Brevet FR2000830A1 — publié le 19690912

La présente invention concerne des chambres essai d'ambiance, et particulièrement une chambre d'essai d'ambiance perfectionnée à basses températures, comprenant un système de réfrigération perfectionné utilisant des réfrigérants mixtes de la série des hgdrocarhones halogénés. Des chambres d'essai d'ambiance comprenant des systèmes de réfrigération classiques utilisant un seul compresseur et un seul fluide réfrigérant ont été jusqu'à présent en général utilisées à des températures de l'ordre de -40 C comme limite inférieure d'efficacité. Si nécessaire, on obtient en général des températures inférieures à celle-ci à l'aide de systèmes de réfrigération plus compliqués et plus chers de type jumelé ou à cascade utilisant un ou plusieurs réfrigérants séparés et une paire d'éléments.On a également proposé des réfrigérants mixtes pour cette application ; cependant, dans ce cas, l'utilise sation de ces produits s'est effectuée dans des installations relativement compliquées et chères n'ayant aucun intérêt commercial ou compétitif notable et ne convenant pas sur le plan économique à l'utilisation dans des chambres d'essai d'ambiance de petite et de moyenne dimensions On peut décrire brièvement l'invention comme une étude perfectionnée de chambres d'essai d'ambiance comprenant un système de réfrigération utilisant un seul compresseur et un seul évaporateur conjointement avec un réfrigérant mixte de la série des hydrocarbures halogénés. Parmi les avantages que comporte l'étude du procédé de l'invention on peut citer l'obtention facile de températures atteignant -690C dans un appareil simple et bon marché constitué par des éléments classiques que l'on trouve facilement dans le commerce, et par voie de conséquence, une chambre d'essai d'ambiance bon marché ayant un intervalle d'essai normal très étendu. L'invention concerne des chambres d'essai d'ambiance perfectionnées comprenant des systèmes de réfrigération utilisant un réfrigérant mixte de la série des hydrocarbures halogénés et un système de réfrigération- perfectionné pour des chambres d'essai d 'ambiance à basse température et analogues. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la deseription qui va suivre et des dessins annexés qui illustrent un mode de mise en oeuvre préféré d'une chambre d'essai d'ambiance visée par l'invention Les dessins comprennent la figure 1 et la figure 2 La figure 1 est une vue en perspective de c8té montrant une chambre dressai d'ambiance visée par l'invention, la porte étant entrouverte. La figure 2 est une représentation schématique du système de réfrigération à réfrigérant mixte placé à l'intérieur de l'appareil de la figure 1. Les dessins, et en premier lieu la figure 1, illustrent un montage de chambre d'essai d'ambiance de dimension relativement petite (10) avant une table comme support (ou analogues) et comprenant en général une partie contrôle de tempéra- ture et élément 12 et une partie chambre de réception de l'arti- cle 14. La partie chambre 14 comprend une chambre de réception 16 de l'article que l'on place en position centrale, cette chambre a des parois isolées d'épaisseur importante et est accessible par une porte isolée 18. A l'intérieur de la partie contrôle 12 on trouve des éléments générateurs de chaleur convenables, un système de circulation d'air, un circuit de commande et les éléments du système de réfrigération tels qu'on les décrit ci après.Sur la surface frontale de la partie contrôle de température et élément 12 on trouve des indicateurs de contrôle et de fonctionnement 20 facilement accessibles, et on peut monter sur la porte 18 un thermomètre indicateur 22. Comme on l'a dit précédemment, les chambres d'essai d'ambiance du type ci-dessus, ont en raison des facteurs dimension et prix, une limite d'efficacité à basse température de l'ordre de -4o0c, si l'on utilise des techniques et des systèmes de réfrigération classiques. La chambre d'essai d'ambiance de l'invention comprend un système de réfrigération perfectionné qui réduit effectivement son intervalle de température de fonctionnement à moins de -650C. Comme on lta indiqué précédemment ce système utilise des réfrigérants mixtes de la série des hydrocarbures halogénés de caractère sélectif, comme décrit ci-après, et la figure 2 illustre les éléments essentiels de ce système. Comme réfrigérants mixtes de ce type que l'on peut utiliser dans la pratique de l'invention, on peut citer un premier produit choisi parmi le dichlorodifluorométhane (R12), le monochlorodi fluorométhane (R22) et un azéotrope (R502) constitué par le mono- chlorodifluorométhane (R22) et le monochloropentafluoréthane (R115), et un second produit le monochlorotrifluorométhane (R13). On trouve dans le commerce tous ces réfrigérants entre autres auprès des firmes E.I. du Pont de Nemours et Allied Chemical Corporation Comme premier produit, on utilise de préférence le dichlorodifluorométhane (R12), en partie au moins à cause de sa miscibilité à l'huile. L'azéotrope R502 comprend 48,8% en poids de monochlorodifluorométhane (R22) et 51,2 % en poids de monochloropentafluorométhane (R115) ; on le trouve entre autres dans le commerce sous le nom de FREON 502 de E.I. du Pont de Nemours.Comme le montrent les données de ce fabricant, cet azéotrope 502 et les réfrigérants R12 et R22 possèdent les propriétés suivantes (R502) (R22) (R52) FREON-502 FREON-22 FREON-12 Formule chimique * CHC1F2 C 12 2 Poids moléculaire 111,64** 86,48 120,93 Point d'ébullition, en C - 45,6 -40,77 -29,7 Tension de vapeur en kg/cm, absolus 48,9 C 20,7 1995 12,1 -17,8 C 3,22 2,72 1,67 Taux de compression 48,9 C/-17,8 C 6,43 7,15 7,24 Densité l'état liquide, en kg/m3 48,9 C 1,12 1,09 1,21 -17,80C 1,40 1s34 1,45 Densité de vapeur saturée en kg/m3 -17,8 C 0,01768 0,01166 0,00996 Rapport des chaleurs spécifiques c p/cv à 1B,30C et 0,703 kg/cm2 1,132 1,187 1,139 Chaleur latente de vaporisation en kcal/kg à 17,7 C 38,67 52,43 38,19 Solubilité de l'eau, en ppm à 25,60C 560 1o300 93 CHClF2/CClF2CF3 (48,8/51,2 en poids) Poids moléculaire moyen Comme second produit, on peut citer de préférence l'azéotrope (R503) constitué par 40,1 en poids de trifluorométhane (R23) et 59,9 en poids de monochlorotrifluorométhane (R13) ; on trouve ce produit sous le nom de Génétron 23/13 de Allied Chemical Corporation Comme le montrent ces données du fabricant, cet azéotrope R503 et le réfrigérant R1) possèdent les propriétés suivantes (R503) (R13) GENETRON 23/13 GENETRON 13 Azéotrope Formule chimique x CC1F3 Poids moléculaire 87,5 104,5 Point d'ébullition sous 1 atm. -88,6 C -81,4 C Température critique 19,5 C 28,8 C Pression critique (en kg/cm2 absolus) 42,7 39,4 Chaleur de vaporisation au point d'ébullition (en kcal/kg) 41,23 35,50 Chaleur spécifique du liquide à -34,4 C (en cal e OC) 0,29 0,24 X 40,1 en poids de GENETRON 23 59,9% en poids de GENETRON 13 Dans la réalisation d'un prototype de mise au point du type ci-après, on charge au départ le système aux températures ambiantes à 3,16 kg/cm2 manométriques avec le premier produit du réfrigérant mixte, plus particulièrement le réfrigérant R12. On charge ensuite le système à 6,68 kg/cm manométriques avec le second produit du réfrigérant mixte, plus particulièrement l'azéotrope R503. On met ensuite en marche le système, et on le règle pour obtenir des performances optima. Bien que les quantités de réfrigérants utilisés soient déterminées au moins en partie par le volume du système, I'intervalle de température voulu et la durée pour obtenir une chute de température donnée, le chargement du prototype de mise au point, tel que celui indiqué ci-dessus, utilise par exemple environ 196 g de réfrigérant R12 et 133 g de réfrigérant azéotrope R50) pour-obtenir une tempé- rature de -67,8 C que l'on peut attendre en une heure environ. Si lion se base sur les données limitées connues jusqu'à présent, il semblerait que l'on peut utiliser des quantités convenables de premier et second réfrigéranbS au moins dans une certaine mesure ; on peut exprimer ces quantités par un rapport en poids3 à savoir poids du premier produit poids du second produit Avec le prototype décrit on obtient les résultats ci- dessus avec un rapport de lp47 environ. L'expérience actuelle montre que si I'ozi stécarte avec le prototype des quantités ci-dessus, les performances obtenues s 'écartent de celles indiquées. Cependant, même si l'on s'écarte de 5% environ des quantités indiquées, on estime que l'on peut atteindre des températures de l'ordre de -650C. Comme le montre la figure 2, on a un compresseur 30 de type classique pour augmenter la pression du réfrigérant mixte introduit en phase gazeuse par la canalisation 28. On relie par la canalisation 32 la haute pression du compresseur 30 à un condenseur 34 également de type classique, dans lequel on liquéfie de manière sélective le premier réfrigérant du mélange réfrigérant. On introduit le fluide réfrigérant mixte gaz-liquide sortant du condenseur 34 dans un séparateur liquide-gaz 36 > qui se présente comme une petite chambre ou même un raccord en forme de T. On introduit par la canalisation 38 le second produit non condensé ou gazeux du réfrigérant mixte dans le condenseur à cascade 40.Le réfrigérant condensé est détendu dans un capillaire 44, et il passe dans ledit condenseur à cascade 40 à contre-courant par rapport au second produit du réfrigérant mixte Comme le sait-l'homme de l'art, la détente et l'évaporation sélectives du premier produit et son passage à contre-courant par rapport au second réfrigérant réalisent-un échange thermique entre les deux produits avec une nette diminution de la température du second produit du réfrigérant mixte. Pour les réfrigérants indiqués dans 1'explosé9 cet échange thermique est suffisant pour condenser la majeure partie, sinon la totalité, dudit second produit, et le fluide résultant sort ainsi du condenseur à cascade 40 par la canalisation 42.On détend ensuite le produit liquéfié du réfrigérant mixte (second constituant) par le capillaire 46, et on l'introduit dans l'évaporateur 48 dans lequel il absorbe de manière classique de la chaleur du milieu ambiant. Le COB tituant primaire du réfrigérant mixte, qui est pratiquement à l'état gazeux sort du condenseur à cascade 40 par la canalisation 50, et on le réintroduit dans le compresseur 30 conjointement avec le second constituant gazeux du réfrigérant mixte sortant de l'évaporateur 48 par la canalisation 52. Dans les opérations effectuées à ce jour on préfère utiliser comme premier réfrigérant le dichîorodifluorométhane (RI2) en association avec l'azéotrope R503 du trifluorométhane et du monochlorotrifluoromethane, bien que l'on puisse utiliser des combinaisons de tous composés ci-dessus pour le premier et le second cônstituants du rdfrigérantmixte, Comme le sait lthomy de l'art, l'invention n'utilise qu'un équipement standard ; cet équipement ne comprend pas de vannes ou autres dispositifs gênants au point de vue entretien on utilise des réfrigérants tout à fait classiques et acceptables. Des appareils du type décrit dans cet exposé ont permis d'augmenter avec succès l'intervalle des basses températures des chambres d'essai d'ambiance de petite dimension de -400C à moins de -650C sans accrottre de façon importante la complexité de leurs éléments ou leur prix. REVENDICATIONS 1 - Une combinaison dgune chambre d'essai d'ambiance et d'un système de réfrigération comprenant un compresseur pour élever la pression d'un réfrigérant gazeux mixte contenant un premier produit qui peut être le méthane, le monochîcrodifluoro méthane ou un azéotrope constitué par le monochlorodifluoro- méthane et le monochloropentafluoréthane et un deuxième produit qui peut être le monochlorotrifluorométhane ou un azéotrope constitué par le trifluorométhane ou le monochlorotrifluoro méthane, un condenseur pour condenser de manière sélective ledit premier produit dudit réfrigérant mixte9 un dispositif placé du côté de la sortie dudit condenseur pour séparer lesdits premier et second produits dudit réfrigérant mixte9 un dispositif pour condenser de manière sélective ledit second produit dudit réfrigérant mixte par évaporation à contre-courant dudit premier produit par échange thermique, et un dispositif pour évaporer de manière sélective ledit second produit dudit rzfrigérant mixte. 2 - La combinaison selon la revendication 1, dans laquelle ledit premier azéotrope comprend 48s8% en poids de monochlorodifluorométhane et 51,2k en poids de monochloropentafluoréthane. 3 - La combinaison selon la revendication 2 dans laquelle ledit second azéotrope comprend 40,1% en poids de trifluorométhane et 59,9% en poids de monochlorotrifluorométhane. 4 - Une combinaison d'une chambre d'essai d'ambiance et d'un système de réfrigération comprenant un compresseur pour augmenter la pression d'un réfrigérant gazeux mixte constitué par le dichlorodifluorométhane comme premier produit et un azéotrope formé de trifluorométhane et de monochlorotrifluorométhane comme second produit, un condenseur pour condenser de manière sélective ledit premier produit dudit réfrigérant mixte, un dispositif placé du côté de la sortie dudit condenseur pour séparer ledit premier produit condensé du second produit gazeux dudit réfrigérant mixte, un dispositif pour condenser de manière sélective ledit second produit dudit réfrigérant mixte par évaporation à contre-courant dudit premier produit par échange thermique, et un dispositif pour évaporer de manière sélective ledit second- produit- dudit rdfrigerant mixte 5 - La combinaison selon la.revendication 4, dans laquelle ledit second azéotrope contient 40,1 en poids de trifluorométhane et 59,9% en poids de monochlorotrifîuorométhane 6 - Dans un système de réfrigération l'opération de chargement du système avec un réfrigérant mixte contenant un premier produit qui peut être le dichlorodifluorométhane, It monochlorodifluorométhane ou un azéotrope constitué par le monochlorodifîuorométhane et le monochloropentafluoréthane, et un second produit qui peut être le monochlorotrifluorométhane ou un azéotrope constitué parle trifluorométhane et le monochlorotrifluorométhane. 7 - L'opération du procédé selon la revendication 6, dans laquelle ledit premier azéotrope contient 48,8% en poids de monochîorodifluorométhane et 51,2 en poids de monochloropentafluoréthane. 8 - L'opération du procédé selon la revendication 7, dans laquelle ledit second azéotrope contient 40,1% en poids de trifluorométhane et 59,9 en poids de monochlorotrifluorométhane. 9 - Dans un système de réfrigération, l'opération de chargement du système avec un réfrigérant mixte contenant du dichlorodifluorométhane comme premier produit et un azéotrope constitué par le trifluorométhane et le monochlorotrifluorométhane comme second produit. 10 - L'opération du procédé selon la revendication 9, dans laquelle l'azéotrope contient 40,1 en poids de trifluorométhane et 59,9 en poids de monochlorstrifluorométhane.