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Groupe frigorifique réglable pour la réfrigération avec de la neige carbonique compact*
En 1925, on a commence à utiliser la neige carbonique pour la réfrigération de marchandises dans des récipients ca- lorifugés,
surtout dans le but d'obtenir des températures as- ses basset. La façon la plus simple consiste à répartir des morceaux de neige carbonique sur les marchandisse emballées dans des récipients calorifuges. Pour provoquer à l'intérieur de ceux-ci la ventilation nécessaire à une répartition uni- forme de la température, on acoroche fréquemment la neige carbonique dans des capsules en tôle bu dans des sachet.
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noue le couvercle des récipient*.
Au cours de ce procédé de réfrigération très simple il se produit l'évaporation d'une quantité de CO2 propos tionnelle à la quantité de chaleur pénétrant dans le réel* pient et à la surface des bloos de neige carbonique Il est donc possible d'influer sur la production du froid par le choix de la forme des blocs. A quantité totale égale le% petite morceaux produisent sensiblement plus de froid que des gros blocs compacta, main leur consommation est d'autant plus rapide.
Il est évident qu'avec un tel procède, la produotion de froid baissera nécessairement avec l'évaporation progrès sive des morceaux.Il s'ajoute cet autre inconvénient qui consiste dans la formation de givre lorsque l'atmosphère est humide, et pratiquement elle l'est toujours. Ce givrage recouvre les blocs de CO2 comme une couche de glace et il forme avec le temps des couches épaisses à pouvoir isolant relativement élevé, qui, par dessus tout, empêchent la cir- oulation de l'air à travers lea blocs de neige carbonique..
Ce phénomène contribue également à diminuer la production de froid au fur et à mesure que sa durée se prolonge.
L'utilisateur du système de réfrigération par la neige carbonique se voit donc obligé d'emballer avec la marchan- dise relativement plus de neige carbonique que le calcul de la production de froid pour un délai déterminé n' en ferait apparaître en tenant compte du pouvoir absorbant de calories de la neige carbonique.
Au bout de la période de réfrigéra- tion, en particulier pour des transports Isothermes, lors du déchargement du camion réfrigérant, il y a par couac*- quent encore un surplus de neige carbonique, que l'on eat obligé la plupart du temps de considérer comme une part* sèche. Pendant la période de réfrigération alle-même, il
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se produit également de pertes en neige carbonique inutile** ment élevées , parce que, en raison du manqua de toute posai* bilité de réglage,
la réfrigération est poussée à des tempéra- tures très basses qui ne seraient souvent nullement nécessai- rea.
Les tentatives de corriger ces inconvénients n'ont pas manque. Le procédé connu sous le terme de soufflerie sur la neige carbonique constitue une solution relativement simple.
Il consiste à faire passer au moyen d'un ventilateur un courant d'air sur les blocs de neige carbonique eux-mêmes (c'est le cas pour les constructions plus simples) ou sur des bottes en tôle dans lesquelles la neige carbonique est emmagasinée.
Ce courant d'air subit ainsi un refroidissement* Dès que la température désirée est atteinte, le ventilateur est arrête par l'effet d'un thermostat. Dans les constructions simples de ce genre on constate également une diminution de la surfa- ce d'échange des calories et la production de givre* Dans les deux genres de construction on voit as produire -malgré l'ar- rêt du ventilateur- un courant de oonveotion assois important, On ne peut donc arriver à régler la température que dans des limites relativement larges,
et seulement tant que le stock de neige carbonique n'a pas diminué au-delà d'un minimum* Il est possible d'améliorer ce système en montant des registres réglables dans l'ouverture de 1'admission de l'air. Ces regis- tres suppriment la convection naturelle de l'air pendant l'ar- rêt du ventilateur.
Les réfrigérateurs à liquide donnent des résultats sen- siblement meilleurs. Dans ces systèmes on joint à la neige car- bonique dans un récipient un liquide dont le point de fusion est situé en dessous de 80 C, par exemple de l'alcool éthyli- que, du trichloréthylène ou de l'alcool isopropyl.
La neige carbonique transmet le froid très rapidement au liquide, qui
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se met alors à circuler dans un radiateur à air, soit grâce à une pompe, soit grâce à la différence de densité* On prend soin de bien calorifuger le récipient pour éviter toutes les pertes de froid inutiles, et l'on cet en mesure de contrôler à tout moment la circulation du liquide (du fluide frigorifi- que) au moyen d'une vanne magnétique ou par l'arrêt de la. pom- pe.
On a réussi à obtenir avec de tolu systèmes dea tempéra turea très régulières et à économiser dea quantités apprécie,* blés de neige carboniques par rapport aux procédés habituels parce que la puissance frigorifique reste dans le système à liquide constante pendant toute la durée de la réfrigération jusqu'à la consommation totale du stock de neige carbonique compacte.
Les points suivants constituant néanmoins des inconvé- nients :
Les radiateurs généralement nervures, qui dont paroou- rus par le fluide frigorifique, se chargent de givre et il faut de temps en temps les dégivrer. Maio cela n'est possible qu'en faisant, soit la vidange du liquide dans le radiateur soit en attendant que le stock de neige carbonique soit com- plètement consommé et qu'on puisse réchauffer la totalité du liquide. Ce réchauffement exige une quantité'd'énergie rela- tivement importante, pour laquelle la batterie d'un camion, par exemple, ne suffit pas.
Par ailleurs, il est indispensa- ble, dans les cas où la circulation se fait par gravité, de placer le récipient pour la neige carbonique à l'endroit le plus haut, ce qui entraîne des manipulations de charge com- pliquées et prenant beauooup de temps. Pour éviter cela, il faut monter une pompe de circulation qui aura à refouler des quantités appréciables de liquide frigorifique et qui, par conséquent, aura une consommation non négligeable. Four non.' dure,il faut rappeler que 1'ensemble du système réfrigérant
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est chargé d'un liquide, généralement assez lourd, ce qui augmente sensiblement le poids mort à transporta dans les camions réfrigérés.
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Dans la réalisation conforme à 1 ' invention la mise en oeuvre d'un système d'évaporation et de condensation avec) une ' pompe pour le fluide frigorifique permet, soit t .ér corn"* plètement ces inconvénients, soit de les réduire assez pour Ion rendre supportables* La figure 1 il représente le ;p1.no:1.w pe La référence 1 désigne la représentation dchimatique d'un récipient calorifuge et réfrigéré, par exemple dans un camion frigorifique.
Dans le récipient il y a à un endroit propice, généras lemeht au couvercle, un radiateur 2 qui peut être constitué par exemple de tubes nervures au travers desquels le ventila* tour 3 fait circuler de l'air. Ce ventilateur peut et doit fonctionner continuellement pour assurer une répartition ré- gulierë de la température. Il peut être commandé par un mo-
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teur électrique ou par un rotor PlettÜèi'-ë Un réservoir calo* ritugé 4, dont la paroi intérieure est constituée par ti11 st" tème tubulaire 5, est Installé à un autre endroit approprié, par exemple à une hauteur commode pour la charge des blocs de
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neige carbonique, à une hauteur inférieure au premier réser- voir.
Cette paroi du réservoir 4 peut, soit être constituée par ur. coffret de tôle fermé sur lequel le système tubulaire est fixé avec conductibilité de la chaleur, ou elle peut être
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faite de tôles à double paroi comportant des canaux*
Le stock de neige carbonique 6 est emmagasiné dans ce réservoir 4. Le bon contact calorique entre les blocs de ne!** ge carbonique et les parois du réservoir pourra être assuré par un liquide 7 au point d'ébullition élevé et présentant un
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point de fusion inférieur à 80 0. Les alcools de bonne qualité
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le chlorure de méthylène et divers autres hydrocarbures ha- logénés conviennent à cela.
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La partie supérieure du radiateur est réuni à la par- tie supérieure du système tubulaire 5. qui est avantageusement constitué par un collecteur, au moyen de la canaliàation 8. Cette canalisation peut être disposée de façon quelconque et il n'est pas indispensable qu'elle soit en pente. La partie inférieure du radiateur est réunie par la canalisation 10 à
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un collecteur inférieur 9 du système tubulaire 5. Cette ôtm*- lisation peut être disposé' de manière quelconque, saut si le système 'livreur, dont on parlera plus loin, doit être mont..
Dans le eau ou le système dégivreur serait Dont'- la camai-
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sation doit présenter une pente continue. Une pompe de circa- lation 11 est montée dans la sortie 9 vers tt. Il est avant- geux de choisir pour cela une pompe à membl'1!Uùt ou une pompe magnétique à piston, qui doivent être hermétiquement étanches vers l'extérieur. Il est inutile que leur puissance dépassé environ 10 1 par 1 000 frigories de la puissance frigorifi- que.
Leur consommation dépend de la différence de niveau qui est à surmonter dans la canalisation 10, raie elle ne dépassé guère quelques Watts.Dana le système tubulaire, il y a un
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liquide appelé fluide frigorifique, a'edt.-.dtre un liquide qui s'évapore ou se vaporise dans le refroidisseur 2 dont 1a vaoeur n'écoule vers le bas en traversant le point 8, qui se condense en 5 et qui est rassemblé en 9 pour être refoulé par la pompe 9 de nouveau dans la partie inférieure du refroidit*
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seur 2 ou il ne valorisera une nouvelle foia.
On choisira comme fluide frigorifique avantageusement un fluide frigorifique de sécurité ininflammable et non nocif de la famille des hydrocarbures halogénés, comme par exemple
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R 12 (CF2C12) R 11 (0101,> ou d'autres analogue . Ce fluide ne doit pas attaquer les métaux et matières de construction
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ordinaires, sa pression de vapeur ne doit pas être trop faible en marche, ni trop forte pendant les temps d'arrêt.
L'avantage de ce procédé consiste tout d'abord dans la faible quantité de fluide frigorifique à faire circuler qui n'atteint guère que la dixième partie de la quantité générale. ment nécessaire, et comme lea pertes de charge n'atteignent qu'environ 1/3 - 1/5, la consommation tombe à moinsde 5% du procédé par circulation. Lorsque la pompe *et arrêtée par un thermostat, le vaporisateur se vide très vite et le ventila- teur peut rester en service. En raison des faibles capacités de chaleur à contrôler, le réglage de la température se fait ' sans reprise. Lea échangeurs de chaleur, en particulier le radiateur, peuvent être de petites dimensions en raison des indices de transmission de chaleur élevés.
Le poids de la char- ge est réduit à la moitié jusque 1/4 par rapport à un système par fluide frigorifique.
Mais le plus grand avantage consiste dans la possibilité de pouvoir dégivrer sans avoir recours à de l'énergie extérieu- re onéreuse et qui n'est souvent pas disponible pour des ca- mions de transport.
Dans les canalisations 8 et 10, il y à, à des endroits facilement accessibles, les soupapes ou vannes 12 et 13 4 trois voles qui permettent l'inversion du courant* Grâce à elles on peut mettre hors circuit le condenseur 5 et la pompe 11, et enclencher l'éohangeur de chaleur 14 qui peut être, par exem. ple, en communication avec l'air extérieur, étant conçu comme un radiateur nervure.
Mais ce radiateur peut également être mis en contact aveo une source de chaleur, par exemple avec le pot d'échappement du moteur d'un véhicule. Lorsque dans ces conditions le radiateur 2 est givré et qu'un dégivrage s'impose, on place les deux vannes 12 et 13 dans la position de dégivrage, de sorte que la quantité de fluide frigorifique qui se trouve
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à çe moment dans le radiateur s'écoule dans l'éohaagtur de chaleur 14, La il s'évapore à une température proche de la, température ambiante ou de celle de la aourca de chaleur, le z 8Q dirige en passant par 8 vers 2, oti il se condonio en dissipant la chaleur dans le radiateur dont le d4g1.'n'868 ooa... monce.
Pendant que celui-ci ne poursuit, on arrête le vent!- lateur et la pompe.
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Grâce à ce système, il cet également possible de chaud- fer en hiver un. réservoir dans lequel la température doit Être maintenue au-dessus de 0 C et d'en contrôler automatiquement
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la température. Pana ce cas l'échange= de chaleur 14,Oet réuni à une source d'énergie, par exemple le pot d'échappement ou l'eau de refroidissement du moteur. La circulation du flui- de frigorifique a lieu sana pompe, parce que maintenant le radiateur placé en hauteur agit comme condenseur et que le liquide formé peut librement s'écouler. Le contrôle a lieu au moyen d'une vanne magnétique intercalée dans la canalisation 10.
Dans l'exemple, le réservoir pour les blocs de neige
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carbonique était aménagé,, convenablement calorifuge, à l'exte" rieur du réoipient refroidir. Cette disposition offre l'avan- tage que 1' espace destiné effectivement à la charge n'est pas réduit par le système frigorifique incorpore, et que la charge de la neige carbonique peut se faire très rapidement et sema gêne appréciable. Il y a cependant un inconvénient.
En effet la quantité de chaleur qui s'introduit dans le réservoir 4
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placé à. part entraîne une consommation accrue de neige carbcsm nique, ce supplément étant relativement supérieur à golu né- cessité par l'augmentation du volume du réservoir 1 obtenu par la disposition à l'extérieur du système frigorifique. Le sup- plument est malgré tout faible par rapport à la consommation totale et n'en atteint guère que 3 à 5%. Par ailleurs, le vo.
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lume de charge disponible du récipient s'accroît de 2 à 5%.
Mais le procédé convient tout aussi bien pour le cas où le réservoir 4 serait placé à l'intérieur dé l'espace calorie fugé et refroidi. Dans ce cas, le calorifugeage du réservoir 4 sera relativement plus faible.
La meilleure utilisation du gaz CO2 qui s'échappe cons- titue une amélioration sensible et avantageuse de l'installa-* tion. Lorsqu'on admet dans le réservoir 4, dans lequel là pro- vision de neige carbonique est stockée, une légère* surpression du gaz CO2 d'environ 0,3 kg/cm , la température de sublimation de la neige carbonique s'élève de manière souhaitable à environ - 75 C.
A son échappement, le gaz est en mesure de fournir le travail de pompage nécessaire à la propulsion du fluide frigo- rifique liquide,par exemple au moyen d'une pompe à membrane sur l'un des côtés de laquelle il y a le fluide frigorifique et sur l'autre côté il y a le CO2 gazeux comme moyen de travail.
On peut ensuite diriger le CO2 gazeux, mais toujours en- core froid, dans le calorifugeage du réservoir 1,. dans le but d'y améliorer l'indice d'isolement par un échange contre de l'air (le CO2 est plus dense que l'air et son indice de condue- tibilité de la chaleur est par conséquent moindre), et de pro- duire dans le oalorifugeage une légère surpression et d'rmpê- cher par là l'air humide et la vapeur d'eau du dehors d'y pé- nétrer.
On peut par ailleurs concevoir toute l'installation de telle façon que le réglage de la température, le dégivrage, l'inversion de la réfrigération en chauffage se fassent de manière intégralement automatique.
Pour réaliser ce fonctionnement automatique, il suffit de monter aux endroits convenables des vannes magnétiques à trois voies et des thermostats appropriés*
Dans les Installations frigorifiques que itou a décrites
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jusqu'à présent, on avait prévu pour la commande du ventilas teur une source d'énergie étrangère qui, selon l'importance de l'installation, devra avoir une puissance de plusieurs centaines de Watts.
Sur les camions de transport, il serait raisonnable de prendre oette énergie à la batterie du véhicule, ce qui peut nécessiter une augmentation de la capacité de la batterie et du groupe de charge. Dans tous les cas où aucune source d'énergie n'est disponible, comme par exemple pour les gros containers, on ne pourra réaliser la circulation forcée de
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l'air de réfrigération sans complication onéreuse #uppléatti* taire.
Dans la réalisation conforme à l'invention il est ce- pendant possible d'utiliser l'énergie contenue dans la gaz
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00, d'échappement pour la commande du ventilateur A cette fin, le réservoir calorifuge 4 (voir la rig. 2) aéra oOt1lt1"'lùt 1épreuve de la pression, de sorte qu'il résiste à uttë pria. sion intérieure entre 1 et 4 kg/cm Il faudra également fla- çonner l'ouverture de ahrir^e;rent de manière à ase qu'elle soit 4ta.n.che aux gaz et qu'elle supporte cette pression* Pour 6. ter que la pression dépasse la cote souhaitée, on montera uns soupape de sûreté 3 6 sur le réservoir.
Le gat t0 qUi 014,uha> pe par 17 et qui, selon la pression, est d'une température entre - 70 0 et - 80 0, sera maintenant amené à une tempéra* ture sensiblement supérieure dans un échangeur de chaleur 10,
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qui pourra 3tre par exemple en communication avec l*air exté- rieur ou avec une source de chaleur appropriée* La gaz net% ainsi réchauffé jusqu'à par exemple - 500 et 4 20*0* Apres cela, on lui fait traverser une machine a expansion 19, par exemple un moteur à air comprimé, dont le principe de cons- truction est connu, dans lequel le gaz ont détendu en four-
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nissant du travail.
Selon les re..10n8, les températures
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finales et l'éohangeur de chaleur, la machine à expansion pourra fournir une puissance considérable, qui suffira par exemple à faire fonctionner un ventilateur 3 pour assurer la ventilation à l'intérieur du réservoir 'frigorifique. Le gaz CO2 ayant été sensiblement refroidi par le phénomène de l'ex- pans ion pourra être encore utilisé soit en l'insufflant dans le réservoir réfrigérant, soit, comme on l'a déjà dit, dans le calorifugeage de ce réservoir.
Dans le cas, par exemple, où un tel groupe frigorifique est prévu pour 1 000 k cal/h, il y aura dans le réservoir ca- lorifugé 4. par heure, 8 kg de neige carbonique qui se seront évaporée.
Dans le réservoir à neige carbonique il doit régner une pression de 4 kg/om2. La neige carbonique s'évapore à une tem- pérature d'environ - 58 C, de sorte que le circuit oondensation- évaporation fonctionne environ entre - 45 et - 50 C.
Cette température, qui par rapport au procédé à pression nulle s'élève de environ - 70 0 à environ - 50 C, est opportu- ne parce que les températures utilisées dans le local frigori- fique s'étagent en général entre 0 C et - 18 0 et qu'une tempe- rature superficielle basse du radiateur provoque un dessèche- ment important des marchandises entreposées et un givrage ac- centué du radiateur. Dans l'éohangeur de chaleur 17 qui est monté en fin de l'opération le gaz de CO2 est réchauffé jus- qu'à environ + 20 0, après quoi il est détendu en fournissant du travail. Ainsi, il se refroidit de nouveau jusqu'à une tem- pérature d'environ - 70 0.
La puissance fournie par la détente adiabatique est d'1/4 CV environ (sans tenir compte du degré de rendement). Cette puissance suffit amplement pour faire cir- culer le volume d'air nécessaire pour la puissance frigorifi- que envisagée de 600 à 800 m3/h contre une pression de refou- lement de 2 à 3 mm de colonne d'eau.