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MACHINE FRIGORIFIQUE.
L'invention concerne une machine frigorifique à cycle fermé, dont le fluide actif est constitué par une certaine quantité de gaz, de composi- tion chimique invariable.
De telles machines frigorifiques sont connues et comprennent en- tre autres les machines frigorifiques fonctionnant;suivant le principe inver- se de celui du moteur à gaz chaud et qui sont entraînées par un moteur, par exemple un moteur électrique ou un moteur à essence. La quantité totale d'é- nergie absorbée par la machine frigorifique, énergie qui est constituée par de l'énergie thermo-dynamique et de l'énergie de frottement est donc fournie à la machine sous forme d'énergie mécanique.
L'invention fournit une machine frigorifique dans laquelle une grande partie de l'énergie nécessaire à l'entraînement de la machine est fournie à celle-ci sous forme d'énergie calorifique, tandis que l'énergie mécanique nécessaire à la machine est assez petite, Suivant la présente in- vention, cette énergie mécanique est essentiellement utilisée pour le dépla- cement des pistons de balayage. Par pistons de balayage, on entend ici une pièce dont les deux faces terminales influencent un espace de volume variable alors que les pressions régnant à chaque instant dans les deux espaces sont égales entre elleso
En fournissant, conformément à l'invention, l'énergie requise sous forme d'énergie calorifique et non d'énergie mécanique, on peut amélio- rer notablement le rendement de l'installation frigorifique.
En effet, dans ce cas, il n'est pas nécessaire, comme pour les moteurs électriques et les moteurs à essence, de convertir l'énergie calorifique en énergie mécanique avant de la fournir à la machine frigorifique.
Dans' la machine frigorifique conforme à l'invention deux bala- yeurs se déplacent avec un décalage constant, une surface active de l'un des balayeurs influençant le volume d'une chambre chaude et l'autre, le volume
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d'une chambre maintenue à une température moyenne,tandis qu'une surface active de l'autre balayeur influence aussi le volume de la chambre à tem- pérature moyenne et 1-'autre., le volume de la chambre de congélation, les variations de volume de la chambre chaude étant décalées en avant par rap- port à celles de la chambre de congélation., De plus, à chaque instant, la somme de ces volumes est pratiquement constante et la chambre chaude et la chambre de congélation communiquent, chacune par l'intermédiaire d'un ré- chauffeur, d'un récupérateur, et d'un réfrigérant,
avec la chambre à tempé- rature moyenne, cependant que le produit v.Tk/Tv de la machine frigorifique Tv est compris entre 0,5 et 2,5.
Dans la machine conforme à l'invention, la température de la chambre chaude est assez élevée, par exemple 900 degrés absolus. La tempé- rature de la chambre à température moyenne est beaucoup plus basse, par exemple 325 degrés absolus, et la température de la chambre de réfrigération est plus basse encore, par exemple inférieure à 273 degrés absolus.
Par réchauffeur, il y a lieu d'entendre ici un échangeur de chaleur qui permet de fournir de l'énergie calorifique au fluide actif de la machine frigorifique. La fourniture d'énergie calorifique au réchauf- feur qui se trouve à proximité de la chambre chaude maintient celle-ci à une température élevée. Dans le voisinage de la chambre de congélation se trouve un autre échangeur de chaleur à l'aide duquel de l'énergie calorifique est fournie (à température assez basse) au fluide actif dans la machine fri- gorifique. Ce dernier réchauffeur sera appelé par la suite "congélateur".
Par réfrigérant, on entend un échangeur de chaleur à l'aide du- quel de l'énergie calorifique est prélevée du fluide actif.
Le rapport du volume maximum de la chambre de congélation à ce- lui de la chambre chaude sera désigné ici par V. La température absolue de la chambre se trouvant à la température¯moyenne est Tk, et la température absolue de la chambre de réfrigération est T v
La Demanderesse a constaté que la machine frigorifique confor- me'à l'invention fournit de bons résultats lorsque le produit vo Tk est
T compris entre 0,5 et 2,50 v
La machine frigorifique conforme à l'invention peut être en- . traînée par un moteur d'assez faible puissance qui ne doit fournir que l'énergie nécessaire pour vaincre le frottement des balayeurs pendant leur mouvement d'aller et de retour.
Cette quantité d'énergie est assez faible, car chacun des balayeurs influence le volume de deux chambres qui communi- quent toujours librement entre elles.
Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, les deux balayeurs sont conjugués avec un vilebrequin commun, tandis que leurs axes forment un angle de l'ordre de 90 et que les chambres tournées vers le vilebrequin constituent ensemble la chambre à température moyenne. Cet- te forme de réalisation de l'invention permet non seulement de limiter au minimum les espaces morts, mais en outre, d'obtenir un bon équilibrage de la machine frigorifique; deplus, la distance comprise entre la chambre chaude et la chambre de congélation est grande.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
Les figures 1 à 5 'donnent quelques diagrammes de la machine fri- gorifique représentée sur la Fig.7, tandis que la fig.6 est une autre for- me de réalisation de la machine frigorifique conforme à l'invention.
Dans la machine frigorifique conforme à l'invention, les mouve- ments des balayeurs sont harmoniques, de sorte que dans le cas d'une bielle de longueur infinie le diagramme donnant les positions dû balayeur en fonc-
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tion de la rotation en degrés de la manivelle est une sinusoïde.
Sur la fig. 1, on a porté en abscisses l'angle de la manivelle exprimé eh degrés et, en ordonnées, le volume des chambres ainsi que la pres- sion du fluide actif. Sur cette figure, les sinusoïdes en traits pointillés représentent les positions successives des balayeurso
La ligne en pointillés 1 donne les positions du balayeur qui in- fluence le volume de la chambre chaude tandis que la ligne en pointillés 2 donne celles du balayeur qui influence le volume de la chambre de congélation.
Pour plus de simplicité, on a remplacé sur la figol, les sinusoïdes par des lignes droites brisées et de plus, on a admis que l'espace mort de la machine est égal à zéro. La partie hachurée I donne le volume utile de la chambre de congélation, les surfaces II, celui de la chambre chaude et les surfaces III, celui des chambres qui se trouvent à la température moyenne. La fig. 1 donne aussi, d'une façon très simplifiée, les variations de la pression du fluide 'actif. La pression est maximum pour un angle de manivelle de 0 et de 360 , et elle est minimum pour un angle de 180 .
La fig. 2 donne,dans un cylindre commun, pour des angles de ma- nivelle qui diffèrent chaque fois de 90 par rapport au précédent, les posi- tions relatives des deux balayeurs. Ces positions correspondent aux points A, B, C et D de la figo la Comme le montrent ces figures, lors du déplace- ment des balayeurs de la position a vers la position b et de la position b vers la position c, il se produit une détente alors que, pendant le mouve- ment des balayeurs de la position ± vers la position d et de la position d vers la position a. il se produit de la compressiono
Les figso 3, 4 et 5 représentent schématiquement les diagrammes pv de la chambre de congélation, de la chambre chaude et de la chambre se trouvant à la température moyenne.
Sur ces diagrammes, on a porté en abscis- ses le volume des chambres et en ordonnées la pression régnant dans ces chambres. Le volume maximum de la chambre à température moyenne est égal à la somme du volume de la chambre chaude et de celui de la chambre de congé- lation, de sorte que la base du diagramme de la fige 5 est aussi égale à la somme des bases des diagrammes de la figo 3 et de la figo 4.
La figa 1 montre que, dans le cas de la machine frigorifique à laquelle elle se rapporte et qui est représentée sur la fige 7, le rapport v du volume maximum de la chambre de congélation à celui de la chambre chau- de est de 1,2. En outre, dans cette machine, la température de la chambre chaude est de 810 degrés absolus, celle de la chambre à température moyenne de 325 degrés absolus et celle de la chambre de congélation, de 230 degrés absolus.
EMI3.1
Le produit v. 1 ±k = 152. 325 = 195bo Tu 250
Cette machine frigorifique a une puissance de réfrigération uti- le de 1000W; l'énergie calorifique qui lui est fournie est de 2000 W tandis que l'énergie mécanique qui lui est fournie n'est que de 400 Wo
Les diagrammes représentés sont purement théoriques et les dia- grammes réels obtenus sur'la machine peuvent affecter une forme quelque peu différenteo C'est ainsi que la forme non rigoureusement sinusoïdale du mou- vement des balayeurs affectera le diagramme. De plusles variations de pres- sion diffèrent de celles représentées sur la fig. 1.
La figo 6 montre une forme de réalisation de la machine frigorifi- que conforme à l'inventiono Dans les cylindres 10 et 11 se déplacent respec- tivement les balayeurs 12 et 13. Le balayeur 12 comporte une tête 12a pour réduire la perte de chaleur de la chambre chaude vers la chambre se trouvant à température moyenne et pour maintenir froide la portée glissante du balayeur 12. La chambre formée au-dessus du'balayeur 12 est la chambre chaude 14 qui communique avec la chambre. 18 par l'intermédiaire d'un réchauffer à tubes 15, d'un récupérateur 16 et d'un réfrigérant 17.
La chambre 18 communique li- brement avec la chambre 20, par l'intermédiaire du canal 19 Les espaces 18,
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19 et 20 forment ensemble la chambre se trouvant à la température moyenne.
La chambre 20 communique, par l'intermédiaire du réfrigérant 21, du récupé- rateur 22 et du congélateur 23, avec la chambre de congélation 24. La cham- bre de congélation 24 et le congélateur 23 se trouvent dans l'enceinte à refroidir 25.
A la chambre chaude 14 on fournit, à l'aide du brûleur 26, de l'énergie calorifique. Les gaz de combustion quittent le réchauffeur en 27.
Ces gaz peuvent préchauffer, dans un dispositif non représenté sur le des- sin, l'air de combustion nécessaire au brûleur 26. Les balayeurs 12 et 13 sont reliés au vilebrequin à l'aide d'un mécanisme de bielles et se dépla- cent avec un décalage de 120 , de 'façon que les variations de volume de la chambre chaude 14 précèdent celles de la chambre de congélation 24. Le mou- vement des balayeurs est obtenu à l'aide du moteur électrique 29 qui ne doit fournir essentiellement que l'énergie nécessaire pour provoquer le mouvement de va-et-vient des balayeurs. Cette quantité d'énergie est assez petite, en- tre autres aussi parce qu'à chaque instant, les deux balayeurs sont pratique- ment soumis à la même pression des deux cotés.
Dans cette machine, la tempé- rature de la chambre chaude est T = 900 degrés absolus, celle de la chambre à température moyenne est Tk= 300 degrés absolus, et la température de la chambre de congélation est Tv= 280 degrés absolus. Le rapport du volume maxi- mum de la chambre de congélation à celui de la chambre froide à savoir le facteur v, est égal à 1,6. Dans cette machine, le produit v. Tk = 1,6.
360 = 2.15. Tv 280
La machine conforme à cet exemple de réalisation convient aux installations dites de conditionnement d'air.
Un autre choix des dimensions de la machine permet aussi de con- struire des machines frigorifiques qui, en un seul étage, refroidissent jus- qu'à 150 absolus, voire plus bas encore.
La machine frigorifique représentée sur la fig.7 refroidit jus- qu'à 250 degrés absolus. En principe, cette machine est réalisée conformé- ment aux données des diagrammes 1 à 5.
Cette machine frigorifique comporte deux balayeurs 31 et 32 dont les axes forment un angle de 90 , Les balayeurs sont accouplés par des bielles 33 et 34 à la manivelle commune 35 du vilebrequin 36. Les balayeurs 31 et 32 se déplacent respectivement dans les cylindres 37 et 38. L'espace 39 au-dessus du balayeur 31 muni d'ùne tête est la chambre chaude de la ma- chine frigorifique, et cette chambre communique librement, par l'intermé- diaire du réchauffeur à tubes 40, du récupérateur 41 et du réfrigérant 42, avec la chambre 43 se trouvant sous le balayeuro La chambre 43 communique, par un canal 44, avec la chambre 45 qui se trouve à gauche du balayeur 32.
La chambre 43, le canal 44 et la chambre 45 forment ensemble la chambre se trouvant à la température moyenne. La disposition des balayeurs sous un angle de 90 , permet de réduire au minimum le volume du canal 44, de sorte que l'espace mort des machenes frigorifiques est également très petit. En outre, grâce à cet agencement, la distance comprise entre la chambre chau- de et la chambre de congélation est très grande. La chambre 45 communique librement, par 1''intermédiaire du réfrigérant 46, du récupérateur 47 et du congélateur 48, avec la chambre de congélation 49.
A la chambre chaude on fournit, à l'aide du-brûleur 50, de l'é- nergie calorifique, de sorte que cette chambre est constamment maintenue à une température élevée, par exemple 810 degrés absolus. Les gaz de combus- tion quittent le réchauffeur en 51.La chambre de congélation 49 et le con- gélateur 48 se trouvent dans un local 53 qui doit être maintenu à une tem- pérature très basse. La machine frigorifique est entraînée par un disposi- tif non représenté sur le dessin d'une façon telle que les variations de volume de la chambre chaude 39 soient décalées en avant par rapport à cel- les de la chambre de congélation 49.
En même temps, le rapport du volume
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maximum de la chambre chaude à celui de la chambre froide, ainsi que le rap- port de la température de la chambre chaude à celle de la chambre de congéla- tion, sont choisis de façon que le produit vo Tk soit compris entre 0,5 et 2,5. Tv
Dans cette machine, comme le mentionnent déjà les figures 1 à 5, la température de la chambre de congélation est de 250 degrés absolus et celle de la chambre à température moyenne de 325 degrés absolus.