Brevet FR2481428A1 — publié le 19811030

La présente invention concerne un dispositif pour produire du froid, comportant un bain de fluide frigorigène pour un appareil d'utilisation de froid, et un circuit de refroidissement comportant un compresseur et des étages de refroidissement pour liquéfier 'au moins partiellement le fluide frigorigène vaporisé et aspiré par le compresseur à partir de l'espace du bain de fluide frigorigène. Comme cela est connu, la température de l'appareil d'utilisation de froid dépend étroitement de la pression régnant dans l'espace contenant la vapeur du bain de fluide frigorigène, comme le montre la courbe de variation de la pression de vapeur du fluide frigorigène. Dans de nombreux cas d'utilisation, il est très important que la température de l'appareil d'utilisation ne dépasse pas une valeur prescrite. Un exemple en est l'aimant supraconducteur qui redevient normalement conducteur à une température trop élevée. Un autre exemple est celui d'une pompe cryogénique *dans laquelle les molécules de gaz gelées désorbent à une température trop élevée et altèrent le vide poussé. Dans le cas d'une consommation importante, la chaleur apparaît toujours d'une façon uniforme, mais il se présente au contraire des pointes ou des maximums dans le développement de chaleur, qui dépassent pendant un bref intervalle de temps la capacité frigorifique du dispositif frigorifique. Cependant, il est important que l'appareil d'utilisation conserve sa température prescrite de travail même et précisément lors de ces pointes de charge. Cela signifie que la pression dans l'espace occupé par la vapeur du bain de fluide frigorigène doit rester autant que possible constante afin qu'elle continue à correspondre à la température prescrite de travail de l'appareil d'utilisation. A ce sujet, il est connu de donner un volume important à l'espace contenant la vapeur du bain de fluide frigorigène, de manière qu'il ne puisse apparaître aucun accroissement rapide de la pression. Les inconvénients de cette disposition résident dans le fait qu'elle est onéreuse du point de vue construction et qu'elle ne réalise, à proprement parler, qu'une atténuation de l'accroissement de 2. température dans le cas de pointes de charge du dispositif frigorifique. C'est pourquoi la présente invention a pour but de créer un dispositif destiné à produire du froid, du type défini plus haut, dans lequel il ne se produit aucun accroissement de la pression dans l'espace contenant la vapeur, lors de pointes de charge, de sorte que la température de l'appareil d'utilisation n'augmente pas. Pour résoudre ce problème, il est prévu, conformément à l'invention, que l'espace contenant la vapeur du bain de fluide frigorigène est relié par l'intermédiaire d'une soupape à un réservoir tampon qui est relié, pour sa part, par l'intermédiaire d'une pompe à vide au côté aspiration du compresseur. D'autres variantes avantageuses de réalisation de l'objet de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après. Outre le fait de résoudre le problème posé, l'invention présente encore l'avantage de permettre de réaliser, dans le cas de pointes de charge, une réduction de brève durée de la pression dans l'espace contenant la vapeur. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés deux exemples de réalisation de l'objet de l'invention: la figure 1 représente un dispositif pour produire du froid conforme à l'invention; et - la figure 2 représente une variante du dispositif de la figure 1. Le dispositif de la figure 1 comporte un bain de fluide frigorigène (bain) 1 muni d'un appareil d'utilisation de froid (appareil d'utilisation) 2, qui est alimenté avec un fluide frigorigène liquide 6 par une installation frigorifique 3 constituée essentiellement par un compresseur 4 et des étages de refroidissement 5. L'espace contenant la vapeur 7 du bain 1 est relié, par l'intermédiaire d'une conduite 8 et des étages de refroidissement 5, au côté aspiration 9 du compresseur 4. L'espace 7 contenant la vapeur est en outre relié par l'intermédiaire d'une soupape 15 à un réservoir tampon 16 qui est raccordé, pour sa part, par l'intermédiaire d'une pompe à vide 17 au côté aspiration 9 du compresseur 4. La soupape 15 est commandée par l'intermédiaire du dispositif de régulation 18 en fonction de la pression régnant dans l'espace 7 contenant la vapeur. Lors du fonctionnement normal, la soupape 15 est fermée. La pompe à vide 17 maintient une très basse pression dans le réservoir tampon 16. S'il apparaît alors une pointe de charge, c'est-à- dire un développement accru de chaleur dans l'appareil d'utilisation 2 et si le compresseur 4 ne peut pas à lui seul maintenir à la valeur prescrite la pression régnant dans l'espace contenant la vapeur 7 du bain 1, gcui est contr&lée par le dispositif de régulation 18, la soupape 15 est actionnée par le dispositif de régulation. La vapeur seécoule alors en supplément par la soupape 15 hors de lespace 7 contenant la vapeur et pénètre dans le réservoir tampon 16 étant donné qu'une très basse pression rgne dans ce dernier. La pression dans lUespace 7 contenant la vapeur et par conséquent également la température du 2luids frigorigène 6 dans le bain 1 restent constantes. La température n'augmente donc pas dans l'appareil d'utilisation 2. Si la pointe de charge de froid est passée, c est-à-dire dans le cas oU le compresseur 4 peut à nouveau surmonter seul la vapeur qui se forme, le dispositif de régulation 18 ferme à nouveau la soupape 150 La pompe à vide 17 pompe la vapeur hors du réservoir tampon 16 et amène la pression au niveau bas antérieur dans ce dernier. La vapeur évacuée est aspirée par le compresseur 4. Le dispositif de régulation peut être conçu de telle manière que, dans le cas d'une pointe subite et intense de charge frigorifique du bain 1, la soupape 15 est ouverte complètement d'un coup. Un volume important de vapeur s'écoule alors rapidement en direction du réservoir tampon 16, de sorte que la pression dans l'espace 7 contenant la vapeur diminue rapidement, et ce suffisamment rapidement pour qu'il apparaisse une diminution de la température du bain 1. C'est un processus souhaitable pour de nombreux cas d'utilisation. Dans ce cas, il est avantageux de disposer dans la conduite 8 aboutissant à l'installation frigorifique 3, une soupape anti- retour 23 qui empêche que le réservoir tampon 16 n'aspire du fluide frigorigène hors de l'installation frigorifique 3. 4 2481428 Naturellement, l'ordre de commande de la soupape 15 pet être également fourni par d'autres indications que celles fournies par le dispositif de régulation 18, par exemple lorsqu'en fonction de certains signaux qui dépendent du système, il est évident qu'une pointe ou un maximum de développement de chaleur de l'appareil d'utilisation est imminente. Un autre avantage de ce dispositif réside dans le fait que, dans le cas d'une défaillance de l'installation frigorifique 3, le réservoir tampon continue à assurer le refroidissement de l'appareil d'utilisation pendant un certain laps de temps, en recevant de la vapeur provenant de l'espace contenant la vapeur du bain, jusqu'à ce que l'installation frigorifique fonctionne à nouveau ou bien que l'appareil d'utilisation soit mis hors-circuit de façon sûre. Le volume du réservoir tampon 16 peut être choisi plus petit lorsque la température est inférieure à la température ambiante. La température peut même être abaissée à la température du bain du fluide frigorigène. Ceci peut être obtenu par exemple par le fait que le réservoir tampon est en contact thermoconducteur avec le bain 1. Ou bien le réservoir tampon est entouré par une double paroi de refroidissement 20, qui est reliée par l'intermédiaire d'une conduite 21 comportant une soupape 22 à la sortie des étages de refroidissement 5, et reçoit de ces derniers du fluide frigorigène qui revient par l'intermédiaire d'une canalisation 24 à l'installation frigorifique 23. Dans le cas de la forme de réalisation de la figure 2, le réservoir tampon 16 est rempli en totalité ou en partie par un matériau adsorbant 25, par exemple du charbon actif. Le matériau adsorbant permet le stockage d'une quantité beaucoup plus importante de vapeur de fluide frigorigène, pour des dimensions déterminées du réservoir tampon 16. Le vidage du réservoir tampon 16 et la régénération du matériau adsorbant 25 sont réalisés à l'aide de la pompe à vide 17, lorsque la soupape 15 est fermée. Pour faciliter la régénération, il peut être prévu un filament chauffant 26 qui est branché pendant un bref intervalle de temps. 5. REVENDICATIONS 1. - Dispositif pour produire du froid, comportant un bain de fluide frigorigène pour un appareil d'utilisation de froid, et un circuit de refroidissement comportant un compresseur et des étages de refroidissement pour liquéfier-au moins partiellement le fluide frigorigène vaporisé et aspiré par le compresseur à partir de l'espace contenant la vapeur du bain du fluide frigorigène, caractérisé en ce que l'espace contenant la vapeur aspiration (9) du compresseur (4). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif de régulation (18) qui commande la soupape (15) en fonction de la pression dans l'espace (7) contenant la vapeur. 3. - Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réservoir tampon (16) est rempli par un fluide adsorbant (25). 4. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réservoir tampon (16) possède une température inférieure à la température ambiante. 5. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le réservoir tampon (16) est refroidi par une partie du fluide frigorigène.