Brevet FR2339823A1 — publié le 19770826

La présente invention concerne une machine à compression et détente pour la production de gaz froid etjou de gaz chaud dans un pro cédé à gaz froid Les machines à gaz froid fonctionnent presque selon l'effet Joule Le gaz est aspiré par un cor presseur à une pression et à une tem- pérature basses et comprimé presque adiabatiquement . Le gaz ainsi comprimé traverse un échangeur thermique et, en se refroidissant, cède sa chaleur à un second agent .Dans une machine à détente qui suit, le gaz se détend presque adiabatiquement en fournissant du travail et se refroidit en dessous de sa température d'origine Le gaz ainsi obtenu peut fournir du froid, soit directement en procédé ouvert, soit indirectement en circuit fermé, par un échangeur thermique . La chaleur cédée dans le premier échangeur thermique peut être utilisé à des tins de chauffage les machines gaz froid se composent donc de trois unités : le compresseur, l'échangeur therrique et le détendeur . Dans les machines à bas froid utilisant une machine à détente et compression, telle que celle décrite dans le brevet américain 3.913.351, le détendeur et le comr resseur sont réunis en une seule unité . Mais le gaz comprimé doit toujeurs quitter la machine après compression pour être refroidi dans un échangeur thermique séparé et, pour cette raison, cette machine manque de compacité . La présente invention a donc pour objet de réaliser une machine à gaz froid pour la production dtsir froid et d'air chaud a plus compacte possible de façon à être peu encombrante et à être utilisable, par exemple, dans un véhicule automobile Ce but est atteint, conformément à l'invention, par une machine de compression et de détente à chambre unique comportant un ré- générateur s'ouvrant sur l'enceinte de travail pendant la phase de compression et de détente Après le temps d'aspiration, le gaz sera, pendant la phase de compression, presque totalement comprimé dans le régénérateur qui représentera ainsi le volume de compression . Le-gaz chauffé par la compression cède sa chaleur au régénérateur . Il se détend ensuite en se refroidissant, en partie dans le régénérateur et en partie à l'extérieur de ce dernier . Le gaz se trouvant alors dans la chambre de détente est refroidi et peut être cédé, sous forme d'air froid, à un climatiseur, par exemple La seconde partie du gaz se trouvant encore dans la chambre du régénérateur s'est dabord refroidie par la détente mais, pendant son temps de séjour prolongé dans le régénérateur chaud, elle en capte la chaleur et quitte alors ce dernier, sous forme d'air chaud, par un orifice d'échappement séparé, pour une utilisation éventuelle Deux solutions sont proposées pour la réalisation pratique de l'invention : Dans la première solution, le régénérateur est disposé dans la surface de travail du piston .L'expulsion du reliquat d'air chauffé hors du régénérateur s'effectue de préférence à la fin de la phase de détente ou au début de la phase de compression par ch@@@e dans un orifice séparé Dans la seconde solution, les régénérateurs sont fixés au carter L'expulsion du reliquat d'air chaud hors du régénérateur tue de même, de préférence à la fin de la phase de détente ou au début de la phase de compression par chasse dans un orifice séparé Dans cc deux solutions conformes t l'invention, les trois unit nécersaires au procédé à gaz froid, le compresseur, l'échangeur thermique et le détendeur, @out réunis er un en@emble unique . On obtient ainsi la construction on p@@te reclerclée @erme@tant l'emploi de la machine dans les véhicules aut@robiles . En particulier, l'emploi, conforme à l'invention, du régénérateur ouvrant sur 1 enceinte de travail assure 18 production, par des opens simples, d'un air froid intensivement réfrigéré pour le climatiseur . Cependant, pour une réfrigération encore plus intensive du gaz, le régénérateur pourra bénéficier d'un refroidissement supplémentaire externe, par exemple par de l'eau, de l'hui- le ou de l'air .En-outre, on pourra éventuellement se dispenser de la phase dite de balayage Toutes les machines dans lesquelles les processus de compression et de détente s'effectuent dans une chambre conviennent à l'invention comme machines de travail, mais l'invention préfèrera des machines à piston rotatif modifiées L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à deux exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels - la Figure 1 montre une machine de compression et détente à chambre unique à régénérateurs et plaquettes d'étanchéité in corporés dans le piston de travail ; et - la-Figure 2 montre une machine de compression et détente à chambre unique à régénérateurs et plaquettes d'étanchéité fixés au carter La Figure 1 montre le carter trocholdal fixe 1, le piston rotatif triangulaire 2, la soupape d'admission des gaz-de travail 3 et la soupape d'échappement de ces gaz 4 . Des évidements 6 sont creusés dans les faces latérales 5 du piston 2 ; ces évidements sont remplis, par exemple, de treillis métallique et servent de régénérateurs ; ils peuvent en même temps être reliés, par des ailettes de refroidissement, à la cavité interne 9 du piston 2 .Au début du temps de compression, le reliquat d'air chaud est chassé du régénérateur 7 du piston 2 par l'orifice 14 d'où il peut être éventuellement dérivé pour servir au chauffage La Pigure 2 montre te carter trochoïdal fixe 1, le piston rotatif triangulaire 2 et les soupapes d'admission 3 et d'échappement 4 , Les régénérateurs 10 sont fixés sur le carter du trochoïde I et remplis, par exemple, de treillis métallique 7 . Deux plaquettes d'étanchéité 11 sont disposées sur le carter trochoïdal de façon à former deux chambres étanches dont le volume croît et déoroît. selon la rotation du piston 2 , L'air extérieur ast d'abord aspi- ré par les soupapes d'admission 9 et comprimé dans les régénéra- teurs 10 . Après détente, une partie de l'air est expulsée sous forme d'air froid par les soupapes d'échappement 4 tandis que le reliquat d'air chaud quitte le régénérateur 10 par la soupape 14 au début du temps de compression pour être ensuite éventuellement utilisé comme agent de chauffage REVENDICATIONS 1. Réfrigérateur à compression et détente, à chambre unique, pour la proauction de gaz froid et/ou de gaz chaud, caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs régénérateurs servant à l'é change thermique, ouverts sur l'enceinte de travail et compor tant un ou plusieurs orifices d'échappement séparés et obtura bles . 2. Réfrigérateur à compression et détente, à chambre unique, selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les orifices d'échap pement sont disposés de façon à s'ouvrir, de façon réglée par une arête de commande, pendant le temps d'erpulsion ou au début du temps de compression. 3. Réfrigérateur à compression et détente, à chambre unique, selon les Revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs régénérateurs sont insérés dans les surfaces de travail du pis ton et que der o@ifices d'écha@@ement obturables conduisent du r@@énérateur vers l'extérieur . 4. Réfrigérateur à compression et détente, à chambre unique, selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les régénérateurs sont disposés sur le carter de façon à déboucher sur l'enceinte de travail et de façon à s'ouvrir, de façon réglée par une soupape, -endant le tempe d'expulsion ou au début du temps de compression 5. Réfrigérateur à compression et détente, à chambre unique, selon les Revendications 1 2, 3 et 4, caractérisé en ce que les ré générateurs sont disposé de façon - pouvoir être refroidis de 'extérieur par de l'eau, de l'@uile et/ou de l'air 6. Réfrigérateur à comprecsion et détente, à chambre unique, selon les Revendications 1, 2, 3, 4 et 5, caractérisé en ce qu'il u tilise une machine à piston rotatif de construction trochoidale