A = 01 ^ 0' — Q ^ AT

Le coefficient économique e' du moteur à air chaud conjugué du frigorifère serait :

AT r — t ' fc-^

Celui £ de l'appareil à froid aura pour valeur :

AT t' — t /..,x*iii

{'vT-

On voit donc, qu'à Tinverse de ce qui a lieu pour les moteurs aéro-thermiques, le rendement d'une machine à froid est d'autant plus satisfaisant que les températures extrêmes sont moins écartées. C'est au détriment de l'économie que l'on arrive à exagérer l'intensité du refroidissement.

543 — Ainsi que nous venons de le faire remarquer, le cycle effectif d'un frigorifère à air n'est pas celui de Carnot. Il y a donc lieu (en reprenant les notations du n*" 585) d'associer au coefficient économique principal e, un coefficient spécifique e^, ainsi d'ailleurs que les facteurs e, et s,.

En ce qui concerne s^, on peut améliorer le résultat en superposant l'une à l'autre les deux phases de compression et de refroidissement, de manière à lutter d'une manière progi^essive contre la tendance à réchauffement, au lieu d'attendre que ce phénomène soit consommé, pour en abattre alors d'un seul coup le résultat.

On peut même concevoir un si juste équilibre entre les moyens de compression et de refroidissement, que la température reste constante pendant toute l'opération, au lieu de s'élever d'abord, pour être abaissée ultérieurement La compression devient par là isotherme, tandis que, dans le mode précédent, elle était supposée

812 TRERVODYNAHIQUE.

adiabatique ('). Avec un tel mode, on doit concevoir qu'une isotherme AC réunisse les deux étals figurés par les points A et C, et que cette transformation remplace a elle seule les opérations distineies et consécutives AB et BC du cycle précédent, en réduisant le nouveau tracé à la forme triangulaire ACD.

Fig. 299, — Haehinp frigorinquo à air Je Girrard (vue perspectire).

Il est facile de reconnaître que ce pi-océdé procure un meilleur rendement que le précédent. En effet, la chaleur soustraite aux objets à refroidir continue à correspondre à l'aire ADad. tan-

('} Telle est précisément l'bypothéso dans laquelle nous nous sommes placé cl-dessiis (n* 333), pour les calculs relaiirs >ui mactiines souniaiiles menées avec une lenteur ■ufGMDle.

MACHINES FRIGORIPIQUES. 873

dis que le travail à fournir n'esl plus que ACD, au lieu de ABCD.

544 — Parmi les nombreux types de machines frigorifiques à air qui figurent dans l'industrie ('), je décrirai comme exemple celle

(■) Uachinc Allen. — Hach. Bell et Colcmnii. Rentie indiutrielU, 1881, p. £33. — H. Bricc Douglas. — SI. Buruham. — H. Dallon. — M. Durrenô. — H- Ellil. — H. Gwynne.

— U. Hall. The Eugiiieer. \- octobre 1880, p. 240 ; 18 Dovembre 188T, p. 410. — M. Ihskelt. — H. Uick et llargreaTCS. Srmu indiulrielle. 1881, p. 933. — H. Ilunt.

— U. Kirck (Revue iurfu«fi'(V/e,<881, p. 233. —On comprcsaed air and olhcr rcfrige-

Fig. 3C0. — Machino frigarinquo i air de l.igliiroat (é]«vitian]lal«rilc).

ralin(t mochiilcrr, Intlilulion of civil Enginefri. tO mars 1884). — H. Klein. — )f. Knolt. — H. Kfle. — H. I.ighrroot {Ûg. 300 et 301] {Revtir induttrielle. 1881. p. 333. — Engineering, 1880. p. 407. — Proeeedingi of Iht Iiulilutioit of mechanical Eaginetrt, janvier 1881. p. 303; mai 1880, p. 201. — Scl'rNtJ/tc Amtrican SuppleateHl ,

874 THEHHODVSAHIQIE.

de Giffard ('}. dont les figures 299 et 302 représentent une \ue perspective et un ensemble schématique.

Un cylindre à simple effet A, enveloppé d'un courant d'eau froide, reçoit Tair par sa partie supérieure. Celui-ci traverse les clapets d'un piston creux a pendant la course ascendante de ce dernier.

7 juillet 1886, p. H778). — M. Lloyd. — It. Natlhcws. induilnet. 5 dctnbre 188S. 1p310. — M. Hillan. — M. Sorthcoll, — M, ronile — II. Schul^r. — H. SiurReon

Fig. 301. — Hadiliie rrigorinque à aii' de Lighiroot (élévalion longitudinilej.

Revue induHrieUe. 188), p. 233. — II. TfaI pI Fiycr. — M. Windhiusrn. Remr tndtuMelle, 1881, p. Î33. — M. Tessié du HoWï el Rossi. The Engineer, ÎO «tri' 1884, p. 144.

(■) Revue induilrielU, 1881 , p. 233. — Complet rmrfiu meniarU dn tiatutt de U Société de fladuilrie minérale de Sainl-Élienne. juin 1878.

mâciilnls frigorifiques.

A la course descendante^ le fluide se trouve comprimé, et refoulé à travers le tube L dans un réfrigérant R, alimenté par l'eau froide qui a traversé l'enveloppe du cylindre A. Un réservoir R' est annexé à R. De là, le gaz se rend par le tuyau M au cylindre détendeur B, dont le piston plein b se meut à contresens du précédent, d'après

Amyéede l'eauOoi

Evacuation àc an de.

Fig. 302. — Machine frigorifique à air de Gif(ard (coupe scliéina tique).

le calage de leurs manivelles sur l'arbre moteur. Pendant la course descendante, l'air refroidi est évacué à travers la conduite N, et va remplir son office de réfrigération. Les soupapes sont commandées par des excentriques montés sur l'arbre tournant. On reste maître d'en modifier la levée, de manière à faire varier l'admission dans le cylindre détendeur B , à augmenter par conséquent la pression dans le réservoir R' (puisque le piston ne cesse d'y refouler l'air), et finalement le degré du refroidissement.

Comme le gaz doit toujours sortir à la pression atmosphérique, on voit qu'il existe une limite inférieure de tension qu'il est nécessaire d'observer d'après Téquation- typique, dans le choix des dimensions respectives des cylindres, en fonction des températures initiale et finale.

545 — Pratiquement, on obtient avec les machines à air froid un rendement de 1200 calories négatives par cheval-heure. La

pression la plus favorable parait être de 4 atmosphères. On peut compter sur un résultat de 25 calories environ par mètre cube d'air passé dans la machine.

L'influence de Thumidité atmosphérique est nuisible. La vapeur se condense finalement en eau, et même en neige ou en glace. Elle restitue à ce moment ses calories de constitution, qui deviennent nuisibles, puisqu'elles tendent à réchauffer Tair que Ton s'est proposé de refroidir (*). On peut donc trouver une sorte de paradoxe dans l'emploi , assez fréquent dans la pratique , d*une injection d'eau froide à Tintérieur du cylindre compresseur. Mais il ne faut pas oublier l'avantage qui résulte, ainsi que nous Favons reconnu , de la compression isotherme , ou tout au moins d'un ralentissement marqué de réchauffement, au moyen de cette injection qui permet de mener de front les opérations de la compression et du refroidissement.

Dans la machine de Bell Coleman, l'air rafraîchi après sa compression à l'aide d'une injection d'eau, passe dans une série de tuyaux que l'on maintient à une basse température au moyen d*un emprunt fait au réservoir de froid. H y abandonne presque toute son humidité avant d'arriver au cylindre détendeur, ce qui évite la formation de la neige dans ce dernier (*). Dans l'appareil frigorifique de Lightfoot (fig. 500, 501), l'air se purge de la même manière à l'intérieur d'un premier cylindre détendeiu*. avant de se rendre au second, où s'accomplit la détente décisive (').

Les espaces libres exercent également une influence fâcheuse comme pour toutes les questions de détente (*). Elle peut atteindre ici une perte de 100 calories négatives par cheval et par heure (*). Le moyen d'y remédier consiste à fermer la soupape d'émission

(') On éviterait cet inconvénient avec des machines fermées, dans lesquelles une même quantité d'air, préalablement desséché, fonctionnerait indcfmiment.

(^) Inslitulion of civil EngincerSy 14 février 1882. — The Engineer, 9 septembre 1887, p. 219.

(') Inttilution of meehanical Enginecrs, janvier 1881.

(*) Les diverses circonstances relatives à la distribution : détente, compression, espace nuisible, laminage, etc., ne sauraient être qu'effleurées dans cette partie du Cours. Elles ne pourront acquérir un degré suffisant de clarté que dans la quatrième partie, consacrée tout entière à l'étude du mécanisme des machines à vapeur.

(') Ledoux. Àmialcn des mines, juillet-août 1878, p. 150.

«ÂGBIHES FRIGORIFIQUES. S77

du cylindre détendeur avant la fin de la course, (le manière à reformer ta pression dans les espaces nuisibles.

HACBINES FRItiORiriQUES A VArEUK LlffUÉFIABLE

S46 — Comme exemple de frigoritôre basé sur l'emploi d'une vapeur liquéfiable, je considérerai, pour fixer les idées, l'appareil Pictet à acide sulfureux (').

Le fluide est admis par un jeu de soupapes convenablement réglé dans un cylindre à double effet A {dg. 50ô), enveloppé d'un cou-

FÎR. TiOS. — Hnchinp rrigorifliiup i ai'iito niilfiirrui de Plcl«t (coupe trlifmi tique).

rant d'eau à la Icmpérature t' dont on dispose. La vapeur comprimée jusqu'il la pression p' qui correspond à ce degré de l'échelle

(') Raoul PIcIct [iVouiwWm macliiuei frigorifiquri baiéei lur l'emploi dtphénomènn '•}l*ico'chimiquet. Genève, 1883, in-8". — Complei rsndiu de l'Académie dtt tcietKe; 0 fétrier 1885. — La Nalurt. 3 inai-s 187T ; juin 188Î. — flenue itutiulricll», * ottobre 1882, p. 3WI.

La macbinc ri'i|,'arlfiqu<; Uillcl L'tnpioic égalctnciit l'acide sulfureui- liquide.

thermométrique ('), est refoulée à travers le tuyau L dans un condenseur de surface B. Elle s'y liquéfie sous cette pression et à cette température f). Cette capacité est mise en communication avec le détendeur C, au moyen d'un tube M, muni d'un robinet R qui sert, en étranglant à volonté la section de la veine, à en régler l'écoulement, et à faire par là varier arbitrairement la pression p dans le détendeur, ainsi que la température t qui lui correspond d'après la loi des tensions de l'acide sulfureux. Ce dernier organe est construit comme le précédent, et plongé dans une solution de chlorure de calcium, suffisamment concentrée pour être incongelable aux températures d'expérience. C'est ce bain liquide qui sert d'intermédiaire entre la vapeur refroidie par sa détente et les corps proposés. Il cède incessamment ses propres calories au détendeur, et s'empare en môme temps de celles des objets que l'on met en rapport avec lui, tels par exemple que des cylindres pleins d'eau à convertir en glace. Enfin la vapeur retourne, par le tube N, du détendeur au cylindre compresseur, pour y achever son cycle de transformations.

547 — Si Ton admet que la compression et la détente soient adiabatiques, et que les échanges de la chaleur avec les liquides extérieurs s'effectuent à des températures rigoureusement constantes, on aura réalisé par la pensée un cycle de Carnot. Dès lors le théorème de Carnot s'appliquera comme ci-dessus, puisqu'il est indépendant de la nature du corps, et l'on aura encore la formule :

identique à celle que nous avons établie plus haut pour les machines frigorifiques à air. Notons donc que le choix du corps qui sert de véhicule à la chaleur reste indifférent dans le fonctionnement des frigoriferes, tant que Von opère entre les mêmes températures extrêmes.

(*) Ordinairement 1^*,8 ou 2 kilogrammes de pression effective. (*) La superficie de ce conducteur doit être calculée sur le pied de 48 mètres carrés pour 100000 calories efTectives par lieuic, évaluées d'après le poids de glace congelée.

MAGUiiNËS FRIGORIFIQUES. 879

Il faut toutefois remarquer que toutes les substances ne se prêteront pas avec la même facilité à ce que Ton réalise effectivement leur cycle de Carnot. En outre, tels ou tels écarts de température seront plus ou moins aisés à atteindre avec les divers fluides. Sous ce rapport donc, il faudrait bien se garder de prendre Ténoncé précédent dans un sens trop absolu.

— Nous pouvons, par exemple, constater de suite que les gaz parfaits permettront un abaissement thermométrique plus marqué que remploi des vapeurs saturées. En effet le travail nécessaire pour modifier l'énergie interne du kilogramme de vapeur dans la compression adiabatique a pour valeur (132) :

(145) / — pi -h pV — px,

tandis que la variation de la chaleur interne d'un gaz parfait (18) est égale à :

Or la chaleur spécifique de l'air à volume constant c est bien moindre que celle de l'eau. Celle dernière expression est donc inférieure à ja' — |ji, et a fortiori à la fonction (145). Par conséquent, à égalité de travail dépense, la chute de température obtenue variera dans le sens inverse.

On pourra dès lors obtenir un résultat d'une importance donnée avec des frigorifùres à liquide de moins grandes dimensions qu'avec une macliine à air froid, ce qui constitue un avantage considérable.

Comme compensation, il convient de remarquer que l'air se trouve partout et ne coûte rien, tandis que les.liquides volatils ont une valeur industrielle, et seront d'un emploi plus embarrassant. Enfin il importe encore d'ajouter que les variations de pression que comporte un écart thermométrique déterminé sont très faibles avec l'air, tandis qu'elles deviennent importantes pour les liquides volatils, et peuvent alors exiger des surcroîts d'épaisseur. Il ne

faudrait pas , d'un autre côté , employer des corps doues de tensions tellement faibles que, pour agir avec une intensité suffisante, on se trouvât entraîné à des dimensions exagérées. Nous avons déjà fait observer que l'air pèche comparativement dans ce sens.

549 — Il existe encore une autre différence essentielle entre ces deux sortes d'agents. Nous avons vu (n* 543) quel avantage s'attache, pour les gaz parfaits, à superposer les deux phases de compression et de refroidissement. Avec une vapeur saturée, ces périodes resteront forcément distinctes. En effet, les changements de volume exécutés sous pression constante ne modifient pas la température. On voit seulement une partie de la vapeur quitter ou reprendre la forme liquide.

S'il arrive au contraire que la vapeur cesse d'être au contact de son liquide, elle se comporte plus ou moins exactement comme un gaz permanent ; et la compression mécanique tend à la surchauffer, si l'on n'enlève pas en même temps la chaleur dégagée. Nous avons reconnu d'ailleurs (n° 540) que cette circonstance est plutôt de nature à faciliter l'extension du refroidissement. Nous chercherons dans un instant (n*" 551) à préciser par le calcul les conditions qui placeront le fonctionnement de l'appareil dans l'un ou l'autre do ces deux cas.

550 — Lorsque la vapeur ne cesse pas un seul instant de rester saturée, la question se pose de la manière suivante.

La température i' du réfrigérant dépassera, suivant les conditions de son établissement, de 5 à 10 degi*és environ celle de l'eau dont on dispose. Celle-ci se tiendra elle-même à 11 ou 12 degrés, si elle est puisée dans un puits profond, et pourra atteindre 50 à 35 degrés quand elle sera prise à la surface dans des pays chauds.

Lorsque l'on emploie des liquides dont la tension croît rapidement avec la température, on peut trouver insuffisant le refroidissement par l'eau. On y a toujours recours, bien entendu, pour commencer le rafraîchissement, mais on vient en aide à cet agent en sacrifiant une partie de la délente pour achever la conden-

MCIIINES FRIGORIFIQUES. 881

sation au sein de ce liquéfacteiir, au détriment de l'expansion décisive qui s'effectuera dans le détendeur (*).

La température du réfrigérant étant une fois déterminée, la pression p' s'en déduit d'après la loi des tensions propres à la vapeur saturée de la substance employée.

Si l'on fixe, d'aulre part, le point / auquel on veut abaisser l'état thermométrique du corps , la pression p en deviendra elle-môme une conséquence d'après ce tableau.

Les valeurs de ces éléments p et p' (*), jointes à la situation du point critique du liquide volatil Ç), à s!bn prix de revient, aux facilités plus ou moins grandes que l'on trouvera pour se le procurer dans le commerce, aux inconvénients de son action sur les métaux, aux dangers de son inflammation, de sa toxicité, etc., limitent beaucoup le choix ù cet égard. On a vu figurer jusqu'ici dans les frigorifères à liquide : l'éther sulfurique (*), Tacide sulfureux (^)r l'éther mélhylique ("), le chlorure de métliyle f), l'éthylène f), l'acide carbonique anhydre (•), le gaz ammoniac anhydre (*°).

(') Ce principe se trouve appliqué dans la nouvelle machine è acide carbonique de Raydt.

(*) U ne faut pas oublier notamment que si le travail. /A^ort 9 kc de la pompe de compression reste le môme, quel que soit le choix du gaz liquéfiable, pour un même rendement thermique de !a machine, cependant le coenieicnt économique organique diminue avec l'importance matérielle que prend cette pou pe.

C'est ainsi par exemple, d'après M. Windhauscn, que, h pouvoir frigorifique égal, le piston de la pompe n'a besoin d'engendrer, avec l'acide carbonique, qu'un volume 15 fois moindre qu'avec le gaz ammoniac, 25 fois moindre que poui* l'acide sulfureux, 50 fois moindre qu'avec l'éther. On compte, en valeur absolue, que pour une production de 100 kilogrammes de glace à r heure, le piston de la pompe de compression doit engendrer par minute 1 mètre cube dans les machines à gaz ammoniac.

('] Par exemple le point critique de l'acide carbonique se trouve à 50i>,9 du thermomètre usuel, température dont nous rapprochent souvent nos conditions climatériques. La pression est alors de 77 atmosphères. On comprend donc combien il est important d'em|>loycr des moyens énergiques de refi^idissement , ainsi que nous venons de l'expliquer.

(*) )Iachine Jeddelay et Mackay. .-Ipp/eton Diviionary ofmech., t. II, p. 134.

(*) Voy. ci-dessus, n* 546, note 3.

(*) Machine Tellier, Annales induslr telles ^ 10 septembre 1871, p. 822.

(7) Machine Vincent. — Mach. Crespin , Revue induêtrielle , 1880, p. 61; 188!', p. 341.

(•) Wroblewski. Emploi de l'éthylène comme réfrigérant. Comptée rendus de V Académie des sciences f 20 juillet 1880, p. 136.

(*] Machine Gaujce. — Mach. Rayet. — M. ^\indhausen.

(*^ Lightfoot. The use of ammonia as a refrigeratlug agent. Scientific Amertcan

L*éther n'a plus que des pressions tout à fait défaillantes dans les températures inférieures. Aussi son emploi a-t-il disparu. Le gaz ammoniac présente au contraire des tensions excessives aux températures élevées (*). Cependant son usage s'est beaucoup répandu, et ce corps, qui n'est pas sujet à l'incendie, tend aujourd'hui à prévaloir. L'acide sulfureux, Téther méthylique ont des tensions mieux réglées (*), ainsi que le montre le tableau suivant (*) :