Régénérateur pour machine frigorifique à cycle fermé: Cette invention est relative à un régéné rateur pour machine _ frigorifique à cycle fermé, travaillant avec -un fluide intermé diaire gazeux, par exemple de l'air, soumis alternativement à une compression et à une expansion suivant un cycle fermé. Une ma chine de ce genre comprend une chambre dans laquelle l'air est comprimé et une Cham bre dans laquelle l'air est détendu.
Entre ces deux -chambres, l'air passe à travers un échangeur de chaleur servant à transférer la chaleur de l'air comprimé à une masse de fluide réfrigérant, à travers -un régénérateur servant à maintenir une différence de: tem pérature entre l'air qui y pénètre et l'air qui en sort, et à travers un échangeur de chaleur servant à transférer la chaleur d'un fluide à refroidir à l'air détendu.
Comme la volume des -capacités<B>à</B> air des échangeurs de chaleur et du régénérateur est constant, et comme ce volume est interposé entre les chambres de compression et d'ex pansion, il constitue ce qui peut être consi- c'.éré -comme un espace mort, et il est évident que si l'on veut obtenir un grand degré de réfrigération, il faut que -ce volume soit faible en comparaison avec le déplacement du piston. En outre, une grande section doit être exposée à l'air dans le but de lui céder ou de lui emprunter de la chaleur.
Etant donné que le rôle d'un régénérateur est d'amener l'air intermédiaire à une tem pérature aussi rapprochée que possible de celle de la chambre dans laquelle il entre, qu'il s'agisse .de la chambre de compression relativement chaude ou de la chambre d'ex pansion relativement froide, il est nécessaire qu'il possède la capacité d'absorber une quan tité de -chaleur donnée pendant une partie de chaque cycle pour la céder pendant une autre partie du cycle.
Pour que la quantité de froid produite puisse être élevée, il faut que l'appareil frigorifique soit construit de façon à empêcher autant que possible la. conduction de chaleur de son extrémité chaude à son extrémité froide.
Le but de la présente invention est d'é tablir un régénérateur .qui ne contienne qu'un petit volume d'air, qui présente une grande surface exposée au fluide intermédiaire, qui soit facile et bon marché à fabriquer, qui possède une capacité de chaleur suffisante pour maintenir son extrémité chaude et son extrémité froide aux températures relatives convenables, qui ne conduise -que le minimum de chaleur de son extrémité chaude à son. extrémité froide et qui n'offre qu'une faible résistance au passage du fluide.
Le régénérateur suivant l'invention -com porte plusieurs éléments d'absorption et de distribution de, chaleur arrangés l'un à la suite de l'autre dans le trajet du .gaz inter médiaire et de façon que leur disposition soit impropre à la. conduction de la chaleur de l'un à l'autre, et par des moyens pour isoler ces éléments des parties environnantes exté rieures.
De préférence, le régénérateur est cons truit sous forme d'une chambre dont les pa rois sont en matière calorifuge.
Lesdits éléments peuvent par exemple être établis chacun sous forme d'une série de spires de ruban métallique mince faiblement espacées et montées de façon que leurs bords soient tournés dans le sens du mouvement du fluide intermédiaire.
Des formes d'exécution de l'objet @de l'in vention sont représentées, à titre d'exemple au dessin annexé, dans lequel: La fig. 1 est une coupe verticale longi tudinale d'une machine frigorifique à air dont font partie des régénérateurs établis suivant l'invention; La f ig. 2 est une coupe verticale trans versale à plus grande échelle d'un des régé nérateurs de la fig. 1; La fig. 3 est une vue de .dessous du ré générateur de la fi-.<B>2;</B> La, fig. 4 est une coupe transversale ver ticale d'une autre forme d'exécution de l'ob jet de l'invention;
La fig. 5 est une vue de dessous du ré générateur de la fi-. 4 et montre partielle ment les bandes métalliques formant les élé ments accumulateurs de chaleur. En se référant à la fig. 1, on décrira. comme suit le fonctionnement de la. machin pour un -cycle d'opérations qui correspond à une révolution du vilebrequin. Les mouve ments des pistons sont commandés par le mécanisme situé dans le carter.
L'air est comprimé dans la. chambre com prise entre le piston compresseur 1 et le pis ton déplaceur ? par le mouvement d'élévation du piston 1. Il .est alors transféré sous pres sion par une lumière annulaire 3, par les espaces compris entre les lames 4 de l'échan geur<B>(le,</B> chaleur 5. par le régénérateur 6 et par les espaces compris entre les lames î d l'échangeur de chaleur 8 a la chambre située au-dessus du piston déplaceur 2.
Il est en suite détendu dans la chambre située au- desucli piston ? par le mouvement d'abais sement des deux pistons 1 et ?. Finalement, il est ramené à. basse pression dans la cham bre comprise entre le piston 1 et le piston 2 par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 8, du régénérateur 6, et de l'échangeur de chaleur 5. De cette façon, la chaleur est con duite hors de l'installation par l'échangeur de chaleur 5, et la chaleur peut être emprun tée à tout fluide désiré par l'échangeur de chaleur 8.
Il s'établit une différence de tem pérature entre les deux échangeurs de cha leur, et par conséquent entre les extrémités supérieure et inférieure du régénérateur 6.
La machine représentée à la. fi-. 1 com porte deux cylindres, et il est bien entendu que ces deux cylindres sont établis d'une manière analogue.
Le régénérateur 6 comprend une paroi cylindrique interne 9 en matière calorifuge telle que la. bahelite et une paroi cylindrique externe 10, également en matière calorifuge, ces parois servant à isoler les éléments des parties environnantes extérieures. Vu espace annulaire est formé entre ces deux parois. Les parois 9 et 10 reposent par leurs extré mités inférieures sur l'échangeur de chaleur 5 et supportent à. leurs extrémités supérieures l'échangeur de ,chaleur 8. La paroi 9 cons titue en outre un élément de la paroi de cy lindre dans laquelle coulisse le piston 2.
On voit ainsi que le régénérateur agit de façon à isoler l'extrémité chaude Je la machine de l'extrémité froide tout. en agissant à la façon d'un régénérateur pour le fluide intermé diaire.
Dans les fig. 2 et 3, on a représenté une forme d'exécution de l'objet de l'invention comprenant une série de rubans métalliques minces 11 enroulés en spirales sur la paroi 9, chaque spire étant placée immédiatement au dessus d'une .autre, mais étant séparée -de cette dernière par .des. organes d'espacement étroits 12 en matière calorifuge telle que le papier.
Les organes d'espacement 12 sont disposés à des intervalles do la circonférence suffisam ment rapprochés pour maintenir les bandes en position, et ces organes s'étendent d'un bout à l',autre de la longueur du régénérateur.
Chacun .des rubans métalliques 11 comprend une spirale composée du plusieurs spires en tourant le cylindre 9, et chaque spirale est séparée des spirales adjacentes dans le sens du mouvement de l'air de façon à, en être isolée thermiquement. Comme une spirale quelconque possède approximativement la même température en tous ses points, il est important de subdiviser la longueur chi régé- nérateuren un grand nombre de spirales et d'es paces isolants, car on obtient ainsi une échelle de températures relativement progressive entre les deux extrémités.
Dans les régénériuteurs construits suivant l'invention, et qui ont donné d'excellents résultats, on a prévu dix neuf spirales comportant chacune trente spires de ruban d e laiton de 3,2 millimètres de largeuri par 0,05 millimètre d'épaisseur, les organes d'espacement séparant les spires étant constitués par du papier de 1,6 milli mètre .par 0,15 millimètre d'épaisseur, et l'espacement longitudinal des spires étant de 0,2 millimètre.
Le diamètre extérieur des spires dés bandes 11 est tel que le cylindre externe 10 s'emboîte exactement.sur elles, lorsque l'air intermédiaire passe alternativement dans un sens et en sens inverse à travers les espaces étroits compris entre les spires, il abandonne ou emprunte rapidement la chaleur aux ban- des et, en même temps,-il n'existe qu'un faible volume d'air contenu dans le régénérateur, et la conduction longitudinale de la chaleur est minimum.
Dans les fig. 4 et 5, on a représenté une autre forme de réalisation de l'invention. Les bandes métalliques minces 11 sont enroulées en spirales autour du cylindre 9 et chaque spire est espacée de la spire précédente par une bande métallique ondulée 13. Par con séquent, chaque spire se compose,de plusieurs couches alternées de métal plat et de bandes métalliques ondulées enroulées ensemble sur le cylindre 9. Chaque spire est séparée de la suivante par un espace d!'air ,de façon que les spires soient isolées ihermiquement les unes des, autres.
Le nombre des spires et leur espacement sont déterminés par la capacité de chaleur requise et par le facteur relatif à la, conduction de chaleur longitudinale entre les deux extrémités du régénérateur.
Regenerator for closed cycle refrigeration machine: This invention relates to a regenerator for closed cycle refrigeration machine, working with a gaseous intermediate fluid, for example air, subjected alternately to compression and to an expansion according to a closed cycle. A machine of this kind has a chamber in which the air is compressed and a chamber in which the air is expanded.
Between these two chambers, the air passes through a heat exchanger serving to transfer heat from the compressed air to a mass of refrigerant fluid, through a regenerator serving to maintain a difference in: temperature between the air entering and air exiting it, and through a heat exchanger to transfer heat from a fluid to be cooled to the expanded air.
As the volume of the air-capacities of the heat exchangers and of the regenerator is constant, and as this volume is interposed between the compression and expansion chambers, it constitutes what can be considered. It is like a dead space, and it is obvious that if one wants to obtain a great degree of refrigeration, it is necessary that -this volume is small in comparison with the displacement of the piston. In addition, a large section should be exposed to air in order to give it or borrow heat from it.
Since the role of a regenerator is to bring the intermediate air to a temperature as close as possible to that of the chamber into which it enters, whether it is the relatively hot compression chamber or of the relatively cool expansion chamber, it is necessary that it have the capacity to absorb a given amount of heat during one part of each cycle and to release it during another part of the cycle.
So that the quantity of cold produced can be high, it is necessary that the refrigerating apparatus is constructed in such a way as to prevent as much as possible. conduction of heat from its hot end to its cold end.
The object of the present invention is to provide a regenerator which contains only a small volume of air, which has a large surface exposed to the intermediate fluid, which is easy and inexpensive to manufacture, which has a capacity of sufficient heat to maintain its hot end and cold end at suitable relative temperatures, which conducts only the minimum heat from its hot end to its. cold end and which offers little resistance to the passage of fluid.
The regenerator according to the invention -com carries several elements for absorption and distribution of heat, arranged one after the other in the path of the intermediate .gaz and so that their arrangement is unsuitable for. conduction of heat from one to the other, and by means for isolating these elements from the surrounding exterior parts.
Preferably, the regenerator is constructed in the form of a chamber, the walls of which are made of heat-insulating material.
Said elements may, for example, each be established in the form of a series of closely spaced, thin metallic tape turns and mounted so that their edges are turned in the direction of movement of the intermediate fluid.
Embodiments of the object of the invention are shown, by way of example in the accompanying drawing, in which: FIG. 1 is a longitudinal vertical section of an air refrigeration machine which includes regenerators established according to the invention; The f ig. 2 is a transverse vertical section on a larger scale of one of the regenerators of FIG. 1; Fig. 3 is a view from below of the regenerator of fig. <B> 2; </B> La, fig. 4 is a vertical cross section of another embodiment of the object of the invention;
Fig. 5 is a bottom view of the re generator of the fi-. 4 and partially shows the metal bands forming the heat storage elements. Referring to fig. 1, we will describe. as follows the operation of the. thing for a -cycle of operations which corresponds to a revolution of the crankshaft. The movements of the pistons are controlled by the mechanism located in the housing.
The air is compressed in the. chamber between the compressor piston 1 and the udder your displacer? by the upward movement of piston 1. It is then transferred under pressure by an annular slot 3, through the spaces between the blades 4 of the <B> (le, </B> heat exchanger 5. by the regenerator 6 and by the spaces between the blades î d of the heat exchanger 8 to the chamber located above the displacement piston 2.
Is he then relaxed in the chamber below the piston? by the lowering movement of the two pistons 1 and?. Eventually it is brought back to. low pressure in the chamber between the piston 1 and the piston 2 via the heat exchanger 8, the regenerator 6, and the heat exchanger 5. In this way, the heat is con ducted out of the installation by the heat exchanger 5, and the heat can be borrowed from any desired fluid by the heat exchanger 8.
A temperature difference is established between the two heat exchangers, and consequently between the upper and lower ends of the regenerator 6.
The machine shown in. fi-. 1 com carries two cylinders, and it is understood that these two cylinders are established in a similar manner.
The regenerator 6 comprises an internal cylindrical wall 9 made of heat-insulating material such as the. bahelite and an outer cylindrical wall 10, also of heat-insulating material, these walls serving to insulate the elements from the surrounding outer parts. Seen annular space is formed between these two walls. The walls 9 and 10 rest by their lower ends on the heat exchanger 5 and support. their upper ends the heat exchanger 8. The wall 9 also constitutes an element of the cylinder wall in which the piston 2 slides.
It is thus seen that the regenerator acts in such a way as to isolate the hot end I the machine from the whole cold end. by acting as a regenerator for the intermediate fluid.
In fig. 2 and 3, there is shown an embodiment of the object of the invention comprising a series of thin metal strips 11 wound in spirals on the wall 9, each turn being placed immediately above one another, but being separated -from the latter by .des. narrow spacers 12 of heat-insulating material such as paper.
The spacers 12 are disposed at sufficiently close circumferential intervals to hold the bands in position, and these members extend throughout the length of the regenerator.
Each of the metal tapes 11 comprises a spiral composed of the plural turns by turning the cylinder 9, and each spiral is separated from the adjacent spirals in the direction of the movement of the air so as to be thermally insulated therefrom. As any spiral has approximately the same temperature at all of its points, it is important to subdivide the regenerative length chi into a large number of spirals and insulating spaces, because this gives a relatively gradual temperature scale between the two. ends.
In the regenerators constructed according to the invention, and which have given excellent results, nineteen spirals have been provided each comprising thirty turns of brass tape 3.2 millimeters in widthi by 0.05 millimeter in thickness, the organs spacing separating the turns being constituted by paper 1.6 milli meters .par 0.15 millimeters thick, and the longitudinal spacing of the turns being 0.2 millimeter.
The outer diameter of the turns of the bands 11 is such that the outer cylinder 10 fits exactly over them, when the intermediate air passes alternately in one direction and in the reverse direction through the narrow spaces between the turns, it gives up or rapidly borrows heat from the bands and at the same time there is only a small volume of air contained in the regenerator, and longitudinal heat conduction is minimal.
In fig. 4 and 5, another embodiment of the invention has been shown. The thin metal bands 11 are wound in spirals around the cylinder 9 and each turn is spaced from the previous turn by a corrugated metal strip 13. Consequently, each turn consists of several alternating layers of flat metal and corrugated metal bands. wound together on the cylinder 9. Each turn is separated from the next by an air space, so that the turns are thermally insulated from each other.
The number of turns and their spacing are determined by the required heat capacity and by the factor relating to the longitudinal heat conduction between the two ends of the regenerator.