Brevet FR2034674A1 — publié le 19701211

L'invention concerne une installation permettant de liquéfier des gaz à très basse température de condensation et comportant une machine frigorifique à gaz froid munie d'au moins une enceinte de compression, à volume variable, présentant une température moyenne-4le- vée, ainsi que d'au moins une enceinte de détente, également à volume variable, présentant une température moyenne basse, ces enceintes communiquant entre elles et un régénérateur étant inséré dans la liaison entre lesdites enceintes, alors que l'enceinte de détente est munie d'une admission et d'un échappement pour le fluide actif, l'échappement étant raccordé par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur par contre-courant au côté admission d'un premier dispositif de ddtente dans lequel le fluide est détendu jusqu'8 une pression égale ou supérieure à la pression minimale se produisant dans la machine frigorifique à gaz froid, alors que le côte échappement du dispositif de détente est raccordé par l'intermédiaire de ltéchangeur de chaleur par contrecourant à l'admission de la machine frigorifique à gaz froid. Des installations du genre décrit ci-dessus sont connues. Le fluide actif qui sort de l'enceinte de détente et qui a traversé ledit échangeur de chaleur est détendu dans le dispositif de dé- tente jusqu'à la pression minimale se produisant dans la machine frigorifique. La condensation du fluide présentant une très basse températu- re de condensation nécessite une détente jusqu'à des pressions notablement inférieures à la pression minimale se produisant dans la machine frigorifique à gaz froid. Cela implique qu'afin de pouvoir être ramené à la machine frigorifique à gaz froid à l'aide d'un compresseur, la partie non condensée du fluide doit être comprimée jusqu'à au moins la pression minimale de la machine frigorifique à gaz froid.Afin de réduire au minimum les pertes, le compresseur fonctionne à la température ambiante normale ce qui nécessite l'insertion d'échangeurs de chaleur entre le compresseur et la partie à température basse de l'installation. Le compresseur additionnel et les échangeurs de chaleur nécessaires compliquent la construction de l'installation connue et la rendent coûteuse. L'invention vise à fournir une installation du genre décrit ci-dessus, installation qui ne requiert pas l'utilisation d'un compresseur et dont le nombre d'échangeurs de chaleur est notablement réduit. Afin d'atteindre le but visé, l'installation conforme à l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte un second dispositif de détente, dont le cat8 admission est également raccordé au côté échappement du premier dispositif de détent, alors que le côté évacuation débouche dans un réservoir de liquide, le tout de façon que la quantité de fluide circulant vers le second dispositif de détente soit telle qu'après le second dispositif de retente, pratiquement toute la quantité de fluide est constituée par du liquide. Dans l'installation conforme A l'invention, le fluide est d'abord détendu Q partir de la pression maximale rognant dans la machine à gaz froid jusqu'à la pression minimale se produisant dans ladite machine. Une partie du fluide circule ensuite par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur vers la machine, alors qu'une autre partie est détendue dans le second dispositif de détente jusqu'à une pression plus basse. La dernière partie est choisie de telle façon que le fluide parvienne sous forme de liquide dans le réservoir. Dans l'installation conforme à l'invention, il ne faut donc plus de compresseur pour comprimer une partie du fluide détendu à la pression minimale de la machine frigorifique à gaz froid. Le remplacementdu fluide condensé s'effectue en reliant unebouteille de gaz à l'enceinte de compression de la machine. La description ci-apres, en se référant au dessin ana nexd, fera bien comprendre comment l'invention peut être rdalisée. Sur la figure, le chiffre de réfZrence (1) désigne une machine frigorifique à gaz froid. Cette machine contient un cylindre (2) dans lequel peut se déplacer un piston (3) et un balayeur (4). Le piston et le balayeur sont reliés à un mécanisme d'entraînement non représenté sur le dessin par l'intermédiaire d'une tige de piston (5) et d'une tige de balayeur (6). Entre le piston et la balayeur se trouve une enceinte de compression (7), qui communique par l'intermédi- aire d'un refroidisseur (8), d'un régénérateur (9) et d'un congélateur (10) avec une enceinte de ddtente (11). L'enceinte de détente (11) est munie d'un clapet d'échappement (12) et d'un clapet d'admission (13). Au clapet d'échappement (12) est raccordée une canalisation (14), dont l'autre extrémi- té est raccordée au catg admission (16) d'un dispositif de détente (17) par l'intermddiaire-d'un échangeur de chaleur (15). Au côté évacuation (18)- dudit dispositif de détente (17) est raccordée une canalisation (19), dont l'autre extrémité est raccordée au clapet d'admission (13) par l'intermédiaire de leéchangeur de chaleur (15).De plus, au c8té évacuation (18) est raccorde une canalisation (20), dont l'autre ex trématé est raccordée au côtd admission (21) d'un second dispositif de ddtente (22), dont la canalisation d'évacuation (23) débouche dans un réservoir de liquide (24). Dans la machihe frigorifique à gaz froid, un fluide actif, tel que de lthélium ou de l'hydrogène, est alternativement comprimé de façon connue lorsqu'il se trouve essentiellement dans l'encein- te de compression (7) et détendu lorsqu'il se trouve essentiellement dans l'enceinte de détente (11) dans laquelle règne une temssérature basse. Lorsque la pression régnant dans l'enceinte active est maximale, une quantité de fluide froid est évacuée par l'intermé- diaire du clapet d'échappement (12). Ce fluide circule, par l'intermé- diaire de l'dchangeur (i5) dans lequel il est refroidi davantage, vers le dispositif de dStente (17) où il est détendu jusqu'8 une pression, qui correspond pratiquement à la pression minimale de la machine frigo- rifique à gaz froid.Une partie du fluide détendutet par conséquent re froiditreflue par l'intermédiaire de la canalisation (19) et de l'é- changeur de chaleur (15) veule clapet d'admission (13) de la machine à gaz froid (1), une autre partie par lintermédiaire de la canalisation (20) vers le second dispositif de détente (22) où il est détendu åusqu'à la pression ambiante. Le fluide circulant vers le clapet d'admission (13) entre dans la machine (1), dès que la pression régnant dans ce dispositif est inférieure à celle régnant dans la canalisation (19). La partie du fluide circulant vers le dispositif de détente (22) est choisie de telle façon qu'à la détente, il se produise une condensation complète. Le condensat est recueilli dans le réservoir (24). Le remplaeemewt de fluide à la machine frigorifique à gaz froid se fait à partir d'une bouteille de fluide (25) sous pression élevée, bouteille qui est raccordée à l'enceinte de compression (7), par l'intermédiaire de la canalisation (26) dans laquelle est insérée une soupape à retour (27) agissant sous l'action d'un ressort. Ainsi, on a obtenu une installation de liquéfaction simple, qui ne provoque que peu de pertes. Bien que le dessin represen- te, à titre d'exemple, une machine frigorifique à gaz froid à un étage, il est évident que dans certaines circonstances, une telle machine peut également être réalisée sous forme d'une machine frigorifique à plusieurs étages, c'est-à-dire une machine comportant plusieurs enceintes de détente présentant des températures successivement de plus en plus basses. Eerendications installation permettant de liquéfier des gaz à très basse température de condensation, comportant une machine frigorifique à gaz froid munie d'au moins une enceinte de compression, à volume variable, présentant une température moyenne élevée, ainsi que d'au moins une enceinte de détent, également à volume variable, présentant une température moyenne basse, ces enceintes communiquant entre elles et un régénérateur étant inséré dans la liaison entre lesdites enceintes, alors que l'enceinte de détente est munie d'une admission et d'un é- chappement pour le fluide actif, l'échappement étant raccorde par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur par contre-courant au c8té admission d'un premier dispositif de détent, dans lequel le fluide est dé- tendu jusqu' une pression, qui est égale ou supérieure à la pression minimale se produisant dans la machine frigorifique à gaz froid, alors que le côté échappement du dispositif de détente est raccord4 par l'in termédiaire de l'échangeur de chaleur par contre-courant à l'admission de la machine à gaz froid, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte un second dispositif de détente, dont le caté admission est également raccordé au côté échappement du premier dispositif de détente, alors que le catd évacuation débouche dans un réservoir de liquide, le tout de façon que la quantitd de fluide circulant vers le second dispositif-de détente soit telle qu'après le second dispositif de détente, pratiquement toute la quantité de fluide est constitude par du liquide.