FR2502761A1

FR2502761A1 - Refrigerateur cryogenique

Info

Publication number: FR2502761A1
Application number: FR8205199A
Authority: FR
Inventors: Domenico S Sarcia
Original assignee: Oerlikon Buhrle USA Inc
Current assignee: Oerlikon USA Holding Inc
Priority date: 1981-03-30
Filing date: 1982-03-26
Publication date: 1982-10-01
Also published as: GB2098308B; JPS57174663A; FR2502761B1; US4333755A; CH659880A5; JPH0432302B2; DE3211778A1; DE3211778C2; GB2098308A

Abstract

AREFRIGERATEUR CRYOGENIQUE. B.IL COMPREND NOTAMMENT UN CYLINDRE 16, UNE PIECE MOBILE 14 MONTEE GLISSANTE DANS LE CYLINDRE DE FACON A DELIMITER UNE CHAMBRE DONT LE VOLUME VARIE EN FONCTION DU DEPLACEMENT DE LA PIECE MOBILE, DES MOYENS D'ENTRAINEMENT 130 RELIES PAR VOIE MECANIQUE A LA PIECE MOBILE 14 POUR LUI IMPRIMER UN MOUVEMENT DE VA-ET-VIENT, ET UNE VALVE 4 PERMETTANT UN ECOULEMENT CONTINU D'UN FLUIDE REFRIGERANT ENTRANT ET SORTANT DE LA CHAMBRE, LA VALVE 4 ETANT ACTIONNEE PAR LA PIECE MOBILE 14 POUR : A. PERMETTRE A UN FLUIDE REFRIGERANT SOUS HAUTE PRESSION D'ENTRER DANS LA CHAMBRE PENDANT UNE PREMIERE PARTIE SELECTIONNEE DE LA COURSE DE TRAVAIL DE LA PIECE MOBILE 14; ET B. PERMETTRE D'EVACUER DU FLUIDE SOUS BASSE PRESSION DE LA MEME CHAMBRE PENDANT UNE SECONDE PARTIE SELECTIONNEE DE LA COURSE DE TRAVAIL DE LA PIECE MOBILE 14. C.APPLICATIONS COURANTES DE REFRIGERATION CRYOGENIQUE.

Description

La présente invention concerne la réfrigération cryogénique et a

trait notamment à une forme perfectionnée de réfrigérateur cryogénique.

De nombreux types différents d'appareils ont été proposés pour satis-

faire la demande -croissante de réfrigération cryogénique. Ces dispositifs, se basant tous sur le cyclage contrôlé d'un fluide dilatable avec échange de calories appropriées pour obtenir la réfrigération sont illustrés par les brevets américains 2996034, 2996035, 3274786, 3333433, 3312239, 3321926,

3625015, 3673809, 3717004, 3733837, 3788088, 3802211, 3884259, 4036027,

4078389 et 4118943, l'art antérieur cité dans ces brevets et le brevet britan-

nique n0 1352153.

La présente invention vise une forme perfectionnée d'un système de

réfrigération en vue d'exécuter le cycle de réfrigération décrit dans les bre-

vets américains 2996035 et 3 625015.

Selon le cycle de réfrigération décrit par le brevet américain 2996035, un fluide sous haute pression, introduit dans une chambre "chaude",

suit un trajet de stockage de calories et entre dans au moins une chambre d'ex-

pansion "froide" de volume variable, le volume de cette chambre pouvant être varié par déplacement d'une pièce mobile et le fluide étant envoyé sous faible pression dans un réservoir de fluide à faible pression ou vers l'entrée d'un compresseur. Pendant ce cycle, le contrôle de l'écoulement du fluide et le

contrôle du déplacement de la pièce mobile doivent être synchronisés avec pré-

cision et de manière continue, l'action des valves contrôlant l'écoulement du fluide étant coordonnée de manière appropriée avec le déplacement de la pièce mobile. En ce qui concerne l'appareil décrit dans le brevet américain 3625015,

le mouvement de va-et-vient de la pièce mobile est assuré par un moyen d'en-

traînement mécanique, tandis que le système de valvescontrôlant l'écoulement du fluide est assuré par une valve rotative reliée par voie mécanique au moyen

d'entraînement de la pièce mobile.

Bien que ce système à valves rotatives s'avère fiable, il est relati-

vement compliqué et est interposé entre la manivelle à joug qui entraîne la pièce mobile et l'arbre de transmission principal qui relie la manivelle à

joug et le moteur électrique qui sert de générateur de force motrice du réfri-

gérateur.

Le but principal de la présente invention est d'apporter un perfec-

tionnement à l'appareil décrit dans le brevet américain 3625015 en substituant

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à la valve rotative une nouvelle valve qui est de construction relativement

simple, et relativement peu encombrante, et facile à démonter à des fins d'en-

tretien, ne modifie pas la liaison entre le joug et le générateur de force motrice et peut être actionné directement par la pièce mobile plutôt que par le générateur de force motrice. Un but plus précis de l'invention est de réaliser des réfrigérateurs cryogéniques qui peuvent être réalisés en divers pouvoirs de réfrigération, qui sont d'un encombrement relativement faible, qui peuvent être facilement démontés et réparés et qui assurent un cycle de réfrigération contrôlé. On donne au

terme "réfrigérateur" un sens générique en ce qu'il englobe aussi un liquéfac-

teur.

Un autre but plus précis de l'invention est de réaliser un réfrigéra-

teur perfectionné du type de ceux comprenant une pièce mobile entraînée par

voie métallique, réfrigérateur qui est caractérisé par une nouvelle valve agen-

cée pour être actionnée par la pièce mobile pour que le sens d'écoulement du gaz (injection ou évacuation) ne soit inversé que lorsque la pièce mobile se trouve sensiblement en fin de course, vers le haut ou vers le bas, assurant ainsi un transfert d'un volume de gaz élevé à travers le régénérateur et par

cpnséquent un meilleur pouvoir de réfrigération.

Selon le mode de réalisation préféré, l'appareil conforme à l'inven-

tion est un réfrigérateur qui comprend les éléments suivants: un cylindre, une

pièce mobile disposée dans le cylindre, des première et seconde chambres de vo-

lume variable délimitées par le cylindre et la pièce mobile, des moyens d'en-

traînement reliés par voie mécanique à la pièce mobile pour lui imprimer un mouvement alternatif dans le cylindre en vue d'accroître et de décroître en alternance le volume des première et seconde chambres, des moyens de stockage

thermique associés aux première et seconde chambres respectivement afin de per-

mettre un écoulement de fluide entre ces première et seconde chambres, des moyens d'échange de chaleur associés à la seconde chambre, et des moyens de distribution sous forme d'une valve coulissante reliés en fonctionnement à la pièce mobile pour injecter du fluide réfrigérant dans la première chambre et pour évacuer du fluide réfrigérant de cette même chambre selon le déplacement de la pièce mobile. La pièce mobile est animée d'un mouvement de va-et-vient contrôlé, ce déplacement comprenant les quatre étapes suivantes: (A) arrêt

dans une première position limite; (B) déplacement de cette première posi-

tion limite vers une seconde position limite; (C) arrêt dans la seconde posi-

tion limite; et (D) retour vers la première position limite. La valve coulis-

sante intervient pour laisser entrer du fluide sous haute pression dans la première chambre au cours de deux étapes consécutives du déplacement de la pièce mobile et pour évacuer du fluide sous faible pression de la première chambre pendant les deux autres étapes consécutives du déplacement de la pièce mobile. La valve comprend un organe animé d'un mouvement de va-et-vient par la pièce mobile seulement lorsque celle-ci s'approche de sa première et seconde

position limite, et une enveloppe dans laquelle l'organe à-mouvement alterna-

tif est monté coulissant, l'enveloppe de la valve étant montée à l'intérieur d'un distributeur et l'organe à mouvement alternatif étant agencé pour recevoir

coulissant un axe qui relie la pièce mobile et les moyens d'entraînement.

Plusieurs formes d'exécution de la présente invention sont décrites ciaprès à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe longitudinale, à plus grande

échelle, d'un mode de réalisation préféré de l'invention consti-

tuant un réfrigérateur cryogénique à cycle Gifford-McMahon, repré-

sentant la pièce mobile et les mécanismes d'obturation de contr8le dans une première position limite; - la figure 2 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la figure 2; - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 1 illustrant le mécanisme de la valve de contrôle et une partie de la pièce mobile dans une seconde position limite - la figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 4; les figures 6 et 7 sont des vues analogues à celles de la figure 1 représentant d'autres modes de réalisation de l'invention; et - la figure 8 est une vue fragmentaire d'un autre mode de réalisation

de l'invention.

Dans la description détaillée suivante des modes de réalisation repré-

sentés de l'invention, on utilise des mots descriptifs, tels que "supérieur",

"inférieur", "chaud", "froid", etc. pour la commodité et ils n'ont qu'une si-

gnification relative. En outre, on conçoit aisément que l'appareil de réfrigé-

ration peut être orienté autrement, la position représentée sur le dessin étant

choisie pour la commodité de la description qui suit et aussi parce que cette

orientation est celle que l'on trouve d'habitude dans la pratique. En outre, bien que l'on préfère l'hélium comme fluide de travail, la présente invention

peut être réalisée à l'aide d'autres gaz selon les températures de réfrigéra-

tion désirées, gaz qui comprennent de l'air ou de l'azote sans y être limités. En se référant aux figures 1 à 4, le mode de réalisation préféré de l'invention comprend un ensemble de distribution métallique comprenant un corps de distributeur 2 et un chapeau de distributeur 3. Le corps 2 reçoit et porte une valve de contrôle 4 qui sert à contr8ler l'écoulement d'un fluide réfrigérant sélectionné sous forme gazeuse, par exemple de l'hélium, entre deux chambres à volume variable 6 (figure 4) et 8 (figure 1) par l'intermédiaire d'un régénérateur thermique 10 qui est associé à une pièce mobile 14 montée dans un cylindre métallique 16 portant un échangeur de chaleur 18. Le corps de

distributeur 2 est perçé d'ouvertures destinées à recevoir des vis 20 qui tra-

versent des trous percés dans une collerette 30 du chapeau 3 et se vissent dans des trous taraudées dans un anneau de montage 22, de sorte que le corps de distributeur, le chapeau et l'anneau de montage sont solidaires les uns des

autres. Cet ensemble est fixé à l'aide de vis 24 sur une plaque de montage 26.

L'anneau 22 présente une ouverture centrale dimensionnée de façon à recevoir à frottement doux un prolongement court 28 du corps 2, tandis que la plaque 26

est perçée d'un plus grand trou 30 destiné à recevoir le cylindre 16. L'extré-

mité supérieure du cylindre 16 est montée dans un perçage 32 de l'anneau 22

duquel elle est rendue solidaire par un moyen quelconque approprié, de préfé-

rence par soudage ou brasage. Par conséquent, le cylindre 16, l'anneau 22, le

chapeau 3 et le corps de distributeur 2 constituent un sous-ensemble séparé.

Le corps de distributeur 2 est perçé d'un trou longitudinal 20 de dia-

mètre variable. Comme on le voit sur les figures 1 et 2, ce perçage comprend une section inférieure 34 de plus grand diamètre, une section intermédiaire de diamètre relativement faible et une section supérieure 36 dont le diamètre se situe entre ceux des sections inférieure et intermédiaire.. Une enveloppe 38 de la valve coulissante, montée à l'intérieur de la section inférieure 34 du

perçage, constitue avec l'organe coulissant 40 la valve de contrôle 4. L'enve-

loppe 38 est dimensionnée de façon à permettre de la loger à frottement doux dans la section de plus grand diamètre 34 du perçage et est maintenue par une goupille, représentée par exemple en 42, ou par tout autre moyen de fixation approprié, par exemple par une liaison filetée ou par une vis de pression. Dans le mode de réalisation représenté, l'enveloppe 38 est en un matériau céramique et l'organe coulissant 40 de la valve comprend un manchon métallique 44 sur la surface extérieure duquel sont fixées des première et seconde bagues céramiques

46 et 48 séparées par un manchon métallique d'écartement 50. Les bagues céra-

miques 46 et 48 sont dimensionnées de façon à s'emboîter à frottement doux dans l'enveloppe 38 de la valve.. Le manchon 44 comporte

une colorette 45 qui coopère avec la bague 48 pour retenir un ressort circu-

laire ondulé 47 en forme de rondelle et une bague à frottement 49 qui l'en-

toure. Le ressort 47 pousse la bague à frottement 49 contre l'enveloppe 38, ce dont il résulte que l'organe coulissant 40 ne peut se déplacer par rapport à l'enveloppe 38 à moins d'être sollicité par la pièce mobile, comme on va le décrire ci-après. La bague 49 peut être en une matière élastique appropriée, par exemple en métal, caoutchouc ou matière plastique possédant un coefficient

de frottement approprié par rapport à l'enveloppe de la valve. Le choix de ma-

tériaux constitutifs de la bague 49 est pratiquement illimité du fait que

l'obturateur n'est pas refroidi à un degré important.

Toujours en se référant aux figures 1 et 2, l'enveloppe 38 de la valve est perçée de trois pluralités d'orifices radiaux axialement espacés 52, 54 et

56 de dimension identique. Les orifices 52 constituent les orifices d'évacua-

tion à faible pression, les orifices 54 constituent les orifices de transfert

et les orifices 56 sont les orifices d'admission à haute pression. De préfé-

rence, chaque pluralité d'orifices comprend un nombre pair, les orifices étant disposés pour que chaque orifice se trouve diamétralement en face d'un autre

orifice. Cette disposition contribue à maintenir uniforme la pression de flui-

de autour de l'organe coulissant 40 à tout moment, pour empêcher celui-ci

d'être poussé latéralement contre l'enveloppe 38 et de créer une force de ré-

sistance qui fera obstacle au bon fonctionnement de la valve.

Trois rainures circonférentielles, respectivement 60, 62 et 64, sont

réalisées dans le corps du distributeur 2 en alignement avec les orifices ra-

diaux 52, 54 et 56. La rainure 60 communique avec plusieurs canaux décalés circonférentiellement 66 qui se terminent à l'extrémité supérieure du corps de distributeur 2 et communiquent avec une chambre 68 réalisée entre l'extrémité supérieure du corps de distributeur 2 et le chapeau 3. La rainure annulaire suivante 62 communique avec une pluralité de canaux 70 qui conduisent à la chambre 6. La rainure annulaire la plus basse 64 communique avec un canal 72 qui conduit à un orifice d'admission 74 constitué par un dispositif 76 fixé sur le corps de distributeur 2. Le dispositif 76 est adapté pour être raccordé

à un conduit 80 relié à une source de gaz sous haute pression.

Toujours en se référant aux figures 1 et 2, le manchon 44 de l'organe

coulissant 40 entoure un axe 84 qui est monté coulissant dans le corps de dis-

tributeur 2 par l'intermédiaire d'un coussinnet 86 qui est monté dans la sec- tion supérieure 36 du perçage. Au-dessus du coussinnet 86 est prévu un organe d'étanchéité 90 qui rend l'axe hermétiquement étanche vis-à-vis du corps de distributeur 2. Le joint 90 est retenu en place par une plaque de retenue 92

qui est maintenue par des vis fixées dans le corps de distributeur 2.

Le manchon 44 de l'organe coulissant 40 est dimensionné pour qu'il n'entre pas en contact avec l'axe 84. L'extrémité inférieure du manchon 44 est élargie de façon à former une collerette 94. L'axe 84 traverse le manchon 44 pour pénétrer dans un trou borgne prévu dans un bouchon 96 et les deux sont

reliés ensemble par une goupille 98. De préférence, le bouchon 96 a sensible-

ment le même diamètre extérieur que la collerette 94 pour servir de butée de

la valve.

L'extrémité inférieure du manchon 44 de la valve et la base 94 pénè-

trent dans un perçage 100 réalisé dans l'extrémité supérieure de la pièce mo-

bile 14. Une goupille 102 disposée dans des trous alignés prévus dans la pièce mobile et dans le bouchon 96 sert à solidariser la pièce mobile et l'axe 84

pour qu'ils se déplacent ensemble relativement au cylindre 16.

L'extrémité supérieure dé l'axe 84 est fixée à un joug 108 présentant une fente horizontale allongée 110 qui se termine par des extrémités 112 qui sont courbées de manière circulaire et qui sont légèrement agrandies. Un c8té

du joug 108 comporte une rainure 114 destinée à recevoir coulissante l'extré-

mité d'une vis de guidage 116 qui est vissée dans un trou prévu dans le cha-

peau 3 et coopère avec le joug pour empêcher l'axe 84 de tourner. Un autre axe 84A fixée sur l'extrémité supérieure du joug 108, sert de prolongement de l'axe

84. L'extrémité supérieure de l'axe 84A est montée coulissante dans un coussin-

net 118 disposé dans un trou percé dans le chapeau 3. Un chapeau auxiliaire , fixé sur le chapeau 3, est adapté pour recevoir l'extrémité supérieure de

l'axe 84A lorsque celui-ci atteint l'extrémité supérieure de sa course de tra-

vail. Un joint 124 ferme hermétiquement le chapeau 110 pour retenir la pression

de fluide dans la chambre 68.

Toujours en référence aux figures 1 et 2, une des parois latérales du chapeau 3 est perçée d'une ouverture 126 que traverse l'arbre de commande d'un

moteur électrique 130 qui sert de générateur de force motrice de l'appareil.

Un moyeu de manivelle 134 est monté sur l'extrémité libre de l'axe 128. La base 131 du moteur est fixée sur le chapeau 3 par des vis 132. Un tourillon 136, monté excentriquement sur le moyeu de manivelle 134, comprend un galet 138 disposé dans une rainure 110 du joug 108. Le moteur 130 est entouré par une enveloppe 142 fixée sur le chapeau par un moyen approprié, par exemple par des vis 143. L'enveloppe 142 comprend un dispositif 144 permettant le raccordement à un conduit 146 qui sert de ligne d'évacuation de fluide à basse pression. Des canaux 147 et 149 prévus dans le moteur 130 permettent au fluide sous basse pression de passer de la chambre 68, par le moteur 130 et

l'enveloppe 142 vers le conduit 146.

Il ressort de ce qui précède que, lorsque le moteur 130 est mis sous tension, l'axe 128 tourne et, par suite de sa rotation, la liaison par joug imprimera à l'axe 84 un mouvement de va-et-vient. L'axe 84 exécute un mouvement de va-et-vient de sorte que la pièce mobile 14 se déplace entre une première

position limite (figure 1) dans laquelle la pièce mobile se trouve à sa posi-

tion la plus élevée dans le cylindre 16, juste en-deçà du prolongement 28 et une seconde position limite (figure 2) dans laquelle la pièce mobile 14 est

à sa position la plus basse dans le cylindre 16 juste en-deçà de la paroi ex-

trème métallique 21 du cylindre 16.

Toujours en référence aux figures 1 et 4, la pièce mobile 14 comprend une pluralité de canaux 150 qui communiquent avec une chambre intérieure 152

en fermant le régénérateur 10. Ce dernier peut se présenter sous diverses for-

mes, par exemple, se composant de ou comprenant des écrans de bronze, de la grenaille de plomb ou d'autres matériaux possédant une conductivité thermique élevée, en fonction de la température de réfrigération désirée. L'extrémité supérieure de la pièce mobile 14 est fermée par une plaque annulaire perforée 156, fixée par des vis appropriées et servant de moyen de retenue d'un joint élastique 160. Pour faciliter l'assemblage, la plaque 56 se compose de deux parties semi-circulaires. La plaque 56 est perçée de trous alignés avec les

canaux 150. Cette plaque est disposée dans une rainure périphérique à l'extré-

mité supérieure de la pièce mobile 14 et entre en contact coulissant avec la surface intérieure du cylindre 16 pour empêcher les fuites de gaz entre la pièce mobile et la surface intérieure du cylindre 16 à l'extrémité supérieure de la pièce mobile. Le diamètre intérieur de la plaque de retenue 156 a une

dimension supérieure à celle du diamètre extérieur du manchon 44 afin de per-

mettre à la valve coulissante 40 de se déplacer librement par rapport à la

pièce mobile. Toutefois, il est inférieur au diamètre extérieur de la colle-

rette 94, de façon à pouvoir coopérer avec cette collerette lorsque la pièce mobile se déplace vers le bas, comme le montre par exemple la figure 4, et à servir ainsi de butée de la valve. L'extrémité inférieure de la pièce mobile présente une section de

diamètre réduit 170 qui est espacée d'une certaine distance de la surface in-

térieure du cylindre 16 de façon à réaliser un espace annulaire 172. L'espace 172 et le fluide qui le traverse constituent un échangeur de chaleur interne destiné à évacuer de la chaleur de la partie entourante de l'ènveloppe 16. Au niveau de la jonction entre la section de diamètre réduit 170 et le reste de la pièce mobile 14, celle-ci présente une série d'orifices radiaux 176 qui assure la communication entre l'espace annulaire 172 et la chambre intérieure 152. L'extrémité inférieure de la chambre 152 de la pièce mobile 14 est fermée

par un bouchon 178 qui est de préférence en un matériau à conductivité thermi-

que élevée. Le bouchon 178 est fixé sur la pièce mobile 14 par un moyen quel-

conque approprié, par exemple par vis, par brasage ou par soudage.

Toujours en référence aux figures 1 à 4, un échangeur de chaleur ex-

terne 18 porté par le cylindre métallique 16 comprend un corps 180 à haute

conductivité thermique qui a la forme d'une cuvette et qui est fixé sur l'ex-

trémité inférieure du cylindre 16 en contact avec la haute conductivité ther-

mique de la paroi extrême 21. Il va de soi, bien qu'il n'ait pas été représenté, que l'extrémité inférieure du corps 180 de l'échangeur de chaleur externe est

raccordée à l'appareil devant être refroidi, par exemple un détecteur par in-

frarouges ou une chambre à vide.

Toujours en référence aux figures 1 à 4, le manchon de valve 44 a un diamètre extérieur inférieur à celui des bagues céramiques 46 et 48, réalisant

ainsi une rainure annulaire 190. De préférence, la longueur axiale de la rai-

nure 190 est telle que, lorsque la valve occupe sa position limite supérieure

(figure 1), l'extrémité supérieure de la rainure-est au ras des bords supé-

rieurs des orifices radiaux 52 tandis que l'extrémité opposée de la même rai-

nure se situe au-dessous des bords inférieurs des orifices 54, assurant ainsi

la communication entre la chambre 68 et la chambre à volume variable 6. Toute-

fois, lorsque la valve occupe sa position limite inférieure (figure 2), l'ex-

trémité inférieure de la rainure annulaire 190 est au ras des bords inférieurs des orifices radiaux 56 tandis que son extrémité supérieure se trouve au-dessus des bords supérieurs des orifices 54, assurant ainsi la communication entre le conduit 80 et la chambre à volume variable 6. Lorsque la valve occupe sa position limite supérieure, le conduit 80 est obturé par rapport à la chambre 6. Lorsque la valve occupe sa position limite inférieure, la chambre 68 est obturée par rapport à la chambre 6. Les positions limites de la valve 40 sont déterminées par la distance sur laquelle la valve est déplacée dans un sens ou dans l'autre par la pièce mobile, puisque le frottement entre la bague 49 et

l'enveloppe de la valve est réglé pour que la valve se déplace seulement lors-

que la pièce mobile l'oblige à se déplacer. La longueur de la rainure 190 peut éventuellement être modifiée, par exemple, elle peut être raccourcie pour que

(a) lorsque la valve occupe sa position limite supérieure (figure 1) les ex-

trémités supérieure et inférieure de la rainure soient au ras des bords supé-

rieurs des orifices 52 et des bords inférieurs des orifices 54 respectivement et (b) lorsque la valve occupe sa position limite inférieure (figure 2) les

extrémités supérieure et inférieure de la rainure soient au ras des bords su-

périeurs des orifices 54 et des bords supérieurs des orifices 56 respectivement.

Le fonctionnement de l'appareil assure une alimentation en fluide

sous haute pression provenant d'une source appropriée, par exemple le côté re-

foulement d'un compresseur 200 par l'intermédiaire d'une ligne 80 et l'évacua-

tion de fluide sous basse pression vers un réservoir basse pression, par exem-

ple, le côté admission d'un compresseur 200, par l'intermédiaire d'une ligne 146.

On va décrire maintenant le fonctionnement de l'appareil décrit en ré-

férence aux figures 1 à 3, en supposant que la valve coulissante 40 occupe sa position limite inférieure (figure 4) et que la pièce mobile 14 se déplace vers le haut, l'extrémité supérieure de celle-ci étant située en un point, juste en deçà de son point mort supérieur, o le bouchon 96 entre en contact avec la

collerette 94 à l'extrémité inférieure de la valve coulissante.

Lorsque la pièce mobile 14 se trouve juste en-deçà de son point mort supérieur comme on vient de le décrire, la pression du fluide et les conditions de température dans le réfrigérateur sont comme suit: (A) la chambre 6 est à haute pression et à température ambiante; et (B) la chambre 8 est à haute pression et à basse température. A mesure que la pièce mobile se déplace vers

le haut, le bouchon 96 entre en contact avec la collerette 94 de la valve cou-

lissante 40 et déplace celle-ci vers le haut. La valve 40 atteint sa position

limite supérieure (figure 1) en même temps que la pièce mobile atteint sa posi-

tion de point mort supérieur. Lorsque la valve coulissante se déplace de sa position limite inférieure vers sa position limite supérieure, elle traverse un point de transition. Pour ce point de transition, le bord inférieur de la rainure 190 est au niveau des bords supérieurs des orifices 56 tandis que le bord supérieur de la même rainure circonférentielle est au niveau des bords inférieurs des orifices 52. Lorsque la valve coulissante dépasse sa position de transition, le fluide commence à s'écouler de la chambre 6 vers l'orifice 146 en traversant les canaux 70 et 66 et la chambre 68, réduisant ainsi la pression régnant dans les chambres 6 et 8. Lorsque la valve coulissante occupe sa position limite supérieure (figure 1) et la pièce mobile est à son point mort supérieur, du gaz froid sous haute pression dans la chambre 8 sera évacué à travers le régénérateur 10 et la chambre chaude 6 respectivement. A mesure

que le gaz est évacué, il est réchauffé par la matrice du régénérateur, refroi-

dissant de ce fait celui-ci. Or, lorsque la pièce mobile commence à descendre, ce qui se produit après que la valve ait atteint sa position limite supérieure,

la valve restera dans sa position limite supérieure et la pièce mobile chasse-

ra du fluide froid à basse pression de la chambre 8 et la valve continuera à

chasser du gaz à basse pression des chambres 6 et 8. Le régénérateur se re-

froidit davantage en cédant des calories au reste du gaz froid chassé de la chambre 8. Le gaz froid traversant le régénérateur 10 se dilate lors de son réchauffage, refroidissant encore le régénérateur. Lorsque la pièce mobile s'approche de son point mort inférieur, le dispositif de retenue 156 intercepte la valve coulissante et la déplace à travers sa position de transition vers sa

position limite inférieure (figure 4).

Lorsque la valve en mouvement vers le bas dépasse sa position de tran-

sition, du fluide sous haute pression provenant du conduit 80 entre dans la chambre 6 par les canaux 72 et 70,remplissant ainsi cette chambre de gaz à basse température et sous haute pression qui traverse le régénérateur pour entrer dans la chambre 8. A mesure que le gaz chaud entre dans la chambre 8, il se refroidit lors de son passage dans le régénérateur froid 10. La pression régnant dans les chambres 6 et 8 augmente à mesure que du gaz sous haute pression arrive par le conduit 80. La pièce mobile atteint sa position limite

inférieure et ensuite, grâce à l'action de la manivelle, commence à se dépla-

cer à nouveau vers le haut. A mesure qu'elle se déplace vers le haut, du gaz sous haute pression et à basse température provenant du conduit 80 entre dans la chambre 8 après avoir traversé la chambre 6 et le régénérateur 10, ce dont il résulte que ce gaz supplémentaire est refroidi lors de son passage dans le

régénérateur et son volume diminue. Cette diminution de volume permet d'aspi- rer davantage de gaz dans la chambre 8 à mesure que la pièce mobile se

déplace

vers le haut.

A mesure que la pièce mobile retourne vers son point mort supérieur,

elle rencontre à nouveau la valve coulissante qu'elle déplace vers sa posi-

tion limite supérieure, ce qui provoque à nouveau l'évacuation du gaz des

chambres 6 et 8 par la chambre 68, les canaux 147 et 149 et la ligne 146.

Le cycle de fonctionnement que l'on vient de décrire se répète du

fait que la pièce mobile est animée d'un mouvement de va-et-vient par le géné-

rateur de force motrice. Il est à noter que, lorsque la pièce mobile atteint son point mort supérieur, il y aura du gaz froid sous haute pression dans la chambre 8 et du gaz à température ambiante sous haute pression dans la chambre 6.

L'invention présente des avantages évidents en plus de ceux déjà si-

gnalés, parmi lesquels le fait que la construction peut être modifiée de nom-

breuses façons pour l'adapter à des techniques de fabrication disponibles et aux performances exigées. Les échangeurs de chaleur interne et externe, qui

peuvent être réalisés de manière différente, sont simples, fiables et efficaces.

Un autre avantage résulte du fait que le régénérateur 10 peut prendre, lui aussi, diverses formes, par exemple des écrans ou de la grenaille de plomb, comme on l'a déjà signalé, en fonction de la température à laquelle le gaz doit

être refroidi.

Un autre avantage réside dans le fait que la pièce mobile peut être réalisée en matière plastique ou en métal. En outre, le régénérateur thermique peut être monté extérieurement du cylindre 16, par exemple comme représenté sur la figure 5 du brevet britannique n0 1352153, auquel cas la pièce mobile peut être un élément massif ou un élément creux fermé à ses deux extrémités, et des conduits appropriés peuvent être prévus aux extrémités supérieure et inférieure

du cylindre 16 pour assurer la communication avec le régénérateur extérieur.

Une autre modification évidente consiste à prévoir d'autres-moyens mécaniques destinés à animer de mouvements alternatifs la pièce mobile, par

exemple un moteur électrique à renversement de marche automatique ou un dispo-

sitif d'actionnement à commande pneumatique ou hydraulique, par exemple un dis-

positif d'actionnement pneumatique à double effet relié directement à l'axe 84A.

250276 1

Une autre modification possible concerne la construction de la valve coulissan-

te, par exemple en prévoyant des butées mécaniques destinées à arrêter la valve coulissante lorsqu'elle atteint ses positions limites. En outre, le dispositif

peut être un dispositif à deux ou trois étages, par exemple selon les enseigne-

ments des brevets américains 3802211 et 4036027 et le brevet britannique

1352153.

Les figures 6 et 7 représentent deux modifications de la présente in-

vention qui impliquent la mise en oeuvre de valves coulissantes analogues à

celles décrites dans le brevet britannique 1352153.

Dans la variante de réalisation de l'appareil représenté sur la figu-

re 6, une pièce mobile 200 est disposée à l'intérieur d'un cylindre 202. L'ex-

trémité supérieure de la pièce mobile se termine par un prolongement 206 muni d'une collerette 208. Des épaulements faisant mutuellement face 210 et 212 sont formés par la pièce mobile à l'extrémité inférieure du prolongement et par la collerette à l'extrémité supérieure du prolongement. La pièce mobile 200 est creuse et renferme un régénérateur 214 qui peut être réalisé en un matériau

quelconque approprié, par exemple par des écrans en bronze phosphoré. Des ca-

naux 216 et 218 prévus dans la pièce mobile permettent le passage de gaz entre (a) la chambre d'expansion 220 réalisée entre la pièce mobile et l'extrémité

inférieure du cylindre et (b) la chambre ou espace 222 réalisé entre le pro-

longement 206 et le cylindre. La chambre 222 se déplace dans le sens de la longueur du cylindre avec la pièce mobile. Un joint torique 224 disposé dans

une rainure à l'extrémité supérieure de la pièce mobile à proximité de l'épau-

lement 210 empêche le gaz d'entrer dans la chambre 220 ou d'en sortir en consé-

quence de la dérivation du régénérateur en passant dans l'espace annulaire formé par l'écart entre la pièce mobile et le cylindre. La collerette 208 est de préférence située près de la surface intérieure du cylindre 202 pour guider la pièce mobile lors de ses mouvements alternatifs et aucun effort n'est fait pour empêcher le gaz de passer entre la collerette et le cylindre. Une ou plusieurs ouvertures 226 prévues dans la collerette 208 permettent le gaz de passer rapidement de l'espace 222 dans l'espace 223 formé entre la collerette

208 et l'extrémité supérieure du cylindre.

Une entrée de la chambre 202 est assurée par une pluralité de petites ouvertures 232 situées circonférentiellement dans la paroi du cylindre 202, et

une sortie de cette chambre 202 est assurée par une pluralité de petites ouver-

tures 234 disposées également circonférentiellement dans la paroi du cylindre 202, au-dessous des ouvertures 233. Une collerette 236, entourant la paroi extérieure du cylindre 202 au niveau des ouvertures 232 et 234, coopère avec

la paroi du cylindre pour réaliser des tubulures annulaires 238 et 240 per-

mettant le passage du gaz entrant par les ouvertures 232 et sortant par les ouvertures 234. Un conduit d'admission 244 raccordé à une source de gaz sous haute pression (non représenté), communique avec la tubulure 238, tandis qu'un conduit d'évacuation 246 assurant l'évacuation du gaz chassé de la chambre 220 conduit de la tubulure 240 à une source de gaz à basse pression, que l'on va

décrire ci-après.

Que ce soit les ouvertures d'évacuation ou les ouvertures d'admission qui débouchent dans l'espace 222 est fonction de la position relative d'une valve sous forme de bague 250 qui est située à l'intérieur du cylindre dans l'espace annulaire 222. La bague 250 est en contact frottant avec la surface intérieure du cylindre 202 et est en matériau choisi pour que le coefficient de frottement entre la bague et le cylindre soit tel que la bague (a) reste dans une position déterminée jusqu'à ce qu'elle soit prise en charge par la pièce mobile, (b) se déplace avec la pièce mobile selon une première ou une seconde

direction tant que la pièce mobile la pousse dans cette direction et (c) s'arre-

te dans sa position installée lorsqu'elle est relâchée par la pièce mobile. La bague formant valve est espacée d'une certaine distance du prolongement 222 pour permettre le passage rapide de gaz réfrigérant, mais son diamètre intérieur est suffisamment grand pour qu'elle soit interceptée par les épaulements 218, 212. La bague formant valve a une longueur (la dimension mesurée le long de l'axe du cylindre) qui est sensiblement supérieure à la distance maximale entre

les ouvertures d'admission 232 et les ouvertures d'évacuation 234, afin d'évi-

ter l'ouverture simultanée des deux groupes d'ouvertures.Pour que la machine assure un fonctionnement efficace, la longueur de la bague formant valve, l'écart entre les ouvertures 232 et 234, et l'écart entre les épaulements 210 -et 212 sont choisis pour permettre (a) aux ouvertures d'admission 232 d'être fermées et aux ouvertures d'évacuation 234 d'être ouvertes lorsque le volume de la chambre d'expansion 220 est en cours de diminution afin de minimiser l'importance de compression de gaz se produisant dans la chambre à ce moment

du cycle de fonctionnement et (b) aux ouvertures d'admission 232 d'être ouver-

tes et aux ouvertures d'évacuation 234 d'être fermées lorsque le volume de la chambre d'expansion 220 est en cours d'augmentation afin de permettre au gaz

dans la chambre de se dilater et de subir un refroidissement.

Un meilleur refroidissement peut être obtenu en faisant en sorte que la distance séparant les épaulements 210 et 212 soit suffisamment supérieure à la longueur de la bague 250 pour permettre aux orifices d'admission 232 d'être ouvertes pendant la majeure partie de la période pendant laquelle la pièce mobile se déplace vers le bas pour réduire le volume de la chambre 220, et pour permettre aux orifices d'admission 232 d'être ouvertes et aux orifices d'évacuation 234 d'être fermées pendant la majeure partie de la période pendant laquelle la pièce mobile se déplace vers le haut pour augmenter le volume de la

*chambre 220.

L'extrémité supérieure du prolongement 206 est solidaire d'un axe

d'entraînement 84 qui assure le mouvement alternatif de la pièce mobile 200.

L'extrémité supérieure du cylindre 200 est coiffée d'une plaque 260 qui est

apte à porter un ou plusieurs joints hermétiques 263 qui guident en coulisse-

ment l'axe 84. La plaque 260 est recouverte d'un chapeau 262. Des boulons 264 permettent de fixer les plaques 260 et le chapeau 262 sur une collerette 266 prévue à l'extrémité supérieure du cylindre. Le chapeau 262 porte un coussinnet

268 qui guide l'axe 84A, et un chapeau auxiliaire 270 reçoit l'extrémité supé-

rieure de l'axe 84A lorsque celui-ci atteint l'extrémité supérieure de sa course de travail. Le chapeau 270 est rendu étanche vis-à-vis de l'extrémité supérieure du chapeau 262. Comme dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 3, l'axe 84 est entraîné par un moteur électrique 130 agissant par l'intermédiaire d'un joug 108. Le moteur est enfermé dans une enveloppe 142A fixée sur le chapeau 262 par des vis 143. De préférence, le moteur 130 est refroidi par le réfrigérant sortant de la tubulure 240. Par conséquent, le chapeau 270 est perçé d'un orifice de transfert auquel est raccordé un conduit d'évacuation 246, l'enveloppe 142A comporte un dispositif d'évacuation 144A, et le chapeau 262 comporte des ouvertures 267, de sorte que (a) le réfrigérant

gazeux à basse pression peut être chassé de la chambre 228 en passant par l'en-

veloppe du moteur par la pièce mobile lorsqu'elle se déplace vers le haut et (b) du réfrigérant gazeux o de l'air est aspiré dans la chambre 228 par la pièce mobile lorsqu'elle se déplace vers le bas. Ce mouvement de va-et-vient

du fluide gazeux dans l'enveloppe 142A a pour effet de refroidir le moteur 130.

De préférence, le dispositif d'évacuation 144A est raccordé à un conduit 146 qui conduit au c8té aspiration d'un compresseur, tandis que le c6té refoulement

du compresseur est raccordé au conduit d'admission 244.

2502?61

En fonctionnement, la pièce mobile 2 est animée d'un mouvement alter-

natif par le moteur 130. Du gaz réfrigérant sous pression est fourni au cy-

lindre 202 par l'intermédiaire du conduit 244 lorsque la bague formant valve 250 est positionnée de façon à exposer les orifices d'admission 232; par contre, du gaz réfrigérant est évacué du cylindre par l'intermédiaire des con-

duits 246 et 146 lorsque la bague formant valve laisse les orifices d'évacua-

tion 234 débouchés. Comme on l'a déjà signalé, la bague 250 restera dans une position quelconque déterminée jusqu'à ce qu'elle soit déplacée par contact

avec un des épaulements 210 et 212.

Lorsque la bague 250 est positionnée de façon que les orifices d'ad-

mission 232 soient fermés et que les orifices d'évacuation 234 soient ouverts, et lorsque la pièce mobile descend, du gaz est chassé de la chambre 220 et traverse le régénérateur 214 en passant par les canaux 216 et 208 pour entrer dans l'espace 222 qu'il quitte en passant par les orifices d'évacuation 234

et le conduit 246.

Lors de la descente de la pièce mobile 2, l'épaulement 212 entre en contact avec la bague 250. A mesure que la pièce mobile descend, elle déplace la bague formant valve pour que les ouvertures d'évacuation 234 soient fermées et que simultanément les ouvertures d'admission 232 soient ouvertes, permettant ainsi à un gaz sous haute pression d'entrer dans le cylindre par le conduit 244

et les ouvertures d'admission. Le gaz entrant traverse le canal 218, le régéné-

rateur 214 et.le canal 216 pour entrer dans la chambre 220. A moins que la machine ne vienne d'être mise en marche, le gaz est refroidi en traversant le

régénérateur qui a été refroidi par du gaz froid évacué lors des cycles précé-

dents. A mesure que le gaz entre dans la chambre 220, la pression régnant dans

celle-ci augmente.

La pièce mobile atteint sa position limite inférieure, s'arrête, et retourne vers le haut sans toucher l'extrémité inférieure du cylindre 220. Il est évident que la position exacte de la pièce mobile à laquelle les orifices d'admission sont ouverts et les orifices d'évacuation sont fermés peut être

obtenue en positionnant correctement les ouvertures 202 par rapport aux ouver-

tures 234. Lorsque la pièce mobile se déplace à nouveau vers le haut, la bague 250 reste à sa position limite inférieure qu'elle avait atteinte lors de l'arrêt de la pièce mobile. Dans cette position limite inférieure de la valve,

les ouvertures 232 sont entièrement ouvertes et les ouvertures 234 sont entiè-

rement fermées par la bague 250. La bague 250 reste à sa position limite infé-

rieure bouchant les ouvertures 234 jusqu'à ce qu'elle soit à nouveau dépla-

cée par l'épaulement 210 de la pièce mobile lors de la montée de celle-ci. A mesure que la pièce mobile se déplace vers le haut, le volume de la chambre

220 augmente pour permettre au gaz d'entrer dans cette chambre depuis les ou-

vertures d'admission 232 en passant par le canal 218, le régénérateur 214 et le canal 216. Ce gaz entrant maintient la pression de la chambre d'expansion

au niveau de la pression de gaz régnant dans le conduit d'admission 244.

A mesure que la pièce mobile continue son mouvement ascendant, l'épau-

lement 210 entre en contact avec la bague 250 qu'il pousse dans une position

à laquelle les ouvertures d'admission 232 sont fermées et les ouvertures d'éva-

cuation 234 sont ouvertes. Lorsque cela se produit, le gaz commence à sortir de la chambre d'expansion 220, en refroidissant le régénérateur lors de son

passage vers les orifices d'évacuation 234.

Lorsque les ouvertures d'évacuation 234 sont ouvertes pour permettre d'évacuer du gaz de la chambre 220, la pression régnant dans cette chambre commence à diminuer et par conséquent le gaz sortant du dispositif par les

conduits 246 et 146 est sous faible pression.

Il est à noter que la chambre 223 est un simple prolongement de la chambre 222 et par conséquent la pression de gaz régnant du côté supérieur de

la collerette 208 est la même que la pression de gaz régnant de son côté infé-

rieur. Le réglage du déplacement de la bague 250 est fonction de la longueur du trajet parcouru par la pièce mobile depuis le début de sa course ascendante

ou descendante jusqu'à ce qu'il entre en contact avec la bague formant valve.

Cette longueur est égale à la différence entre la longueur de la bague 250 et la longueur de l'espace 222 (c'est-à-dire l'écart entre les épaulements 210 et 212). A l'aide d'une machine telle que celle représentée sur la figure 6, une surface peut être refroidie par échange de chaleur avec la surface extrême

233 de l'extrémité la plus froide (chambre d'expansion) du cylindre 202.

La forme de l'appareil représentée sur la figure 7 est sensiblement analogue à celle de la machine représentée sur la figure 6, à la différence

que les ouvertures d'admission et d'évacuation sont inversées et les deux col-

lerettes 208 et 208A sont prévues sur le prolongement 206 de la pièce mobile de façon à délimiter trois espaces annulaires 222A, 222B et 223. L'espace 222B est délimité en partie par les butées 212 et 213 faisant mutuellement face

250276 1

tandis que l'espace 222A est délimité en partie par les épaulements faisant mutuellement face 213A et 210. L'espace 223 est délimité entre la collorette 208 et la plaque 260 et communique avec un espace 22B qui communique, à son tour, avec l'espace 222A. Les coll rettes 208 et 208A sont situées près de la surface intérieure du cylindre 202 de façon à assurer le guidage de la pièce mobile lors de son déplacement. Les ouvertures 226 prévues dans les collerettes 208 et 208A permettent un mouvement rapide du gaz réfrigérant entre les espaces 222A et B et 223. Le canal 218 s'étend entre le régénérateur 214 et l'espace 222B. En outre, deux bagues formant valve 250 et 250A sont situées dans les espaces 222B et 222A respectivement, chacune de ces bagues étant en contact frottant avec la surface intérieure du cylindre 202 de façon à rester dans une position déterminée dans le sens de la longueur du cylindre jusqu'à ce qu'elle soit déplacée par contact avec un des épaulements de la pièce mobile. La bague 250 sert de valve pour obturer les ouvertures d'évacuation 234 tandis que la

bague 250A sert de valve pour obturer les ouvertures d'admission 232. De pré-

férence, comme le montrent les dessins, la machine est conçue pour que la dif-

férence entre les longueurs de la bague 250 et son espace 222B soit supérieure

à la différence entre les longueursde la bague 250A et de son espace 222A.

Toutefois, la machine peut être réalisée de façon que les deux différences

soient égales.

Sur la figure 7, la bague 250 est représentée disposée de façon que les ouvertures d'évacuation 234 soient ouvertes pendant que la bague 250A

occupe une position pour laquelle les ouvertures d'admission 232 sont fermées.

Dans ces conditions, le gaz se trouvant dans la chambre 220 est sous une faible pression. Si, à ce moment, la pièce mobile descend, elle chassera du gaz de la chambre 220, ce gaz traversant le régénérateur pour sortir par les ouvertures 234. Lors de la descente de la pièce mobile 2, l'épaulement 213A entre en contact avec la bague 250A, laquelle est poussée vers le bas. A mesure que la pièce mobile continue à descendre, l'épaulement 212 entre en contact avec la bague 250 et la pousse vers le bas. La mise en contact de l'épaulement 212 et de la bague 250 se produit avant que la bague 250A soit suffisamment déplacée pour ouvrir les ouvertures d'admission 232. En effet, la bague 250 bouche les

ouvertures d'évacuation 234 en même temps que la bague 250A débouche les ouver-

tures d'admission. Les ouvertures d'admission étant alors ouvertes, du gaz sous une pression plus élevée entre dans la chambre d'expansion 220, après avoir été pré-refroidi en traversant le régénérateur 214 (sauf pour le premier cycle de fonctionnement de la machine). Par conséquent, la pression régnant dans la chambre d'expansion 220 augmente. La pièce mobile atteint sa position limite inférieure, s'arrête et commence à se déplacer à nouveau vers le haut, ce sans

toucher la paroi extrême inférieure du cylindre 202.

Lors de la course ascendante de la pièce mobile, l'épaulement 210 entre en contact avec la bague 250A et la déplace avant que l'épaulement 213

de la pièce mobile entre en contact avec la bague 250 et la déplace. Par con-

séquent, les ouvertures d'admission 232 sont fermées avant que les ouvertures d'évacuation soient ouvertes, ce qui fait que pendant une certaine période de la course ascendante de la pièce mobile, aucun gaz n'entre dans la chambre 220 ni en sort. Le gaz dans la chambre d'expansion se dilate lors de la course ascendante de la pièce mobile pour assurer un refroidissement particulièrement

efficace. Afin de permettre aux bagues 250 et 250A de pouvoir boucher simulta-

nément les ouvertures d'admission 232 et les ouvertures d'évacuation 234 pen-

dant une partie de la course ascendante de la pièce mobile, la différence entre les longueurs de la bague 250 et de l'évidement 222B doit être supérieure à la différence entre les longueurs de la bague 250A et de l'évidement 222A. En outre, afin de permettre à la bague 250A de boucher les ouvertures d'admission relativement tôt dans la course de la pièce mobile, la différence entre la

longueur de l'évidement 222A et la longueur de la bague 250A doit être faible.

Il est également souhaitable que la bague 250A ait une longueur suffisante pour que les ouvertures d'admission 232 ne se rouvrent pas lorsque la bague 250A est

poussée vers le haut lors de la course ascendante de la pièce mobile. Les ou-

vertures d'admission sont fermées relativement tôt dans la course ascendante

par comparaison à la machine représentée sur la figure 6.

Il est à noter que, dans les dispositifs représentées sur les figures 6 et 7, la valve de contrôle diffère du dispositif représenté sur les figures 1 à 4 en ce qu'elle ne comprend pas une enveloppe de valve séparée; au lieu de cela, une partie du cylindre 202 constitue l'enveloppe de la valve. Par conséquent, les valves des figures 6 et 7 sont plus simples que celles des

figures 1 et 4.

Bien entendu, les dispositifs représentés sur les figures 6 et 7 peuvent être modifiés de plusieurs façons comme pour le dispositif des figures 1 à 3, par exemple un régénérateur externe o un étage supplémentaire peut être

prévu de la même manière que représenté sur les figures 5 et 6 du brevet bri-

tannique 1352153.

La figure 8 représente une autre modification pouvant être apportée à l'invention, qui est analogue à bien des points de vue au dispositif de la figure 1. Dans ce cas, la pièce mobile 14 comporte des canaux supplémentaires permettant à un réfrigérant gazeux sous haute pression d'entrer dans l'extré- mité supérieure du régénérateur thermique 10 en passant par le canal annulaire

réalisé entre l'axe 84 et le manchon 44A de la valve coulissante 4A. Celle-

ci comprend une enveloppe 38A et une valve coulissante 40A. L'enveloppe 38A

est fixée dans un perçage 34 dans le chapeau 2 et comporte deux groupes axiale-

ment espacés d'orifices radiaux 52 et 56 de même dimension. Deux rainures an-

nulaires 60 et 64, réalisées dans le distributeur 2 en alignement radial avec les orifices 52 et 56, ont les mêmes dimensions axiales que les orifices 52 et

56. La rainure 60 communique avec un canal 72 qui conduit à un orifice d'admis-

sion auquel est raccordé un conduit d'admission 80 de fluide réfrigérant sous

haute pression. La rainure 64 conduit à un canal 66 qui conduit dans une cham-

bre 68 formée par le chapeau 3 du distributeur. L'appareil représenté sur la figure 8 comprend bien entendu un moteur, non représenté, relié à l'axe 84 par un mécanisme à joug et ce moteur est renfermé par une enveloppe qui communique avec la chambre 68 et comporte un dispositif d'évacuation destiné à raccorder la chambre à une source de gaz sous faible pression, de la manière représentée

sur les figures 1 à 4.

L'extrémité inférieure de l'enveloppe de valve 38A est ouverte et communique avec la chambre à volume variable 6 délimitée entre le prolongement 28 du distributeur 2 et l'extrémité supérieure de la pièce mobile 14. La valve 40A comprend le manchon 44A et une bague céramique 46 fixée sur l'extrémité supérieure du manchon. La bague 46 comporte une rainure externe dans laquelle est située un ressort 47 en forme de rondelle et une bague de frottement 49,

comme on l'a déjà décrit. Le ressort 47 maintient la bague 49 contre l'envelop-

pe de valve 38 pour que la valve ne puisse se déplacer dans l'enveloppe avant d'être sollicitée par la pièce mobile. L'extrémité inférieure du manchon 44A comporte une collerette périphérique 94 qui est dimensionnée pour qu'elle ne frotte pas contre la surface intérieure 100 de la pièce mobile mais pour qu'elle soit interceptée par la plaque de retenue 156. La longueur axiale de la bague 46 est choisie pour être égale à la distance entre les bords supérieurs des orifices 52 et les bords inférieurs des orifices 56. Ainsi, la bague 46

peut être positionnée de façon à boucher simultanément les orifices 52 et 56.

En outre, la longueur du manchon 44A est choisie pour que (a) lorsque la pièce mobile se déplace vers le haut vers son point mort supérieur, ellepousse la valve vers une position limite supérieure à laquelle le bord inférieur de la bague 46 est au niveau ou juste au-dessus des bords supérieurs des orifices 56, pour que ceux-ci soient entièrement ouverts et les orifices 52 entièrement fermés et (b) lorsque la pièce mobile se déplace vers le bas vers son point

mort inférieur,ellepousse la valve vers une position limite inférieure à la-

quelle le bord supérieur de la bague 46 est au niveau ou juste au-dessous des bords inférieurs des orifices 52 pour que les orifices 52 soient entièrement ouverts et les orifices 56 entièrement fermés. En conséquence, lorsque la valve occupe sa position limite supérieure (figure 8), du gaz sortira de là pièce mobile 14 en passant par les canaux 150, le canal 99 réalisé entre le manchon 44A et l'enveloppe 38A, les orifices 56, la rainure 64 et le canal 66. Lorsque

la valve occupe sa position limite inférieure, du gaz sous haute pression en-

trera dans la pièce mobile en passant par le canal 72, la rainure 60, les ori-

fices 52, l'espace annulaire 85 et les canaux 150A. Le procédé de réfrigération est caractérisé par le même cycle Gifford-McMahon que les systèmes des figures

1 à 7.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées

à l'appareil décrit et représenté sans pour autant sortir du cadre de l'inven-

tion.

Claims

REVENDICATIONS

1. Réfrigérateur cryogénique dans lequel (a) un fluide sous pression est refroidi par échange de chaleur et dilatation au cours de son transfert

dans et hors d'une chambre à volume variable par l'intermédiaire d'un régéné-

rateur thermique, (b) le transfert du fluide est effectué par le mouvement de va-et-vient d'une pièce mobile et (c) une valve à fonctionnement cyclique contrôle l'introduction du fluide sous haute pression dans cette chambre et l'évacuation de fluide sous basse pression de cette même chambre, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce mobile (14), un cylindre (16) coopérant avec

la pièce mobile pour délimiter des première et seconde chambres (6, 8), le vo-

lume de cette première chambre (6) variant en fonction du mouvement de la pièce mobile (14) dans le cylindre (16), un conduit et un régénérateur thermique (10) reliant les première et seconde chambres (6, 8), des moyens raccordés à la pièce mobile pour lui imprimer un mouvement de va- et-vient dans le cylindre, 1 et une valve (4) destinée à contrôler l'écoulement d'un fluide réfrigérant dans la première chambre (6) et hors de cette chambre, cette valve de contr8le

(4) comprenant un orifice d'admission haute pression (56), un orifice d'éva-

cuation basse pression (52), et un organe (40) pouvant se déplacer entre les

première et seconde positions et étant disposé pour faire communiquer les ori-

fices d'admission et d'évacuation (56, 52) avec la seconde chambre (8) lors-

qu'il occupe respectivement ses première et seconde positions, et des moyens destinés (a) à provoquer le déplacement dudit organe (40) vers la première position par la pièce mobile (14) lorsque celle-ci se déplace dans une première direction et (b) à provoquer le déplacement dudit organe (40) vers la seconde

position par la pièce mobile (14) lorsque celle-ci se déplace dans une seconde direction oppose.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens destinés à animer la pièce mobile d'un mouvement de va-et-vient comprennent un

moteur électrique (130).

3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens destinés à animer la pièce mobile d'un mouvement de va-et-vient comprennent

une liaison par joug (108) entre le moteur (130) et la pièce mobile (14).

4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens

destinés à animer la pièce mobile d'un mouvement de va-et-vient peuvent fonc-

tionner indépendamment de la valve de contrôle (4).

5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régéné-

rateur thermique (10) est disposé dans la pièce mobile (14).

6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume de la seconde chambre (8) varie en fonction du mouvement de ladite pièce mobile (14)

7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pre-

mière et seconde chambres (6, 8) sont disposées aux extrémités opposées de

ladite pièce mobile (14).

8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce quebla valve de contrôle (4) est coaxiale avec la pièce mobile (14).

9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valve

de contrôle (14) comprend une enveloppe réalisée séparément dudit cylindre.

10. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enve-

loppe (38) de la valve (4) comprend une partie dudit cylindre (16).

11. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe (40) de la valve est annulaire et entoure un prolongement (28) de la

pièce mobile (14).

12. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valve de contrôle (4) comprend une enveloppe céramique et ledit organe (40) de la valve (4) comprend au moins une surface céramique en contact glissant avec

l'enveloppe de la valve.

13. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enve-

loppe (38) de la valve de contrôle (4) comprend un orifice de transfert en communication avec la seconde chambre (8) et en ce que ledit organe (40) de la valve (4) est disposé de façon à mettre alternativement en communication les orifices d'admission et d'évacuation (56, 52) avec l'orifice de transfert (54).

14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'envelop-

pe (38) de la valve (4) comporte une pluralité d'orifices d'admission (56) , d'orifices d'évacuation (52) et d'orifices de transfert (54) et en ce qu'il comprend en outre une chambre collectrice d'admission en communication avec les

orifices d'admission (56), une chambre collectrice d'évacuation en communica-

tion (52), une chambre collectrice de transfert en communication avec les ori-

fices de transfert (54), des moyens destinés à raccorder les chambres collec-

trices d'admission et d'évacuation à des sources de fluide réfrigérant à haute

et basse pression, et des moyens destinés à raccorder le collecteur de trans-

fert à ladite seconde chambre (8).

15. Réfrigérateur cryogénique dans lequel (a) un fluide sous pression est refroidi par échange de chaleur et dilatation au cours de son transfert

dans une chambre à volume variable, et hors de cette chambre, par l'intermé-

diaire d'un régénérateur thermique, (b) le transfert du fluide est effectué

par le mouvement de va-et-vient d'une pièce mobile et (c) une valve à fonc-

tionnement cyclique contrôle l'introduction d'un fluide sous haute pression dans cette chambre et l'évacuation d'un fluide sous basse pression de la même chambre, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce mobile (200), un cylindre (202) coopérant avec celle-ci pour délimiter des première et seconde chambres (220, 222), le volume de la première chambre (220) et le volume de la seconde chambre (222) variant en fonction du déplacement de la pièce mobile (200) dans le cylindre (202), un conduit et un régénérateur (214) reliant les première et seconde chambres (220, 222), des moyens d'entraînement (130) reliés à la pièce mobile (200) pour lui imprimer un mouvement de va-et-vient dans le cylindre (202), et une valve de contrôle destinée à contrôler l'écoulement d'un fluide réfrigérant entrant et sortant de la première chambre, cette valve de contrôle

comprenant un orifice d'admission à haute pression (232), un orifice d'admis-

sion à basse pression (234), et un organe (250) pouvant se déplacer entre des

première et seconde positions et étant disposé de façon à mettre en communi-

cation les orifices d'admission et d'évacuation (232, 234) avec la seconde chambre (222) lorsqu'il occupe respectivement ces première et seconde positions, et des moyens (130) destinés (a) à provoquer le déplacement dudit organe (250)

de la valve vers la première position par la pièce mohile (200) lorsque celle-

ci se déplace selon une première direction et {b) à provoquer le déplacement dudit organe (250) de la valve vers la seconde position par la pièce mobile

(200) lorsque celle-ci se déplace selon une seconde direction opposée.

16. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement (130) sont reliés à la pièce mobile (200) par des moyens

mécaniques traversant ledit organe de la valve.