil et passer de là par le tuyau 8, en totalité ou en partie, soit à l'intérieur de la glacière, soit à travers les doubles parois ou parois multi- ples, et le cas échéant aussi s'échapper au dehors. Le dis- positif peut être construit comme celui de la fig. 3, par exemple en totalité en tôle, les parties correspondantes des parois étant fixées entre elles de la même façon par les pièces d'écartement 7.
Pour l'introduction du bloc de glace sèche le dispositif est divisé à un endroit approprié, par exemple le long de la ligne a-a, cette division ou la fer- meture pouvant être quelconque et l'obturateur pouvant être par exemple un obturateur à vis ou à baïonnette, etc.
L'appareil est monté de préférence à l'intérieur de la glacière, dans la partie supérieure de celle-ci, contrai- rement aux glacières connues dans lesquelles le bloc de gla- ce sèche est placé dans un récipient, par exemple un vase de Dewar en forme de chapeau se trouvant en majeure partie à l'extérieur de la glacière, ce qui fait que le milieu ambiant apporte inutilement une grande quantité de chaleur au bloc de glace sèche et que l'action réfrigérante est exercée unique- ment par le gaz acide carbonique, le pouvoir réfrigérant du bloc de glace sèche ne pouvant ainsi être utilisé que dans une
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très petite mesure.
Le dispositif représenté dans les figs. 6 et 7 sert à refroidir le lait en bidons et il est monté dans le couver- cle du bidon, comme le montre la fig. 6. Le bloc de glace sèche A est placé entre les butées 2a, 2a que porte le couver- cle et le fond du récipient 1. Les gaz produits sortent du récipient 1, passent à travers les ouvertures la et lb de ce récipient ..et entrent dans l'espace compris entre les parois 3 et 4 du récipient, espace qui est divisé en quatre canaux par les cloisons a et b.
Le gaz monte dans les canaux Sa et Sb, passe ensuite par dessus les bords supérieurs ou tra- verse une rangée de trous des cloisons a et b et passe dans les canaux 4a et 4b pour entrer dans le tuyau 5 de l'échangeur de chaleur, après quoi il passe dans le branchement 5a de cet échangeur, puis dans les canaux 5c, et finalement de là par le tuyau 8 d'où il s'échappe au dehors au-dessus du couvercle t. Pour éviter l'encrassement, les orifices des tuyaux 8 sont recouverts de préférence au moyen d'une tôle perforée 9 ou d'une pièce analogue. Le dispositif est divisé à un endroit approprié, par.exemple le long de la ligne p-p pour l'intro- duction de la glace sèche.
L'action réfrigérante peut être réglée dans chaque appareil exactement comme dans ceux des figs. 4 et 5, ou bien on peut monter par exemple, en vue du réglage, des anneaux coulissant vers le haut et vers le bas et fermant ou ouvrant des trous pratiqués dans les parois.
Dans l'appareil représenté par les figs. 8 et 9 et servant à préparer la glace alimentaire, le récipient à glace sèche 1 est constitué par un corps plongeant, par exemple une cloche plongeante et le bloc de glace sèche A repose sur la grille ajourée 2 à l'intérieur de la cloche, qui comporte dans sa partie supérieure la soupape W s'ouvrant vers l'intérieur
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et maintenue fermée par le ressort F lorsque l'appareil est arrêté; le ressort F attaque suivant le mode de réalisation.' l'un ou l'autre bras du levier de commande à deux bras P et il est constitué en conséquence par un ressort de traction ou un ressort de pression.
Le levier P, qui est supporté en 0, est relié à la tige de commande Z qui ouvre la soupape W lorsqu'on tire sur cette tige, cette soupape pouvant être maintenue ouverte par la fixation de la tige dans cette po- sition au moyen d'organes quelconques non représentés. Tou- tefois la soupape W peut aussi être supprimée et la cloche 1 peut être faite de façon à pouvoir monter et descendre, la grille 2 étant alors fixe et indépendante de la cloche. Le récipient K à glace alimentaire se trouve au-dessus de la cloche 1 et il comporte sur sa paroi extérieure B, comme le montre la fig. 10, une tôle ondulée soudée C qui se prolonge assez loin vers le bas et qui constitue avec l'enveloppe D les conduits El et E2 qui sont avantageusement verticaux.
Sur la partie supérieure du récipient K ou autour de cette partie, au-dessus des conduits El et E2,se trouvent des plaques de déviation L1 et L2, de forme appropriée, et des trous U. La cloche 1 est fixée à l'enveloppe C et elle peut être retirée vers le haut avec le récipient K, qui est soudé sur C, en vue du renouvellement de l'approvisionnement de glace sèche;, hors de l'enveloppe H en matière calorifuge, enveloppe qui est recouverte extérieurement par le revête- ment G. A l'exception du récipient K, l'appareil est rempli d'un liquide à point de congélation peu élevé, tel que du toluène. La tôle ondulée C est fermée en bas par le couver- cle M qui comporte un trou N en son centre.
Le fonctionnement de l'appareil est le suivant.
Lorsque l'appareil.est arrêté la soupape W est fermée et la
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cloche 1 est remplie du gaz acide carbonique qui se dégage du bloc de glace sèche A, ce qui fait que le bloc ne vient pas en contact avec le liquide et que les gaz qui l'entou- rent ne lui apportent que peu de chaleur. Les gaz qui se dégagent en petites quantités dans ces conditions sortent de la cloche par le bas et montent à travers le liquide, dans les conduits E1, jusqu'aux orifices d'échappement U.
Lorsque le récipient K est rempli, au moment de la mise en action, de la matière servant à préparer la glace alimen- taire, et lorsqu'on ouvre la soupape W, les gaz s'échappent à travers cette soupape et il entre du liquide dans la clo- che par le bas, ce qui fait qu'une quantité de chaleur plus grande est apportée au bloc A et qu'il se produit,ainsi un 'vif dégagement de gaz. D'après le principe de la pompe mammouth les bulles de gaz entraînent le mélange de gaz et de liquide servant de saumure, mélange qui a été refroidi par l'abandon de la quantité de chaleur nécessaire à la gazéification, ce mélange étant entraîné vers le haut avec le gaz à travers les conduits El, empruntant de la chaleur au récipient K et à son contenu et provoquant par conséquent la congélation de ce dernier.
Les gaz s'échappent à travers les orifices U lorsque le mélange rencontre les plaques de déviation L1 et L2, les gaz se séparant alors du liquide,, et le liquide pur, dont le poids spécifique est maintenant plus élevé, descend à travers les conduits E2 pour rentrer dans la cloche en cycle fermé à travers le trou N et baigner le bloc de glace sèche A. Le contenu du récipient K peut être agité, pendant la préparation de la glace, à la main ou mécaniquement. Lorsque la préparation de la glace est ter- minée on referme la soupape W, les gaz qui se dégagent re- foulent le liquide hors de la cloche et l'appareil se re- trouve dans son état-initial.
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Le dispositif représenté dans les figs. 10 et 11 est construit de façon analogue à celle du dispositif re- présenté dans les figs. 8 et 9. La différence réside prin- cipalement dans la construction du récipient à glace sèche et du récipient à glace alimentaire. Le récipient K conte- nant la glace alimentaire est en effet annulaire dans ce cas et il comporte en son centre une partie tubulaire T. Le récipient à glace sèche 1, en forme de corps plongeant, fer- mé en bas par un grillage métallique 2,est introduit dans ce tuyau T et constamment repoussé vers le haut par le res- sort 3 qui s'appuie d'une part sur l'anneau 4 soudé au ré- cipient et d'autre part sur l'anneau amovible 6 qui repose sur une saillie 5 du tuyau T. Le couvercle 7, qui peut être vissé sur l'anneau à vis 8 soudé à la partie supérieure du tuyau T, sert à fermer le tuyau T.
Le couvercle 7 comporte en son centre un presse-étoupe 9 dans lequel peut coulisser verticalement dans les deux sens la tige de réglage 10. Sur la tige de réglage 10 est rivée, de façon à pouvoir tourner, la traverse de support 11 dont les extrémités reposent sur l'anneau d'appui 4 du récipient 1 à glace sèche, ce qui per- met de faire varier la hauteur du récipient 1 en déplaçant la tige de réglage 10. La tige de réglage 10 peut être fixée à différentes hauteurs au moyen d'une broche de réglage 12 qu'on peut introduire dans un trou approprié de la rangée de trous pratiqués dans cette tige. A l'enveloppe extérieure du récipient K contenant la glace alimentaire est fixée une enveloppe en tôle C qui constitue les canaux El, E2. Cette enveloppe est fermée vers le bas par la cloison M qui com- porte dans sa partie la plus basse l'orifice de retour N.
Les autres pièces de l'appareil ont une forme semblable à celle des pièces correspondantes de l'appareil représenté dans les figs. 8 et 9.
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Le fonctionnement de cet appareil est également pres- que identique à celui de l'appareil représenté dans les figs. 8 et 9. La différence réside simplement dans la mise en marche et l'arrêt de l'appareil. Avant la mise en marche on remplit l'appareil d'un liquide approprié tel que du to- luène,en retirant la tige de réglage 10 jusqu'à sa position la plus haute, puis en dévissant le couvercle 7 et en pres- sant dans le récipient à glace sèche une quantité de liquide telle que son niveau touche le grillage métallique 2. Cela fait, on introduit un bloc de glace sèche A dans le récipient 1 et on ferme ce récipient au moyen du couvercle 8.
On verse ensuite la matière servant à faire la glace alimentaire dans le récipient K et on repousse la tige de réglage 10 jusqu'à sa position la plus basse, après quoi la gazéifi- cation intense du bloc de glace sèche A commence sous l'ac- tion du liquide arrivant à travers les mailles du grillage 2.
Le reste de l'opération a lieu comme dans l'appareil repré- senté par les figs. 8 et 9. Le sens de l'écoulement du mé- lange montant de liquide et de gaz, du gaz qui s'est séparé du liquide et qui s'échappe vers l'extérieur, ainsi que du liquide qui descend et retourne au récipient, est indiqué par des flèches. Le réglage de l'appareil a lieu de façon très simple par le déplacement de la tige de réglage 10, et par suite du récipient l, vers le haut ou vers le bas. L'a- gitation ou la trituration, au moyen d'une spatule, de la matière servant à faire la glace alimentaire, peuvent avoir lieu à la main ou au moyen de dispositifs mécaniques.
Dans un autre mode de réalisation de l'appareil ser- vant à faire la glace alimentaire le récipient à glace sèche peut aussi être monté en dehors du récipient à glace alimen- taire et sur le côté. Dans ce dernier cas le récipient à gla-
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ce sèche qui débouche dans le récipient à liquide peut aussi être fixe, l'arrêt de l'appareil ayant lieu par le refoule- ment du liquide contenu dans le récipient. A cet effet une soupape peut être montée par exemple dans la conduite d'é- coulement du mélange de gaz et de liquide; lorsqu'on ferme cette soupape la colonne de liquide est refoulée hors du récipient à liquide dans la conduite de retour par les gaz qui se dégagent et l'appareil se trouve ainsi arrêté.
L'appareil représenté schématiquement dans la fig.12 comporte un récipient K à glace alimentaire muni de nervures ou ailettes R sur sa paroi extérieure, mais comme la trans- mission de la chaleur a lieu dans ce cas uniquement par le gaz acide carbonique en circulation, il faut que les nervu- res aient des surfaces de transmission de la chaleur relati- vement plus grandes que dans les appareils représentés par les figs. 8 à 11. Pour la même raison le bloc de glace sèche A repose sur le corps à nervures 2 de forme particulière, qui est encore complété par le corps à nervures 2b relié à 2 par les articulations 2a.
Ces corps, qui sont avantageusement fixés au récipient avec interposition de matières protectrices de la chaleur, sont constitués par de nombreuses nervures étroites en matière bonne conductrice de la chaleur, par exemple en cuivre et ils sont baignés par le courant ga- zeux dans le sens longitudinal des nervures, ce qui a pour effet d'augmenter considérablement la quantité qui peut être apportée au bloc A dans l'unité de temps. Ce corps à nervu- res peut aussi servir avantageusement de support du bloc de glace sèche dans tous les autres dispositifs conformesà l'invention, lorsqu'une action réfrigérante intense est né- cessaire.
Le ventilateur V entraîné par le moteur électrique El provoque l'écoulement des gaz dans le sens indiqué par
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les flèches; les gaz en excès s'échappent à travers la soupape W qui s'ouvre de dedans en dehors et qui peut être reliée le cas échéant au moyen d'une conduite à un gazomètre ou dispositif analogue servant à accumuler le gaz, le cas échéant avec interposition d'échangeurs de cha- leur, ou simplement à ces échangeurs. Le récipient K com- porte un agitateur, qui est avantageusement mécanique, et toutes les pièces de l'appareil, à l'exception du moteur, sont revêtues d'un bon calorifuge, la température de marche étant avantageusement inférieure à -15 C et comprise entre -20 et -50 C et même encore plus basse.
Les résultats don- nés par ce dispositif sont surprenants ; a réussi par exem- ple à congeler 3 litres de masse liquide, ayant la tempéra- ture ambiante, servant à faire de la glace alimentaire, en cinq à huit minutes et obtenir ainsi une glace alimentaire parfaite, dans un dispositif dont le ventialeteur était actionné par un petit moteur de 160 watts.
En donnant des dimensions appropriées aux surfaces de transmission de la chaleur et en assurant un bon isole- ment calorifuge, on peut faire en sorte que la consommation de glace sèche des appareils représentés dans les figs. 8 à 12 en service continu soit très réduite, cette consommation étant également minime lorsque l'appareil est arrêté, mais toujours prêt à fonctionner, ce qui est extrêmement important pour de tels appareils. Ces appareils, dont l'encombrement est minime et dont la propreté est extrême, permettent de produire rapidement de grandes quantités de glace alimen- taire parfaite, continuellement ou suivant les besoins, même dans un local de vente.
Il n'est donc pas nécessaire de pro- duire d'avance de grandes quantités de glace alimentaire, ce qui était absolument indispensable jusqu'ici et entraînait toujours des inconvénients à cause des difficultés de la
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conservation.
Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits plus haut et que de nombreux modes de réalisation basés sur le principe indi- qué ci-dessus sont également possibles dans le cadre de l'invention, suivant les applications.
REVENDICATIONS ---------------------------
1 - Procédé de gazéification de glace sèche dans un récipient fermé à l'abri de l'air atmosphérique en évitant la phase liquide et la présence d'air atmosphérique pendant la marche, procédé caractérisé par le fait que la chaleur de gazéification est apportée, par des corps fluides en cir- culation forcée à travers le récipient ou' circulant par cou- ches autour du récipient, ou autour du récipient et à tra- vers celui-ci, à vitesse réglable, par exemple par le corps acide carbonique dégagé par la glace sèche ou provenant d'une source étrangère, avec ou sans autres gaz et vapeurs, liqui- des pouvant tomber goutte à goutte à po$nt de congélation peu élevé, avec ou sans gaz acide carbonique ou autre,
et empruntée en totalité ou en partie à des corps à refroidir se trouvant à l'extérieur du récipient, avantageusement dans des échangeurs de chaleur.
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Process and devices for the gasification of solid carbonic acid.
The invention relates to a method and devices for converting solid carbonic acid, which will be referred to briefly below by the name of "dry ice" used in the trade, into carbonic acid gas while avoiding the liquid phase and the presence. atmospheric air during operation.
Cooling devices for gasifying dry ice are already known, devices comprising for dry ice, in their upper part, a closed container to prevent outside air from entering and
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the bottom of which is connected a heat exchanger which almost always has the shape of a U-shaped pipe limiting the cooling device to the outside and the insulation. The carbonic acid gas released passes through this pipe and first descends as a result of a thermo-siphon action, then it rises and escapes into the atmosphere through an exhaust port made in the upper part. of U-shaped pipe.
Some such devices include, between the upper part of the U-shaped pipe and the dry ice container, a communication line filled with a column of substantially movable carbon dioxide gas to isolate the cooling device and prevent freezing. access of atmospheric air.
However, it has been found that the cooling capacity of dry ice could not be sufficiently large by means of these devices and therefore that sufficient production of cold could not be obtained. This is primarily due to the fact that the cold medium heated in the heat exchanger, that is to say the carbonic acid gas, escapes into the atmosphere in most cases and cannot therefore contribute more to the subsequent cooling, and in addition to the carbonic acid gas, the major part of the heat exchange surfaces being constituted by the outer wall of the cooling device, in view of the insulation, absorbs heat, owing to * the large temperature difference between atmospheric air and carbonic acid gas,
by borrowing it for the most part unnecessarily from atmospheric air and not from bodies to be cooled, so that it cannot produce any effective cooling. These devices also have
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the disadvantage that the evaporation of dry ice takes place very slowly and can hardly be regulated. In addition, known devices of this type can only be used as coolers, for the reasons indicated above, and they are not at all suitable for other industrial cold applications, such as the preparation of ice cream or ice cream. analogous applications. Finally, these devices cannot be used for other industrial applications in which rapid gasification of dry ice is useful, for example for the preparation of carbonated water.
These drawbacks are avoided in the process and in the devices which are the subject of the invention.
The object of the invention is to gasify the dry ice in a closed container and protected from atmospheric air, so that the heat of gasification is provided by fluid bodies which are forced to circulate through the re- container or in layers around the container or around the container and through the latter, at an adjustable speed, and that it is taken entirely or partially from bodies to be cooled located outside the container, advantageously in the special heat exchangers.
Among the fluids which are well suited for this purpose, the following may be mentioned by way of example: carbon dioxide gas given off by dry ice or coming from a foreign source, this gas being used alone or mixed with it. other gases or vapors; liquids which may drop by drop and have a low freezing point, for example organic compounds, saline solutions whether or not containing carbonic acid gas, etc. Atmospheric air must be excepted, because 'it gives rise to an @
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production of frost because of the moisture it contains, which is the cause of many inconveniences. The pressure inside the dry ice container should be kept below 5.2 atm. abs. to avoid the liquid phase.
The forced or layered circulation of the fluid body can be produced by the pressure of the gases which are evolved or by differences in specific weights or by means of mechanical devices. In any case, care is taken that the production of the circulation is not hampered by the heat supplied by contact with the circulating fluid body, unlike the known cooling devices in which the heat exchangers are for example in contact with the elements. exterior walls, the circulation being purely due, when it occurs, to a thermal action.
The process according to the invention can advantageously be used for all applications in the cooling industry as well as in the refrigeration industry, such as the manufacture of ordinary ice, edible ice, etc. This process also makes it possible to produce carbonic acid gas quickly and in large quantities from dry ice by avoiding the liquid phase.
Another subject of the invention is a few devices for applying the method mentioned above.
A device for the application of the process in question consists essentially of a dry ice container, of inlet and outlet conduits opening into this container or leaving therefrom for the carbonic acid gas, conduits capable of communicating. with atmospheric air or a station for using carbonic acid gas, 1 @ ---
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a device producing the forced circulation, for example a fan, a Roots blower or a mammoth pump, the suction of which is advantageously connected to a connection of the outgoing line, while the discharge is connected to the discharge line. arrival,
moreover advantageously by heat exchangers and regulating members preferably mounted in the flow line and also by a thermostat, when it comes to maintaining a constant temperature in the cooled room.
This installation can be modified in many ways depending on the requirements. Some modifications will be indicated below by way of example.
If the circulation of gases is to be obtained without mechanical devices, these devices can of course be disabled or eliminated.
The dry ice receptacle can have several walls and the heat exchangers can be constituted simply by the walls of the receptacle or else it is possible to connect a particular heat exchanger to the spaces between the walls, advantageously by inserting regulating members. , the carbonic acid gas given off passing through the gaps between the walls and possibly also the particular heat exchanger.
The dry ice container can also, in particular in the preparation of edible ice, a preparation in which the cold support is advantageously a mixture of carbon dioxide gas and a liquid having a low freezing point. , be made in the form of a fixed plunging body or showing and descending, opening into the liquid container.
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The heat exchanger can be constituted, in particular in the preparation of edible ice cream or the manufacture of ordinary ice cream, by a boiler advantageously comprising ribs, fins or the like on its outer wall.
The dry ice container can be, in the apparatus and devices according to the invention, of any material, for example metal, but to ensure better protection against heat, any direct contact should be avoided. with the metal surfaces and to provide the container with interior linings of a calorific material (such as cork) on which the block of dry ice rests.
As it is sometimes difficult to access the devices and devices for controlling the consumption of dry ice, it is very practical to fit manholes or scales of all kinds, or any other warning devices, for example acoustic signals. , indicating the presence of dry ice.
The other features of the invention and the various devices will now be described with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 is an overall schematic view of a gasification device maintained in operation substantially at atmospheric pressure;
Fig. 2 is an overall view of an installation operating at a higher pressure, for example for the production of carbonated water;
Fig. 3 is a schematic sectional view of a refrigeration installation, for example for icebox cars, which installation can also be used for dry ice storage; AT
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Fig. 4 is a schematic longitudinal section of a cooling device, for example for dry ice coolers;
Fig. 5 is a section taken along the line X-X of fig.3.
Fig. 6 is a vertical longitudinal section of an apparatus for cooling milk in cans, the apparatus being mounted on the lid of the can. The contours of the upper part of the container are shown in broken lines in the figure: 2;
Fig. 7 is a section through the line Y-Y of fig.6;
Fig. 8 is a vertical section of a device for making edible ice cream at home;
Fig. 9 is a section through the line Y-Y of fig.8;
Fig. 10 shows a variant of the device of FIG. 8;
Fig. 11 is a section through the line Y-Y of FIG. 10;
Fig. 12 is a schematic view of a device for the industrial manufacture of edible ice cream.
In all similar figures the same parts are designated by the same reference numbers.
From the dry ice container 1 (fig.l) starts the pipe 2 which ends in the heat exchanger 3, from which the pipe 4 which branches off at 5. One of the branches, in which the valve is mounted 6, opens into the gasometer 10 at the outlet of which the gas is sent to the user station via the pipe 11. The other branch, the pipe 7, starts from the point of the bifurcation 5 and ends in the blower or to the fan 8, then from there through the pipe 9 to the container 1.
As shown by the arrows shown, fan 8 sucks in from junction 5
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the gases reheated in the heat exchanger 3 and it delivers them back into the receptacle 1, so that a constant quantity of gas circulates in the installation, which forms a kind of brine in the way described; the excess gas from the dry ice evaporated during operation goes to the gasometer. As a result six grams of dry ice evaporate in the unit of time in a fixed installation and if the fan sucks y grams of carbonic acid gas, the quantity of gas which circulates in the heat exchanger is x + y = z grams, the quantity of carbonic acid gas going to the gasometer being x grams.
The small overpressure prevailing in the installation is determined by the gasometer 10 (apart from the overpressure necessary to overcome the resistance of the pipes). If necessary, however, the receptacle may of course include a safety valve.
In the installation shown in FIG. 2, installation which corresponds essentially to that of FIG. 1, the pressure of the carbonic acid gas produced is also used, the installation operating under a pressure which, it is true, must be a little less than 5.2 atm. abs., for example a pressure of 4.8 atm. abs. The control is made possible by a manometer M1 mounted on the vessel 1, while the safety valve B prevents the pressure limit from being exceeded. One of the reasons why it is important not to exceed the pressure limit is to absolutely avoid the production of liquid carbonic acid in the installation in order to ensure smooth operation.
At the bifurcation point 5, a three-way valve is advantageously installed, through which the gas is sucked in by the
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compressor K and delivered in the pipe comprising the check valve 6 as far as the boiler 12 comprising the manometer M2; on leaving this boiler, the gas passes into line 14, which has a shut-off valve 13, and enters tank 15 where the water is mixed with sodium carbonate, tank whose overpressure is indicated by the M3 pressure gauge.
In the production of sparkling water, an overpressure of 10 to 12 atm is required. abs. reigns in the mixing tank; as the compressor sucks the carbonic acid under a pressure of about 5 atm. abs., in the installation described, its power consumption is appreciably reduced, the installation also being able to be used at no special cost, for cooling, for making ice cream, etc.
It is obvious that the installations described can be provided with members of different kinds, such as gas meters, for regulating the circulation of the gas. It is also possible to build on the same principle installations in which many construction details are different. The dry ice container could, for example, be double-walled or multi-walled and the gaps could be filled with heat insulating material, or air or other gases, such as gas, could be circulated through these gaps. carbonic acid. For cooling the air in a room or any vessel, the heat exchanger can also be constructed as a cooling radiator, or artificial ice can be produced there, for example. example by means of a brine.
If necessary, it is also possible to provide the system, in order to accelerate the evaporation by heating the heat exchanger, with a quantity of heat greater than that which it could absorb at normal ambient temperature.
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In the refrigeration installation shown in FIG. 3 the current of carbonic acid gas is mainly used to regulate the action of the cooling in the same way as in figs. 1 and 2. The carbonic acid gas in circulation here also plays the role of a brine, like the saline solution of refrigerating machines, which means on the one hand that the heat of evaporation in the heat exchangers, for example example radiators, is brought to the dry ice more quickly and over larger surfaces, that is to say more efficiently, and yielded to the bodies to be cooled, and on the other hand that one can also obtain a cooling action at a greater distance from the block of dry ice.
Fig. 3 is a longitudinal section of an embodiment of the device according to the invention, suitable for being used for example for cooling ice-box cars.
This installation can also be used as a device for storing dry ice, which is indispensable in ice-box cars, if only because the supply of dry ice is usually only possible. large stations, ice-boxes often covering long empty journeys; this time naturally you have to save ice and reduce cooling as much as possible. On the other hand, when the wagon is loaded, energetic cooling can be obtained by means of the same installation.
The blocks of dry ice A are contained in the receptacle 1 into which they can be introduced through doors or openings of different kinds, not shown. The blocks of dry ice A rest on the supports 2 which are made of material which is a poor conductor of heat. The app
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like four walls and between the walls 3, 4, 6 and 11 are spacers 7 made of poor heat conductor material, these parts being arranged so as not to impede the flow of gas. The tubular path 5, 5a and 5b constitutes the heat exchanger.
In this arrangement the circulation of gas can take place in three different ways. a) When cooling by means of the device, but not wishing to obtain vigorous cooling, valve S is closed and fan V or any other gas circulation system is stopped, valve S1 being open and the valve S3 being placed in a position such that it communicates the space comprised between the walls 3 and 4 with the pipe 5 and closes the space comprised between the walls 4 and 6.
As shown in the drawing, the carbonic acid gas produced escapes to the outside in a quantity which is by far the major part through the check valve S2 or the pipe 13, after passing through the heat exchanger 5 , 5a, 5b assuming that the check valve S2 opens in the direction of gas flow. b) If the valve S1 is closed and if the valve S3 is turned so that it closes the pipe 5 while making the spaces 3, 4 and 4, 6 communicate with each other, the gases necessarily pass through the openings 14 enter the space filled with uncompressed thermal insulation between the walls 6 and 11 and escape to the outside through the pipe 8.
For the reasons already indicated, the outer layer in this case provides very effective protection against heat, which means that the consumption of dry ice is minimal. c) If a strong cooling action is to be obtained, first of all the valves S and
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S1 and place the valve S3 in the same position as in the first case, that is to say so that it opens the path between the space 4, 6 and the pipe 5, then turn on the fan V . This has the effect that part of the carbon dioxide gas already heated in the heat exchanger 5, 5a, 5b returns directly to the container '1 through the pipe 12, cools there again and thus causes an energetic evaporation of the gas. block of dry ice, which results in an intense cooling action.
In this case, as has already been said, the carbonic acid gas circulating in the tubular systems 5 and 12 and in the intervals between the walls plays the same role of transmitting heat as the brine of the refrigerating machines *. The excess carbonic acid gas produced by the evaporation of the block of dry ice escapes outside through the pipe 13. When the fan is started, when there is still little circulation. carbonic acid gas. in the system, the check valve S2 prevents any harmful intake of atmospheric air.
According to the process described, only carbon dioxide gas circulates constantly in the installation, which suppresses the harmful effects of humidity in the air and ensures good thermal efficiency. In practice, many modifications can still be made to the details. It is for example possible to vary the number, the arrangement of the walls, the path of circulation of the gases, additionally to mount heat exchangers similar to the radiators of a steam heating installation and to connect the pipe 12 directly to these. exchangers or at any intermediate location.
In the installation shown in FIGS. 4 and 5, installation which can be used, for example, to cool
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coolers, the block of dry ice is also in container 1 and rests on supports 2 or 2a. The arrows shown indicate the path followed by the carbonic acid gas produced; in this path, the gas passes through the opening 1a of the receptacle 1 into the casing of the receptacle, which casing is formed by the walls 3 and 4.
On leaving this envelope, the gas passes through the heat exchanger, that is to say it passes through the pipes 5, the connection 5a and the return pipes 5b which can naturally all also be made in the form of radiators of any type, to arrive in the envelope between the walls 4 and 6 of the device and pass from there through the pipe 8, in whole or in part, either to the inside the cooler, either through the double walls or multiple walls, and if necessary also escape to the outside. The device can be constructed like that of FIG. 3, for example entirely in sheet metal, the corresponding parts of the walls being fixed together in the same way by the spacers 7.
For the introduction of the block of dry ice the device is divided at a suitable place, for example along the line aa, this division or the closure can be any and the shutter can be for example a screw shutter or bayonet, etc.
The apparatus is preferably mounted inside the cooler, in the upper part thereof, unlike known coolers in which the block of dry ice is placed in a container, for example a glass vase. Hat-shaped dewar lying mostly on the outside of the cooler, so that the surrounding environment unnecessarily brings a large amount of heat to the block of dry ice and the cooling action is exerted only by the carbonic acid gas, the cooling capacity of the block of dry ice can therefore only be used in a
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very small measure.
The device shown in figs. 6 and 7 are used to cool the milk in cans and it is mounted in the lid of the can, as shown in fig. 6. The block of dry ice A is placed between the stops 2a, 2a on the cover and the bottom of the container 1. The gases produced exit from the container 1, pass through the openings 1a and lb of this container. and enter the space between the walls 3 and 4 of the container, which space is divided into four channels by the partitions a and b.
The gas rises in channels Sa and Sb, then passes over the upper edges or passes through a row of holes in partitions a and b and passes through channels 4a and 4b to enter pipe 5 of the heat exchanger , after which it passes into the branch 5a of this exchanger, then into the channels 5c, and finally from there through the pipe 8 from which it escapes outside above the cover t. To prevent clogging, the orifices of the pipes 8 are preferably covered by means of a perforated sheet 9 or a similar part. The device is divided at a suitable place, eg along the p-p line for the introduction of dry ice.
The cooling action can be adjusted in each appliance exactly as in those of figs. 4 and 5, or else it is possible to mount, for example, for the purpose of adjustment, rings sliding up and down and closing or opening holes made in the walls.
In the apparatus represented by FIGS. 8 and 9 and used to prepare edible ice, the dry ice container 1 consists of a plunging body, for example a plunging bell and the block of dry ice A rests on the perforated grid 2 inside the bell, which has in its upper part the valve W opening inwards
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and held closed by the spring F when the apparatus is stopped; the spring F attacks according to the embodiment. ' one or the other arm of the two-arm control lever P and it is therefore constituted by a tension spring or a pressure spring.
The lever P, which is supported at 0, is connected to the control rod Z which opens the valve W when this rod is pulled, this valve being able to be kept open by fixing the rod in this position by means of any organs not shown. However, the valve W can also be omitted and the bell 1 can be made so as to be able to go up and down, the grid 2 then being fixed and independent of the bell. The edible ice-cream container K is located above the bell 1 and it has on its outer wall B, as shown in FIG. 10, a welded corrugated sheet C which extends quite far downwards and which together with the casing D constitutes the ducts El and E2 which are advantageously vertical.
On the upper part of the receptacle K or around this part, above the conduits E1 and E2, there are deflection plates L1 and L2, of appropriate shape, and holes U. The bell 1 is fixed to the casing C and it can be taken out upwards with the receptacle K, which is welded to C, with a view to renewing the supply of dry ice ;, out of the envelope H of heat-insulating material, which envelope is covered on the outside by the coating G. With the exception of container K, the apparatus is filled with a liquid with a low freezing point, such as toluene. The corrugated sheet C is closed at the bottom by the cover M which has a hole N in its center.
The operation of the device is as follows.
When the appliance is stopped, the valve W is closed and the
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bell 1 is filled with carbonic acid gas which emerges from the block of dry ice A, which means that the block does not come into contact with the liquid and that the gases which surround it give it little heat. The gases which are released in small quantities under these conditions exit the bell from below and rise through the liquid, in the conduits E1, to the exhaust ports U.
When the receptacle K is filled, at the moment of activation, with the material used to prepare the ice cream, and when the valve W is opened, the gases escape through this valve and liquid enters. into the bell from below, whereby more heat is supplied to block A and thus a strong evolution of gas occurs. According to the principle of the mammoth pump, the gas bubbles entrain the mixture of gas and liquid serving as brine, a mixture which has been cooled by dropping the quantity of heat necessary for gasification, this mixture being entrained towards the up with the gas through the conduits El, borrowing heat from the receptacle K and its contents and consequently causing the freezing of the latter.
The gases escape through the U ports when the mixture meets the L1 and L2 deflection plates, the gases then separate from the liquid, and the pure liquid, which has a higher specific gravity, descends through the conduits. E2 to enter the bell in a closed cycle through the hole N and bathe the block of dry ice A. The contents of the container K can be stirred, during the preparation of the ice, by hand or mechanically. When the preparation of the ice cream is finished, the valve W is closed again, the gases which are released push the liquid out of the bell and the appliance is returned to its initial state.
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The device shown in figs. 10 and 11 is constructed in a manner analogous to that of the device shown in FIGS. 8 and 9. The difference lies mainly in the construction of the dry ice container and the edible ice container. The receptacle K containing the edible ice cream is in fact annular in this case and it comprises in its center a tubular part T. The dry ice receptacle 1, in the form of a plunging body, closed at the bottom by a metal screen 2 , is introduced into this pipe T and constantly pushed upwards by the spring 3 which rests on the one hand on the ring 4 welded to the receptacle and on the other hand on the removable ring 6 which rests on a projection 5 of the pipe T. The cover 7, which can be screwed on the screw ring 8 welded to the upper part of the pipe T, serves to close the pipe T.
The cover 7 has in its center a stuffing box 9 in which the adjustment rod 10 can slide vertically in both directions. On the adjustment rod 10 is riveted, so as to be able to rotate, the support cross member 11 whose ends rest on the support ring 4 of the dry ice container 1, which makes it possible to vary the height of the container 1 by moving the adjustment rod 10. The adjustment rod 10 can be fixed at different heights by means of an adjustment pin 12 which can be introduced into a suitable hole in the row of holes made in this rod. To the outer casing of the receptacle K containing the edible ice cream is fixed a sheet metal casing C which constitutes the channels El, E2. This envelope is closed at the bottom by the partition M which has in its lowest part the return orifice N.
The other parts of the apparatus have a shape similar to that of the corresponding parts of the apparatus shown in figs. 8 and 9.
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The operation of this apparatus is also almost identical to that of the apparatus shown in Figs. 8 and 9. The difference is simply to turn the device on and off. Before switching on, fill the device with a suitable liquid such as toluene, by withdrawing the adjustment rod 10 to its highest position, then unscrewing the cover 7 and pressing in. the container for dry ice a quantity of liquid such that its level touches the metal mesh 2. This done, a block of dry ice A is introduced into the container 1 and this container is closed by means of the cover 8.
The material used to make the edible ice is then poured into the container K and the adjustment rod 10 is pushed back to its lowest position, after which the intense carbonation of the dry ice block A begins under the ac. - tion of the liquid arriving through the mesh of the screen 2.
The rest of the operation takes place as in the apparatus shown in figs. 8 and 9. The direction of flow of the rising mixture of liquid and gas, of the gas which has separated from the liquid and escapes to the exterior, as well as of the liquid which descends and returns to the vessel. , is indicated by arrows. The adjustment of the apparatus takes place very simply by moving the adjustment rod 10, and consequently the container 1, upwards or downwards. The stirring or trituration, by means of a spatula, of the material used to make the edible ice cream, can take place by hand or by means of mechanical devices.
In another embodiment of the ice-cream maker the dry ice container can also be mounted outside of the ice-cream container and to the side. In the latter case the ice-cream container
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this dryer which opens into the liquid container can also be fixed, the device being stopped by the discharge of the liquid contained in the container. For this purpose, a valve can be mounted, for example, in the flow pipe for the mixture of gas and liquid; when this valve is closed, the column of liquid is forced out of the liquid container into the return pipe by the gases which are evolved and the apparatus is thus stopped.
The apparatus shown schematically in fig. 12 comprises a container K for edible ice provided with ribs or fins R on its outer wall, but since the transmission of heat takes place in this case only by the circulating carbon dioxide gas. , it is necessary that the ribs have heat transmission surfaces that are relatively larger than in the devices shown in figs. 8 to 11. For the same reason the block of dry ice A rests on the ribbed body 2 of particular shape, which is further completed by the ribbed body 2b connected to 2 by the joints 2a.
These bodies, which are advantageously fixed to the receptacle with the interposition of heat-protecting materials, consist of numerous narrow ribs made of material which is a good conductor of heat, for example copper, and they are bathed by the gas current in the direction longitudinal ribs, which has the effect of considerably increasing the amount that can be supplied to block A in the unit of time. This ribbed body can also advantageously serve as a support for the block of dry ice in all the other devices according to the invention, when an intense cooling action is required.
The fan V driven by the electric motor El causes the gas to flow in the direction indicated by
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the arrows; the excess gases escape through the valve W which opens from the inside out and which can be connected if necessary by means of a pipe to a gasometer or the like for accumulating the gas, if necessary with interposition of heat exchangers, or simply these exchangers. The receptacle K comprises a stirrer, which is advantageously mechanical, and all the parts of the apparatus, with the exception of the motor, are coated with a good thermal insulation, the operating temperature being advantageously below -15 C and between -20 and -50 C and even lower.
The results given by this device are surprising; succeeded, for example, in freezing 3 liters of liquid mass, at room temperature, used to make edible ice cream, in five to eight minutes and thus obtain a perfect edible ice cream, in a device whose fan was actuated by a small 160 watt motor.
By giving suitable dimensions to the heat transmitting surfaces and ensuring good heat insulation, it is possible to ensure that the dry ice consumption of the apparatus shown in figs. 8 to 12 in continuous service is very low, this consumption also being minimal when the device is stopped, but still ready to operate, which is extremely important for such devices. These devices, which take up minimal space and are extremely clean, enable large quantities of perfect ice cream to be produced rapidly, continuously or as required, even in a sales room.
It is therefore not necessary to produce large quantities of edible ice in advance, which was absolutely essential up to now and always entailed inconveniences because of the difficulties of the preparation.
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conservation.
It is obvious that the invention is not limited to the embodiments described above and that many embodiments based on the principle indicated above are also possible within the framework of the invention, depending on the applications. .
CLAIMS ---------------------------
1 - Dry ice gasification process in a closed container protected from atmospheric air by avoiding the liquid phase and the presence of atmospheric air during operation, a process characterized in that the heat of gasification is provided, by fluid bodies in forced circulation through the receptacle or by circulating in layers around the receptacle, or around the receptacle and through it, at an adjustable speed, for example by the carbonic acid body given off by dry ice or ice from a foreign source, with or without other gases and vapors, liquids which may drip at a low freezing point, with or without carbon dioxide or other gas,
and taken in whole or in part from bodies to be cooled located outside the container, advantageously in heat exchangers.