BE570246A - - Google Patents

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BE570246A
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liquid
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D16/00Devices using a combination of a cooling mode associated with refrigerating machinery with a cooling mode not associated with refrigerating machinery

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Description


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   On connaît déjà des appareils frigorifiques utilisant, entre la source de froid et le milieu à refroidir, un liquide intermédiaire. 



   Pans une réalisation connue, ce liquide est volatil à basse tempéra- ture (liquide frigorigène) et la source de froid est en contact avec la vapeur de ce liquide, tandis que la phase liquide est en contact thermique, par un échan- geur, avec le milieu à refroidir. 



   Ainsi, la chaleur du milieu à refroidir vaporise le fluide frigo- rigène, qui est à nouveau condensé par la source de froid, ce qui assure le trans- fert des frigories de la source de froid au milieu à refroidir. Cependant, étant donné la faible chaleur spécifique du liquide frigorigène, la capacité   d'acoumu   lation de froid d'un tel appareil est pratiquement négligeable. 



   On a déjà pensé, en particulier pour le refroidissement rapide d'une quantité importante de fluide, à utiliser, comme liquide intermédiaire, un li- quide congelable, tel que de l'eau, et à immerger dans celui-ci la source de froid, en particulier l'évaporateur d'une machine frigorifique, et un circuit de refroidissement traversé par un fluide à refroidir. Il se forme ainsi sur 1' évaporateur une couche de liquide congelé constituant une réserve de froid, qui, par sa fusion, contribue, au moment du besoin, au refroidissement du flui- de à refroidir. 



   Les résultats obtenus sont toutefois médiocres car les transferts thermiques sont dus essentiellement aux lents courants de convection à l'inté- rieur du liquide intermédiaire non congelé et, pour les améliorer, il est néces- saire d'utiliser un agitateur mécanique de la masse liquide. 



   La présente invention a pour objet un appareil frigorifique à accu- mulation qui remédie à ces inconvénients en permettant, sans source d'énergie extérieure d'agitation, des échanges accélérés à travers un milieu liquide entre la source de froid et le milieu extérieur. 



   Selon l'invention, l'appareil comprend, dans une enceinte, une pha- se solide, au moins une phase liquide du même corps que ladite phase solide et au moins une phase gazeuse remplissant un espace libre de la partie supérieure de cette enceinte et comprenant la vapeur d'une phase liquide, vers la partie su- périeure, une source de froid et, enfin, vers la partie inférieure un échangeur de mise en contact thermique d'une phase liquide, située à la base de cette en- ceinte, avec le milieu à refroidir, la pression de la phase gazeuse libre étant réglée pour permettre l'ébullition de cette dernière phase liquide lors d'un ap- port calorifique dans l'enceinte par l'intermédiaire de l'échangeur. 



   Les trois phases liquide, solide et gazeuse peuvent appartenir à un corps unique (pur ou constitué par un mélange), auquel cas la température de fonctionnement de l'appareil, ainsi que la pression de vapeur qui règne à l'inté- rieur de l'enceinte correspondent sensiblement au "point triple" de ce corps,   c'est-à-dire   au point du plan pression-température auquel coexistent simultané- ment en équilibre les trois phases: solide, liquide et vapeur de ce corps. 



   Dans ce cas, on peut considérer (en faisant abstraction des diffé- rences de température à l'intérieur de 1!appareil et des gradients de variation de ces différences) que la source de froid congèle le liquide à la température de ce point triple et que ce liquide, soumis à la seule pression de sa vapeur, bout également à cette température, lors d'un apport de chaleur par l'échangeur. 



   Les bulles de vapeur ainsi formées, qui tendent à gagner l'espace libre, viennent ainsi au contact de la phase solide, en provoquent la fusion et retournent, après condensation, au sein du liquide où elles amènent à l'échan- geur des frigories et ceci sensiblement à la température du point triplé. 



   On peut cependant retarder cette ébullition, c'est-à-dire augmenter la température à laquelle elle se produit, en ajoutant un gaz inerte dans ledit 

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 espace libre, de faon que   sapression   s'ajoute à celle de la vapeur. 



   Dans ce cas, les échanges thermiques intenses résultant de   l'ébulli-   tion se produisent à un palier de température supérieure, c'est-à-dire que les frigories sont cédées à une température supérieure à celle de la congélation du liquide. 



   L'utilisation d'un liquide unique en équilibre avec sa phase solide et sa phase vapeur présente toutefois d'assez sérieuses difficultés de réglage et de mise en oeuvre. Aussi, dans une forme avantageuse de réalisation de l'in- vention, on sépara les fonctions d'accumulation de froid et de formation de la vapeur destinée à accélérer les échanges thermiques, en utilisant deux liquides : l'un dense et volatil, l'autre plus léger et congelable, non miscibles entre eux. 



   Dans ce cas, l'appareil comprend, dans l'enceinte étanche, la super- position de bas en haut du liquide volatil, du liquide congelable, de plus fai- ble densité que ledit liquide volatil et pratiquement non miscible aveccelui-ci, et d'un espace libre occupant la partie supérieure de ladite enceinte, une sour- ce de froid étant immergée dans le liquide congelable, tandis que le liquide volatil peut être mis en contact thermique par l'intermédiaire d'un échangeur avec le milieu à refroidir. 



   Dans un tel appareil, la phase gazeuse de l'espace libre contient au moins la vapeur saturée du liquide volatil ; deux phases liquides sont super- posées en fonction de leur densité et la phase solide est constituée par le li- quide congelable solidifié au contact de la source de froid. 



   Comme dans le cas d'un seul liquide, il est produit un échange ré- versible entre la vapeur du liquide volatil formée au contact'de l'échangeur et qui tend à venir occuper ledit espace libre, et la vapeur saturée que contient déjà ledit espace, laquelle en se condensant peut retourner par gravité vers le fond de l'enceinte à travers le liquide congelable subsistant. 



   Ces   go-uttes   de vapeur condensée sont refroidies par leur passage dans le liquide congelable en y provoquant une fusion de la partie de ce.liquide so- lidifiée; elles refroidissent donc en y parvenant le liquide volatil et lui per- mettant de céder des frigoriès au milieu à refroidiro 
L'enceinte et l'échangeur peuvent être aménagés pour que la'vapeur du liquide volatile formée au cont'act de cet échangeur, arrive directement dans l'espace libre supérieur pour se condenser dans celui-ci et retomber en   gottelet-   tes à travers le liquide oongelable pour se refroidir au passage dans celui-ci. 



   Mais on peut également   dispdser   l'échangeur au sein du liquide vo- latil de façon que' les   'bulles   de vapeur s'élèvent directement dans le liquide congelable, auquel cas la condensation au moins partielle de ces bulles pont s' effectuer au sein du liquide cpngelable sans qu'il soit nécessaire qu'elles at- teignent l'espace libre. 



   Comme précédemment, l'espace libre peut être vide de tout gaz et con- tenir seulement la vapeur du liquide volatil (ainsi qu'un peu de la vapeur du liquide congelable), vapeurs dont la tension correspond à la température dudit espace libre; celle-ci est essentiellement définie par le point de solidification   du.liquide   congelable, étant dbnné que l'espace libre est en étroit contact ther- mique avec ce liquide congelable, La phase vapeur du liquide volatil est ainsi en équilibre avec la phase liquide de celui-ci, lequel subit la pression de cette vapeur majorée de Jla hauteur de la colonne de liquide congelable qui le surmon- te.

   Or, on peut choisirun liquide volatil tel que sa tension de vapeur sait for- te à la température de solidification du liquide congelable, de sorte que cette surcharge est alors relativement faible et que, dès l'apport de calories du milieu à refroidir, l'ébullition du liquide volatil se produit à une température très peu supérieure   à   celle de sa phase vapeur, c'est-à-dire la température du   li'quide   congelable partiellement solidifié. Dans ce cas, l'appareil est en mesure de four- 

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 nir du froidà une température voisine de celle de ce liquide congelable. 



   Cependant, comme dans le cas d'un seul liquide,si l'espace libre con- tient, en outre, un gaz, la pression subie par le liquide volatil est majorée de la pression de ce gaz, de sorte que son point d'ébullition se trouve relevé; dans ce cas, le transfert de frigories du liquide volatil à l'échangeur s'effec- tuant essentiellement par la vaporisation de ce liquide au contact de l'échan- geur, la température d'échange est celle du point d'ébullition du liquide vola- til qui alors peut être de plusieurs degrés supérieure à ce qu'elle serait en 1' absence de gaz dans l'espace libre. 



   Il est ainsi possible d'accumuler des frigories à une température très basse pour ne les céder qu'à une température plus élevée. Ceci peut être intéressant par exemple dans le cas du refroidissement des boissons avec de 1' eau comme liquide congelable, car la température optimum des boissons fraîches est de l'ordre de 8 à 10 degrés. 



   Dans tous les cas donc, avec un, et spécialement avec deux liquides, il est possible, par le   choix   d'un liquide congelable déterminé, de choisir un palier thermostatique de fonctionnement de l'appareil et une relation tem- pérature-pression   qui,définit   le palier auquel les frigories de l'appareil peu- vent être prélevées. 



   Dans l'appareil selon l'invention, la puissance de production de froid de la source peut être fournie de façon continue, tandis   quels   froid obtenu peut être prélevé de manière discontinue, il suffit seulement que la production de froid totale, pendant un temps déterminé, soit égale à la somme des prélèvements discontinus de froid. 



   De préférence, la puissance de production de froid de la source est choisie supérieure à la moyenne des prélèvements discontinus et l'appareil com- porte des moyens pour arrêter le fonctionnement de la source de froid après la solidification d'une quantité déterminée de liquide. Ces moyens peuvent être a- vantageusement basés sur la variation de volume de la masse du liquide congela- ble lorsque se produit une solidification partielle de celle-ci ou sur la varia- tion de niveau qui en résulte directement. On peut aussi utiliser tout autre critère permettant le contrôle de la quantité relative de la phase solide par rapport à la phase liquide dans le liquide congelable. 



   Un tel contrôle de la solidification du liquide congelable évite, en cas de prélèvements de froid trop espacés, la prise en masse de ce liquide ce qui, empêchent les échanges thermiques avec le liquide volatil, pourrait, en cas de vaporisation   abopdante   de celui-ci, aller jusqu'à provoquer un éclatement de l'appareil. 



   Le liquide congelable peut être avantageusement de l'eau, lorsque la température désirée est voisine de zéro degré, étant donné, d'une part, sa puissance d'accumulation de froid (80 frigories par kilogramme de glace) et, d'autre part, son augmentation considérable de volume avec la congélation qui facilite le réglage de la quantité de liquide congelé. 



   On peut aussi, lorsque des températures différentes sont nécessaires, utiliser d'autres liquides congelables ou des solutions qui peuvent être   eutecti   ques ou non. 



   Le liquide volatil est avantageusement un des dérivés   chlorofluorés   du méthane ou de l'éthane, composés connus commercialement sous le nom de     Fréons  '   dont la densité est élevée (de l'ordre de 1,5) et dont les points d'ébullition sont inférieurs aux températures ambiantes normales. En particulier, le dichloro- tétrafluoroéthane ("Fréon   114"),   dont la température d'ébullition est voisine de quatre degrés à la pression atmosphérique et qui n'est pratiquement pas miscible à l'eau, est particulièrement approprié pour être associé à l'eau comme liquide congelable. 

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   La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à ti- tre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. 



   Les figures 1 et 2 montrent schématiquement en coupe verticale deux exemples d'appareils salon l'invention utilisant un seul liquide et destinés au refroidissement de fluides. 



   La figure 3 montre en coupe verticale schématique un appareil   à deux   liquides, destiné au refroidissement de fluides. 



   La figure 4 montre une variante d'un tel appareil destiné au refroi- dissement d'une enceinte. 



   Les figures 5 et 6 montrent deux autres variantes d'appareils pour le refroidissement de fluides. 



   Les figures 7 et 8 sont des diagrammes température-pression permet- tant de bien comprendre le fonctionnement de ces appareils. 



   Les appareils montrés sur les figures 1 et 2 sont constitués par un réservoir étanche et calorifugé 1 contenant, vers sa partie supérieure, la sour- ce de froid, en l'espèce un évaporateur 2 d'une machine frigorifique non repré- sentée. Cet évaporateur est constitué par exemple par un tube enroulé en hélice. 



   A la partie inférieure de ce réservoir est disposé l'échangeur 3 constitué aussi par exemple par un tube enroulé en hélice et destiné à être parcouru intérieure- ment par un fluide à refroidir. 



   Dans le cas de la figure 1, le réservoir, pratiquement vide de tout gaz, contient un liquide aqueux L convenablement dégazé, dont le niveau s'élève en ZZ, c'est-à-dire submerge 1 évaporateur 2 et l'échangeur 3. L'espace E con- tient donc essentiellement la vapeur du liquide L. Lorsque l'évaporateur 2 fonc- tionne, une couchs de glace G se forme à sa surface et le liquide L, ainsi que la vapeur de l'espace E, sont refroidis à cette température de congélation de ce liquide. 



   Aussi, lorsque le liquide L est de l'eau pure, un équilibre tempéra- ture-pression s'établit dans l'appareil, équilibre qui correspond au point T de la figure 7. On rappellera que ce point T (point triple) est le point de rencontre    des courbes C1, C2 et C3 qui correspondent respectivement, dans le plan température t et pression p, à l'équilibre entre le liquide et la vapeur, le liquide et   le solide, le solide et la vapeur.   @   
On sait que pour l'eau ce point correspond à une pression   P   de 4,5 mm de mercure et à une température tO extrêmement voisine de zéro degré. Sui ce plan, l'espace I correspond, on le sait, à la phase vapeur, l'espace II à la phase liquide, l'espace III à la phase solide. 



   Dans ces conditions, un apport de chaleur par l'échangeur déplace 1' équilibre établi au point T dans le sens de la flèche f (pression constante),   c'est-à-dire   qu'il se produit une ébullition de l'eau; les bulles de vapeur vien- nent dans l'eau refroidie par la glace G et, au contact de celle-ci, se condensenl puis, condensées, reviennent refroidir le liquide qui est au contact de   l'échan-   geur 3. 



   Si le liquide n'est pas de   11-eau   pure, mais une solution d'un corps abaissant le point de congélation, la courbe d'équilibre entre le liquide et sa   vapeur n'est plus la courbe C1, mais la courbe C' (tension de vapeur plus faible; de sorte que l'équilibre s'établit autour du point T qui est également un point   triple entre les courbes C'2,C'1 et C3. 



   L'appareil fonctionne alors sous la pression P et à une température   t1, respectivement plus basses que PO et tO. Par la quantité et la nature du corps 1 O O   

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 mis en solution dans l'eau, on peut choisir la température t1 désirée de fonction- nement de l'appareil. 



   Cependant, au voisinage du point triple (T ou T1) les pressions po et P1 sont faibles en valeurs absolues et, de plus, les courbes C1 et C'1 ont une faible pente, de sorte qu'une très faible quantité de gaz compris dans l'espace E suffit à modifier considérablement les conditions de fonctionnement. 



   Ainsi, si la pression dans cet espace libre est égale à P2, la tempé- rature d'ébullition au contact de l'échangeur 3, c'est-à-dire la température à laquelle le froid est cédé au milieu à refroidir, sera égale à t2 nettement au- dessus de la température to. Une très faible quantité de gaz inerte ajoutée dans l'espace libre modifie donc considérablement la température à laquelle les frigories sont cédées au milieu à refroidir. 



   Dans le cas de l'eau où d'un liquide aqueux (figure 1) qui, passant à l'état de glace,augmente considérablement de volume (de l'ordre de 10   %),   la quantité de glace formée peut être évaluée par un dispositif D de contrôle du niveau ZZ (dispositif s'immergeant lorsque le niveau monte et dont des exemples seront décrits en regard des figures 3 et 5). 



   On peut cependant utiliser un autre corps que l'eau choisi en raison des coordonnées (pression et température), de son point triple et dont, comme pour la plupart des corps, le volume diminue lors de la solidification. Dans ce cas, on peut utiliser la disposition de la figure 2 dans laquelle l'évapora- teur 2 est au-dessus du niveau ZZ du liquide L0. 



   Dans ce cas, le solide se forme hors du liquide, sur la surface de l'évaporateur 2, surface qui peut être aménagée pour retenir momentanément le liquide condensé afin de le solidifier. 



   Dans ce cas aussi, le contrôle de la quantité de solide formé peut être obtenu par un dispositif analogue D mais qui, cette fois, le niveau ZZ s'a- baissant lors de la solidification, émerge lorsque la quantité désirée de li- quide s'est solidifiée sur l'évaporateur 2. 



   Le fonctionnement est pratiquement le même que précédemment, à cette différence près que les bulles de vapeur viennent directement se condenser sur le liquide solidifié pour retomber en gouttes refroidies dans le liquide L0. 



   Comme précédemment, une petite quantité de gaz inerte et insoluble dans le liquide Lo peut régler la température de fonctionnement de l'échangeur 3. 



   Les très faibles tensions de vapeur au voisinage du point triple et la faible pente des courbes C1 nécessitent un réglage parfait du vide pratiqué dans le réservoir 1 ou de la quantité de gaz qui y subsiste. 



   Il est en conséquence préférable, selon l'invention, d'utiliser deux liquides : l'un congelable qui fournit la réserve de froid par sa solidification, l'autre volatil et dont, par conséquent, la tension de vapeur est forte, ce qui rend beaucoup moins critiques les réglages de pressions. 



   Ainsi, sur la figure 3, la partie inférieure du réservoir 1 contient un liquide volatil et dense L2, par exemple du dichlorotétrafluoroéthane (C2Cl2F4 "Fréon   114"),   dans lequel baigne l'échangeur 3. Le liquide L2 arrive normalement jusqu'au niveau XX. Le réservoir contient en outre un autre liquide L1 qui est congelable, de plus faible densité que le liquide L2 et non miscible avec celui- ci, et qui, par conséquent, s'établit en totalité au-dessus du niveau XX et s'é- lève jusqu'en YY de façon à submerger totalement l'évaporateur 2. Lorsque le liquide L2 est du "Fréon 114", le liquide L1 peut être de l'eau ou un mélange d'eau et d'un produit abaissant le point de congélation de celle-ci. 



   Si le réservoir était vide d'air lors de la mise en place des liqui- des L1 et L2, au-dessus du niveau YY, l'espace libre E est occupé par la phase gazeuse du liquide volatil L2 et par une faible quantité de vapeur du liquide L1, 

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 fonction de la température de celui-ci. La pression qui règne sur le liquide L2 est celle de l'espace E (c'est-à-dire, d'après la loi de Dalton, la somme des ten- sions de vapeur saturée des liquides L1 et L2 à la température considérée), pres- sion majorée du poids de la colonne de liquide L1 placée au-dessus de la phase liquide de ce liquide L2. 



   A sa partie supérieure, le réservoir représenté comporte deux traver- sées étanches et isolantes 4 et 5, permettant de faire sortir de celui-ci des fils conducteurs 4a et 5a reliés respectivement à des électrodes 6 et 7 qui, lorsque l'appareil ne fonctionne pas, sont au-dessus du niveau YY et, par conséquent, dans l'ambiance de la phase gazeuse du liquide volatil L2. 



   Les conducteurs 4a et 5a sortant du réservoir sont reliés, par les bornes B1, B2, à un circuit électrique susceptible d'être parcouru.par du courant alternatif, circuit dans lequel est monté un dispositif de relais normalement fer- mé en l'absence de courant dans ledit circuit. 



   En raison du caractère diélectrique des vapeurs du liquide L2 (en particulier dans le cas du Fréon 114), il ne passe aucun courant dans le circuit aboutissant aux bornes B1 et B2 tant que les électrodes 6 et 7 sont hors du liqui- de L1. 



   Lorsque le courant alimente le groupe frigorifique relié à l'évapora- teur 2, l'eau qui entoure cet évaporateur se refroidit puis, ensuite, commence à se congeler sur les parois extérieures de celui-ci en formant une gaine solide 
G. L'augmentation importante du volume de l'eau, lorsque celle-ci se congèle, fait progressivement monter le niveau YY, car le niveau XX varie peu, d'une part, par suite des faibles différences de densité du liquide L2 aux températures pré- vues pour le fonctionnement de l'appareil et, d'autre part, en raison de la fai- ble variation de la masse de la phase gazeuse par rapport à la masse de la phase liquide. 



   Le relèvement du niveau YY lors de la congélation de L1 permet donc, en plaçant les électrodes 6 et 7 à une distance convenable du niveau de repos 
YY, de régler avec une précision suffisante la quantité de liquide congelé (de glace par exemple) que l'on désire accumuler sur l'évaporateur 2. En effet, lorsque le niveau YY atteint les électrodes, un courant électrique s'établit en- tre elles et actionne le relais prévu de manière à arrêter le fonctionnement du groupe frigorifique. On peut augmenter la conductivité de l'eau par une légère addition de sels alcalins par exemple. 



   L'accumulation de glace jugée convenable étant ainsi constituée, si l'échangeur 3 est parcouru intérieurement par un liquide à refroidir, il se pro- duit un apport de calories à travers ses parois, qui se transmettra au liquide 
L2, ce qui aura pour effet de le porter à l'ébullition, si la température de ce liquide à refroidir est supérieure à la température d'ébullition du liquide L2 déterminée par la pression dans l'espace E et par la hauteur du liquide L1. 



   Ces bulles b de vapeur ainsi dégagée s'élèvent et traversent le li- quide L1 dans sa partie non congelée. Elles tendent à traverser le liquide L1 refroidi qui entoure l'évaporateur 2 et le solide congelé formé à sa surface; de ce fait, ces bulles se refroidissent et se condensent en liquide, soit au cours de leur trajet   ascendant   au sein de la masse d'eau, soit sur la surface YY de l'eau. La vapeur de liquide L2 retournant ainsi à l'état de liquide fortement refroidi, retombe sous forme de gouttes à travers la masse de liquide L1, en rai- son de la forte différence de densité des deux liquides. Ces gouttes' en retour amènent les frigories au liquide L2 puis à l'échangeur 3. 



   Lorsqu'une certaine quantité de liquide solidifié L1 a fondu, le ni- veau en baissant découvre les électrodes 6 et 7 et remet en marche le compresseur frigorifique par l'intermédiaire du relais ajoutant ainsi la puissance instanta- née disponible du compresseur au frigories libérées par fusion du liquide conge- lé. 

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   Le diagramme de la figure 8 montre schématiquement les conditions de fonctionnement de cet appareilo 
Comme sur la figure 7, les courbes C1, C2 et C3 correspondent au li- quide congelable L1 et la courbe C4 correspond à l'équilibre liquide-vapeur du liquide L2. A la température de solidification du liquide L1 (qui, sous les pres- sions utilisées, est voisine de la température du point triple T), la pression de vapeur du liquide volatil L2 est P3. Cette pression peut être forte (de l'ordre de grandeur de la pression atmosphérique ou supérieure).

   En raison de la tension de vapeur du liquide congelable L1 et du poids de la colonne de ce liquide, la pression dans l'espace E est P4, ce qui correspond à une température d'ébullition t4 du liquide volatil, laquelle est voisine de to, en raison de la pente de la courbe C4 qui est d'autant plus forte que le liquide L2 est plus proche de son point critique. 



   En raison de cette pente, il est plus aisé que dans le cas d'un liqui- de unique d'introduire un gaz dans l'espace E, de façon à régler avec précision la température t5 de fonctionnement de l'échangeur par la pression P5 régnant dans l'espace E. 



   Lorsque l'espace E contient un gaz neutre sous pression, il convient que cet espace soit assez grand pour que les variations du niveau YY ne modifient pas sensiblement la pression dudit gaz. En effet, dans le cas où le liquide con- gelable est, par exemple de l'eau, la compression du gaz contenu dans l'espace E, lors de la formation de glace, pourrait augmenter le point d'ébullition du liqui- de volatil, de telle sorte que le niveau de température froide fourni par l'appa- reil serait d'autant plus élevé que cet appareil contiendrait plus de glace. 



   Dans la réalisation montrée par la figure 4, l'échangeur 3 est rempla- cé par un échangeur extérieur et l'ensemble de l'appareil est destiné à être lo- gé dans un espace 14, thermiquement isolé (représenté en pointillés et schémati- sant le milieu à refroidir). 



   Cet espace peut être, par exemple, une armoire frigorifique dans la- quelle on désire pouvoir refroidir rapidement des corps de masse importante qui y sont   périodiquement-*introduits.   Lorsque l'appareil est entièrement logé dans cet espace, le réservoir 1 peut n'être pas calorifuge. 



   L'échangeur extérieur 13 part du fond de la cuve 1, se développe en serpentin muni d'ailettes et aboutit à la partie supérieure de l'enceinte, dans l'espace libre de celle-ci. Le liquide vaporisé dans l'échangeur 13 revient ain- si directement à l'état de vapeur dans l'espace libre où il se condense pour re- tomber en gouttes à la base de l'enceinte 1. Pour éviter un entraînement du li- quide par les bulles de vapeur, le circuit 13 peut comporter un renflement d'ex- pansion 13a situé au niveau où s'établit, au repos, dans ce circuit, le liquide L2 sous le poids de la colonne de liquide L1. 



   Dans la réalisation montrée par la figure 5, les courants de con- vection (montée des bulles gazeuses et descente des gouttes de liquide L2 conden- sé) sont guidés par un manchon cylindrique 8, intérieur à l'évaporateur 2, qui s'évase à sa base pour entourer l'échangeur 3. 



   Sur cette figure, afin d'éviter tous dégagements gazeux dans l'espa- ce libre de la partie supérieure de l'enceinte, la régulation de la quantité de liquide solidifié est obtenue de manière différente de celle qui est montrée sur les figures 3 et   4.   



   Une résistance R1 est immergée dans le liquide congelable, tandis qu'une résistance R2 variable avec la température (thermistance) est placée juste au-dessus du niveau YY. Une des extrémités des résistances R1 et R2 est reliée à une borne extérieure B1 d'arrivée de courant, tandis que les autres extrémités aboutissent aux bornes B3 et B4. A ces mêmes bornes, sont reliées respectivement les résistances R3 et R4 qui aboutissent à la borne commune B2 de sortie du cou- 

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 tant; les quatre résistances R1 à R4 forment un pont de Wheatstone dont l'équili- bre varie avec la température de la résistance R2 suivant que celle-ci est immergé ou non, ce qui dépend du niveau YY.

   Un dispositif de relais monté entre les bor- nes B3 et B4 permet donc d'arrêter le groupe frigorifique lorsque la résistance R2 change de température, c'est-à-dire émerge ou est submergée par la variation du niveau YY. 



   Un tel dispositif, qui ne fait pratiquement intervenir que la diffé- rence de chaleur spécifique et de conductivité thermique d'un liquide et d'un gaz, convient particulièrement au réglage du niveau dans les réalisations montrées par les figures 1 et 2. 



   Pour contrôler la formation de liquide L1 solidifié, on pourrait d'ail leurs utiliser d'autres dispositifs mécaniques ou électriques matérialisant la hau teur du niveau YY. Le plus simple pourrait d'ailleurs être un flotteur supporté de manière pivotante par la paroi interne de l'enceinte 1 et qui agirait en s'éle- vant ou en s'abaissant sur un interrupteur. 



   Enfin, dans la variante montrée par la figure 6, l'évaporateur 2 et l'échangeur 3 sont logés respectivement dans deux réservoirs cylindriques super- posés 9 et 10 qui communiquent par les tubes 11 et 12. Ces tubes servent respec- tivement, comme l'indiquent les flèches, à l'ascension des vapeurs du liquide L2 et à la descente de ce liquide condensé. 



   Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de,moyens techniques équivalentes, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. 



   REVENDICATIONS. 



   1.- Appareil frigorifique à accumulation comprenant, dans une en- ceinte étanche (1), une phase solide (G), au moins une phase liquide (L1) du même corps que ladite phase solide et au moins une phase gazeuse remplissant un espace libre (E) de la partie supérieure de cette enceinte, vers la partie supé- rieure, une source de froid (2) et, vers la partie inférieure, un échangeur (3) de mise en contact d'une phase liquide située à la base de cette enceinte avec le milieu à refroidir, la pression de la phase gazeuse dans l'espace libre étant réglée pour permettre l'ébullition de cette dernière phase liquide lors d'un ap- port calorifique dans l'enceinte par l'intermédiaire de l'échangeur.

Claims (1)

  1. 2. - Appareil frigorifique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les trois phases liquide, solide et gazeuse appartiennent au même corps qui peut être un corps pur ou un mélange; 3. - Appareil frigorifique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'espace libre contient uniquement de la vapeur provenant d'au moins une des phases liquidez qui est volatile; 4. - Appareil frigorifique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'espace libre contient, en outre, un gaz inerte sous une pression prédé- terminée ; 5. - Appareil frigorifique selon la revendication 1 caractérisé,'en ce que l'échangeur est immergé dans le liquide volatil; 6. - Appareil frigorifique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'échangeur est traversé par le liquide volatil et est disposé dans le milieu à refroidir;
    7. - Appareil frigorifique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enceinte comporte des conduits canalisant, dans la masse liquide, les vapeurs ascendantes vers l'espace libre et les gouttes condensées descendantes vers le liquide volatil; <Desc/Clms Page number 9> 8. - Appareil frigorifique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enceinte est constituée par deux réservoirs étanches superposés, le réser- voir supérieur contenant la source de froid et l'autre étant en contact thermique avec le milieu à refroidir, ces deux réservoirs communiquant par des cheminées verticales dont l'une au moins s'étend de la partie supérieure du réservoir infé- rieur jusqu'en haut du réservoir supérieur, et dont une autre s'étend de la par- tie inférieure du réservoir supérieur jusqu'en bas du réservoir inférieur;
    90 - Appareil frigorifique selon la revendication 1 caractérisé-en ce que l'enceinte contient la superposition de bas en haut d'un liquide volatil, d'un liquide congelàble, de plus faible densité que ledit liquide volatil.et pra- tiquement non miscible avec celui-ci, et de l'espace libre, la source de froid étant immergée dans le liquide congelable, tandis que le liquide volatil est en contact thermique avec l'échangeur; 10. - Appareil frigorifique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'appareil comporte des moyens pour arrêter la source de froid après la congélation d'une quantité déterminée de phase liquide, ces moyens faisant inter- venir la variation du volume de la phase liquide lors de son passage en phase so- lide ;
    11. - Appareil frigorifique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enceinte contient essentiellement un corps de nature aqueuse et la sour- ce de froid est immergée dans la phase liquide de ce corps, tandis que des moyens, subordonnés à l'élévation du niveau de cette phase liquide, contrôlent la source de froid; 12. - Appareil frigorifique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enceinte contient essentiellement un corps dont le volume diminue par solidification et la source de froid est située dans l'espace libre, tandis que des moyens, subordonnés à l'abaissement du niveau de la phase liquide, contrôlent la source de froid;
    13. - Appareil frigorifique selon la revendication 1 et la revendi- cation 9 caractérisé en ce que le liquide congelable est conducteur de l'électri- cité et le contrôle de son niveau supérieur est obtenu à l'aide de deux électro- des situées dans l'espace libre au-dessus de sa surface supérieure et suscepti- bles d'être immergées lorsque cette surface supérieure s'élève par solidification d'une partie dudit liquide, lesdites électrodes étant insérées dans un circuit électrique comportant un relais de commande de la source de froid, relais qui est fermé en l'absence de courant ;
    14. - Appareil frigorifique selon la revendication 1 et la revendi- cation 9 caractérisé en ce qu'au moins une résistance variable avec la températu- re est disposée vers la surface supérieure du liquide congelable, de façon à émer- ger de ce liquide ou à y être immergée suivant les variations de niveau de celui- ci, cette résistance étant incorporée dans un circuit de commande de la source de froid.
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