CHAPITRE IV

APPAREILS FRIGORIFIQUES FONDÉS SUR LE PRINCIPE DE LA VAPORISATION DES LIQUIDES. — EXPÉRIENCE DE SCHAW. — APPAREIL DE JAMES HARRISSON, EXPÉRI- MENTÉ A PARIS EN 1837. — PREMIERS APPAREILS DE FERDINAND CARRÉ BREVETÉS EN 1857 ET CONTENANT DE L'ÉTHEH SULFURIQUE. — L'INVENTEUR SUBSTITUE LAMMONIAQUE A L'ÉTHEIt SULFURIQUE. — DESCRIPTION DES APPAREILS DE FERDINAND CARRÉ. — L'APPAREIL DOMESTIQUE ET L' APPAREIL INDUSTRIEL. — APPAREIL DE M. CH. TELL1ER ET APPAREIL DE MM. HUGOT ET LIÉNARD POUR LA FABRICATION DE LA GLACE. — LA POMPE PNEUMATIQUE DE M. EDMOND CARRÉ POUR FRAPPER LES CARAFES.

Nous arrivons au dernier et au plus efficace moyen de produire de la glace, c'est-àdire à l'application du froid par l'absorption de la chaleur latente, au moment de la vaporisation des liquides.

Le physicien anglais Schaw essaya le pre- | mier, en 1836, de rafraîchir les liquides par l'évaporation de l'éther. Schaw proposait d'employer une pompe aspirante et foulante pour aspirer les vapeurs d'éther sjlfurique liquide enfermé dans un cylindre métallique plongeant lui-même dans l'eau à refroidir, et de refoulerces vapeurs d'éther I dans un serpentin contenant de l'eau froide, ; afin de condenser ces vapeurs. Il paraît toutefois que ce n'était là qu'un projet, et que la machine dessinée dans le brevet pris par l'inventeur, ne fut jamais construite.

lien fut autrement d'un appareil pour la production de la glace par la volatilisation de l'éther, qui fut construit à Paris, en 1857, par James Harrisson, membre du Conseil législatif de Victoria (Australie).

L'appareil qui fonctionna à Paris, pendant l'été de 1857, se compose d'une pompe à air faisant le vide dans un réfrigérant, lequel consiste en un vase métallique contenant un serpentin dans lequel coule l'éther. Quand la pompe aspirante a produit le vide, l'éther se réduit en vapeurs et produit, par son évaporalion, un froid assez intense pour

congeler l'eau autour de laquelle passe la vapeur d'éther. La pompe aspire de nouveau la même vapeur d'éther, et la refoule dans un condenseur, d'où elle revient, à l'état liquide, dans le réfrigérant. La même quantité d'éther peut servir pendant un temps indéterminé, car jamais cette vapeur ne se perd.

Cet appareil ne fut expérimenté qu'à titre d'essai. On se servait d'une petite machine à vapeur de la force d'un demi-cheval environ, et l'on obtenait à peu près 8 kilogrammes de glace par heure. Mais ces expériences étaient faites sur une trop petite échelle pour que l'on pût en tirer aucune conclusion sur la valeur pratique et l'économie de cette méthode.

Perfectionnée d'abord par l'inventeur, ensuite par leconstructeurSiebe, la machine de James Harrisson figura à l'Exposition de Londres de 1862. Elle y produisait de gros blocs de glace, à la grande surprise des visiteurs.

Dans la machine qui fonctionnait à l'Exposition de Londres, en 1862, l'éther, contenu dans un réservoir semblable à une chaudière tubulaire, était en rapport avec une pompe à air. Cette pompe, faisant le vide, provoquait l'évaporation de l'éther. Les vapeurs d'éther envoyées dans un réfrigérant pourvu d'un serpentin constamment baigné par un courant d'eau froide, se condensaient dans ce serpentin. Un tuyau, muni d'un robinet, ramenait dans la chaudière l'éther liquéfié. Là, il était de nouveau vaporisé, puis condensé et ainsi de suite.

La chaleur qu'exige cette évaporation continue était empruntée par les parois de la chaudière et de ses tubes, au liquide dans lequel baignaient ces deux parties de l'appareil. Ce liquide était une dissolution saturée de sel marin, renfermée dans un réservoir en bois. En effet, la dissolution du sel marin reste encore liquide à — 15°, tandis que l'eau pure se gèle à 0°.

LE FROID ARTIFICIEL

Un réservoir en bois avec des cloisons verticales, dans lequel circulait lentement la dissolution saline froide envoyée par une pompe, était placé près de l'appareil. A la sortie du réservoir, cette solution revenait d'elle-même, dans le bac qui entourait la chaudière. L'eau à congeler était placée dans des caisses prismatiques en zinc, qui plongeaient dans le bac où circulait la solution de sel marin. Dès que cette eau s'était prise en blocs de glace, on retirait les caisses de zinc pour les remplacer par de nouvelles pleines d'eau à congeler.

La glace obtenue avec la machine de James Harrisson et Siebe était dure, mais opaque et d'un aspect laiteux. Cet aspect provenait des bulles d'air qui se dégagent de l'eau au moment où elle se solidifie.

On obtenait, à chaque opération, 8 à 10 kilogrammes de glace. Le plus grand modèle produisait 10,000 kilogrammes par vingtquatre heures. Les modèles intermédiaires, pour une force de 24 chevaux, produisaient 5,000 kilogrammes par vingt-quatre heures ; les petits, comme celui qui figurait à l'Exposition de Londres, 1,000 kilogrammes par vingt-quatre heures. Ces derniers appareils ne contenaient pas moins de 145 kilogrammes d'éther.

Les frais de production de la glace variaientselon les circonstances. Une machine de la force de i5 chevaux-vapeur, qui fonctionna à Liverpool en 1860, contenait 400 litres d'éther, et donnait à peu près 2 tonnes déglace, que l'on vendait 10 centimesle kilogramme, c'est-à-dire à un prix moins élevé que la glace naturelle.

Il y avait dans cette machine une certaine perte d'éther, mais celte perte correspondait seulement à 1/2 kilogramme de glace par vingt-quatre heures, c'est-à-dire à environ 1/7 pour 100.

Pendant que les constructeurs anglais et américains cherchaient à rendre pratique

la volatilisation de l'éther pour la fabrication artificielle de la glace, un physicien français, M. Ferdinand Carré, poursuivait, de son côté, le même problème. Il avait, d'ailleurs, été devancé dans cette même voie par un constructeur français, M. Rizet, mais on manque de détails sur les résultats obtenus par cet opérateur.

Le 27 juin 1837, M. Ferdinand Carré prenait un brevet pour la construction d'un appareil servant à la fabrication de la glace au moyen du froid produit par l'évaporation de l'éther sulfurique. L'appareil présentait une série de comhinaisons mécaniques et physico-chimiques tellement justes que rien ne pouvait porter obstacle à la marche de l'opération.

L'appareil de M. Ferdinand Carré fut soumis, en 1860, à des expériences publiques, devant une foule de curieux et de savants, qui furent tous frappés des avantages de ce système.

Il y avait cependant un inconvénient grave à cet appareil. Outre que l'éther n'absorbe, en se vaporisant, que cinq fois et demi moins de chaleur latente que l'eau, l'inflammabilité de l'éther était un sérieux inconvénient, ces vapeurs pouvant prendre feu à la suite d'une fuite accidentelle. 11 était indispensable, pour que l'appareil pût s'appliquer à l'industrie en toute sécurité, de trouver une substance volatile qui ne fût pas inflammable. M. Ferdinand Carré trouva le corps cherché dans l'ammoniaque. Le 24 août 1859, il prit un nouveau brevet pour une modification à son premier appareil dans lequel 1 ammoniaque liquide remplaçait l'éther sulfurique.

Dans ce brevet, M. Ferdinand Carré, après avoir rappelé les principes physiques de la production du froid par la vaporisation des liquides, décrit une série d'appareils modifiés ou nouveaux , qui donnent au problème qu'il avait abordé une solution plus étendue.

Pour faire comprendre les données sur lesquelles s'appuyait l'inventeur, nous reproduirons ici la partie de son brevet dans laquelle il les explique :

« Quelques corps, dil M. Ferdinand Carré, ayant la propriété d'absorber à froid des quantités considérables de gaz ou vapeurs, et de les émettre lorsqu'on les chauffe, surtout dansle vide, cette propriété peut être appliquée àla production du froid et de la glace. Le chlorure d'argent, par exemple, absorbe à froid des quantités considérables de gaz ammoniac. Si, lorsqu'il est à peu prés saturé, on le renferme dans l'une des branches fermées d'un tube recourbé en u renversé, qu'on le purge d'air en chauffant três-légèrement, et qu'on soude l'autre branche; si l'on chauffe ensuite la branche contenant le mélange, en maintenant l'autre dans un bain d'eau froide, vers 40 ou 50°, presque tout le gaz ammoniac aura abandonné le chlorure d'argent, et se sera condensé ou liquéfié dans la branche opposée à celle qui contenait le mélange. Si alors on place celle-ci dans un vase cylindrique d'une très-petite capacité, contenant de l'eau en môme temps que la branche opposée est entourée d'un bain d'eau froide assez volumineux, la propriété absorbante du chlorure d'argent vaporisera promptement l'ammoniaque liquéfiée; celle-ci, soutirant son calorique latent de vaporisation à l'eau qui entoure la branche, en congèlera une partie. Il est bon que la partie horizontale du tube soit de plus petite dimension et assez allongée pour éviter le réchauffement dû à la conductibilité.

On peut opérer de même avec le chlorure de calcium versâOO degrés, et le gaz ammoniac et l'eau, l'acide sulfurique monohydratéetl'eau, unesolution saturée d'ammoniaque et d'eau, un hydrate de potasse ou de soude concentré au point approchant du monohydrate, etc., etc., en ayant soin de chauffer au point voulu, selon le mélange employé, pour volatiliser le liquide au gaz de la solution. Avec le chlorure de calcium et le gaz ammoniac, il faudra chauffer environ à 100°; avec le chlorure de calcium et l'eau, de 190 à 200°; avec l'acide sulfurique et l'eau, de 300 à 310°; avec une solution de gaz ammoniac dans l'eau, vers 150°; avec un hydrate de potasse ou de soude, de H0 à 200°. » Et M. Carré ajoute modestement : « 11 est facile de traduire le principe que je viens d'invoquer en fabrication pratique de la glace, au moyen d'un simple appareil domestique. »

M. Carré ajoute :

« Parmi tous les gaz qui ont la propriété de se dissoudre à froid dans certains corps, et de les quitter

dès qu'on les chauffe, le gaz ammoniacal me parut le plus convenable, celui dont l'emploi était le plus facile et devait donner les meilleurs résultats, nonseulementà cause de ses propriétés physiques, mais encore par son bas prix et la facilité qu'on avait de se procurer partout de l'ammoniaque ou même de la fabriquer. Sa stabilité (il ne se décompose qu'à la chaleur rouge), sa volatilité extrême, son point d'ébullition (à —44°), son calorique latent trêsélevé (500 calories); la faculté qu'il ade se dissoudre sans dégager presque de calorique de combinaison, et de se mêler à l'eau presque instantanément dans les proportions moyennes de 500 volumes pour un d'eau, lui valurent toute préférence, et ce choix a été justifié par les résultats qu'il a fournis. »

Les appareils de M. Ferdinand Carré figurèrent à l'Exposition universelle de Londres, en 1862. La foule se pressait autour de ses glacières, pour voir les blocs énormes d'eau congelée qui sortaient , d'une manière presque continue, du réfrigérant.

Mais arrivons à la description de la méthode et des appareils dont il s'agit.

De tous les corps qui provoquent un abaissement de température par leur changement d'état, aucun ne présente ce phénomène avec autant d'intensité que le gaz ammoniac. Quand on soumet le gaz ammoniac à une forte compression, on le liquéfie, et l'on obtient un liquide mobile et prodigieusement volatil; dès que la pression exercée sur lui \ient à cesser, il reprend la forme gazeuse. D'un autre côté, il n'est rien de plus facile que de chasser le gaz ammoniac de l'eau dans laquelle il est dissous : il suffit de faire bouillir cette dissolution, ou de la chauffer modérément, pour que ce gaz s'en sépare en totalité.

C'est sur cette double considération qu'est fondée la méthode de M. Carré pour la production artificielle et économique du froid. Imaginez un appareil formé de deux cornues métalliques soudées l'une à l'autre par leur col, le tout parfaitement clos et sans communication avec l'extérieur. Dans la plus grande de ces cornues, placez une disso-

LE FROID ARTIFICIEL

Fig. 205, 20G. — Coupe de l'appareil domestique pour la production de la glace, de M. Ferdinand Carré.

hition de gaz ammoniac dans l'eau, et laissez vide l'autre capacité. Chauffez alors la cornue contenant la dissolution du gaz ammoniac ; chassé par l'ébuUition, le gaz ammoniac, ne poiwant s'échapper au dehors, viendra se liquéfier dans la pelite cornue. Mais quand tout l'appareil sera revenu à la température ordinaire, l'ammoniaque liquéfiée reprendra nécessairement son état gazeux, et viendra se redissoudre dans l'eau de la première cornue. Or, pour se gazéifier, l'ammoniaque a besoin d'une énorme quantité de chaleur, de sorte que, si l'on plonge dans l'eau, par l'extérieur, cette petite cornue, toute l'eau environnante se trouvera rapidement congelée.

Voilà évidemment une charmante expérience de physique. L'auteur n'a eu à s'occuper, pour la rendre applicable à l'industrie, que de construire un appareil capable de réaliser, sans danger d'explosion, le phénomène précédent.

Les appareils dont M. Carré fait usage pour la fabrication artificielle de la glace sont de deux genres : il y a Y appareil domestique et Y appareil continu.

Parlons d'abord de Yapparcil domestique.

La figure 265 représente une coupe de cet appareil. A, est une chaudière de fer remplie aux trois quarts d'une dissolution aqueuse d'ammoniaque. Ou place cette chaudière sur le feu d'un petit fourneau portatif, surmonté de son tuyau, C. La chaleur chassant l'ammoniaque de sa dissolution, le gaz s'échappe par le tube G, vient se condenser dans le récipient D, et s'y liquéfie, sous la forme d'un liquide d'une extrême fluidité, volatil à la température ordinaire de l'air.

Si l'on vient maintenanta enlever la chaudière, A, du feu, par le retour à Ja température ordinaire l'ammoniaque liquide contenue dans le vase D, se volatilisera. Pour activer le refroidissement, on plonge dans l'eau froide qui remplit un baquet, E, la petite chaudière A, qui était tout à l'heure placée sur le feu. C'est ce que représente la figure 266.

La chaudière, A, étant revenue à la température ordinaire, résultat que l'on accélère, comme il vient d'être dit, par son immersion dans l'eau froide de la cuve E,

Fig. 207, 263. — Manœuvre de l'appareil

l'ammoniaque liquéfiée contenue dans la cornue, D, se volatilise et repasse dans la chaudière A, où elle se dissout, pour reconstituer la dissolution aqueuse ammoniacale primitive. Mais ce changement d'état n'a pu se produire sans provoquer dans le vase, D (fig. 267), une soustraction considérable de calorique. Ce refroidissement va jusqu'à — 40°. Aussi, si l'on entoure le vase D dans lequel s'opère la volatilisation de l'ammoniaque liquide d'une enveloppe non conductrice, et qu'on remplisse d'eau le petit vase C, enfermé dans le vase D (fig. 267), on provoquera la congélation de cette eau.

Comme on le voit, la dépense faite pour ohtenir le froid a été simplement celle du charbon employé au chauffage. On estime que 1 kilogramme de charbon de bois brûlé dans le fourneau suffit pour fabriquer 3 kilogrammes de glace.

Nous donnerons maintenant quelques détails sur la manœuvre pratique de cet appareil.

11 faut placer la chaudière À dans le fourneau, et le congélateur B dans le baquet C, rempli d'eau froide (fig. 267), de manière que le sommet du congélateur soit recouvert de 2 à 3 centimètres d'eau ; ver-

domestique de M. Ferdinand Carré.

serun peu d'huile dans le petit tube t qui se trouve à la partie supérieure de la chaudière, et placer un thermomètre dans ce tube, puis chauffer modérément, jusqu'à environ 130° centigrades.

Ensuite on enlève la chaudière du feu et on bouche le trou t de la chaudière ; on place la chaudière A dans le baquet plein d'eau, D (fig. 269), de manière qu'elle plonge dans l'eau seulement jusqu'aux trois quarts de sa hauteur; on met dans le vase interne d, que l'on remplit aux trois quarts, l'eau à congeler ; on remplit avec de l'alcool ou de l'eau-de-vie l'espace restant libre entre les deux vases d et B, et on entoure le congélateur d'une enveloppe en laine bien sèche.

La congélation s'opère alors sans qu'il soit besoin de s'en occuper.

Pour détacher la glace formée, il suffit de plonger extérieurement le vase B dans de l'eau froide.

Pour recueillir l'alcool ou l'eau-de-vie, on débouche un petit trou qui est au fond du congélateur, B.

L'appareil en fonction ne doit jamais être renversé, ni même incliné sensiblement.

Lorsque l'appareil a été renversé, ce qui

LE FROID ARTIFICIEL

(ill

arrive toujours dans les transports, il faut, avant de le mettre en fonction, maintenir pendant une heure environ le congélateur B, au-dessus de la chaudière A, afin qu'il ne reste pas de solution ammoniacale dans le congélateur, plonger ensu ite le bas de celuici dans de l'eau chaude pendant un quart d'heure, et ramener l'appareil dans la position de la figure 267 pendant le même temps.

De temps en temps, avant de commencer une opération, il faut plonger le congélateur B dans un seau d'eau chaude pendant un quart d'heure, et ensuite coucher l'appareil pendant le même temps, dans la position que nous venons d'indiquer. Le but de cette opération est de faciliter le retour dans la chaudière de la solution ammoniacale qui s'est accumulée dans le congélateur.

Pendant le chauffage et pendant la congélation, il est. bon d'agiter de temps en temps l'eau du baquet, et pendant (a congélation il est utile de renouveler l'eau au moins une fois. Le meilleur moyen de renouveler l'eau du baquet pendant la congélation, c'est de verser l'eau froide dans l'entonnoir h (fig. 268) qui plonge jusqu'au fond du baquet. De cette manière, l'eau la plus chaude, qui se trouve toujours à la partie supérieure, est celle qui s'écoule au dehors. Dans tous les cas, l'eau la plus fraîche donne les meilleurs résultats.

La température de 130° indiquée pour le chauffage de l'appareil, est suffisante lorsque l'eau du baquet C (fig. 267), servant à la liquéfaction du gaz ammoniac, est à la température commune des puits, soit 12°. Si l'on n'avait que des eaux plus chaudes, il faudrait pousser plus loin le chauffage pour obtenir une opération complète. Ainsi avec de l'eau à + 25° il faut chauffer jusqu'à environ 150°.

La durée du chauffage pour l'appareil de

1 kilogramme, est d'environ une heure.

La durée du chauffage pour l'appareil de

2 kilogrammes, est d'une heure et demie.

La durét: de la congélation esta peu près la même que celle du chauffage.

Cet appareil domestique est un appareil de ménage, pour ainsi dire. Passons à l'appareil industriel, qui permet de fabriquer de la glace sans interruption. La figure 269 donne la coupe verticale de ce remarquable appareil.

A, est une chaudière qui contient, jusqu'au milieu de sa hauteur, une dissolution aqueuse d'ammoniaque. Cette chaudière est chauffée, non à feu nu, mais par un courant de vapeur, amenée par le tube C dans le serpentin BB, et dont l'eau de condensation s'écoule dans le condenseur D. La dissolution d'ammoniaque étant chauffée par la vapeur, le gaz passe, par le tube K, dans le liqué facteur, LL. Ce liquéfacteur consiste en une bâche contenant des serpentins autour desquels circule un courant continu d'eau froide, qui descend du réservoir Z, par le tube h. L'ammoniaque liquéfiée descend le longd'un tube qui est contenu luimême dans le tube-manchon P,et arrive dans le réfrigérant MM. C'est dans ce réfrigérant MM que va se produire le grand abaissementde température provenant du retour de l'ammoniaque liquide à l'état gazeux. Il contient un serpentin P', qui fait six fois le lourde la capacité du réfrigérant. C'est dans l'intérieur de ce serpentin que le liquide ammoniacal retourne à l'état de gaz. L'eau à congeler, pour profiter de l'abaissement de température produit par ce changement d'état, est placée dans de longs cylindres de métal R, R, que l'on a introduits entre les spires du serpentin, P'.

La transmission du froid d'un cylindre 5 l'autre, dans le réfrigérant, MM, se fait par l'interposition d'un liquide incongelable dans lequel plongent tous les cylindres R, R. Ce liquide n'est point de l'eau pure, mais une dissolution de chlorure de calcium, dans laquelle baignent tous les cylindres R, H

contenant l'eau à congeler ainsi que le ser- I pentin P'. On retire de quart d'heure en quart d'heure du réfrigérant MM, les cylindres de glace, ainsi formés, dans les cylindres R, R.

Il s'agit maintenant de faire revenir à la chaudière le gaz ammoniac volatilisé dans le serpentin du réfrigérant MM, afin d'établir la répétition de ces mêmes effets, c'està-dire une opération continue. Voici comment s'exécute ce retour à la chaudière.

C'est par la partie inférieure du tube S, qui plonge de haut en bas dans le réfrigérant MM, que le gaz ammoniac se dégage et se rend dans le vase à absorption, T, en suivant le tube e. Entouré du tube-manchon, P (qui a également servi à entourer le tube par lequel le gaz ammoniac s'était rendu au réfrigérant MM, le tube e arrive

dans le nouveau réfrigérant, T, qui renferme un surpentin à spires très-serrées, noyé dans l'eau froide, et dans lequel la dissolution aqueuse ammoniacale se reconstitue.

L'eau qui doit refroidir ce nouveau réfrigérant T, y arrive sans cesse du réservoir Z, par le tube a. Il se fait dans ce vase T un échange de température, effet très-curieux qui sera expliqué plus loin.

Du vase à absorption ou condenseur T, la solution aqueuse ammoniacale, reconstituée, est reprise par une pompe, non visible sur notre dessin, mais qui est fixée sur l'axe, /, manceuvrée par la manivelle du volant u, et elle rentre dans la chaudière, A, refoulée par cette pompe en suivant le tube FF.

Mais remarquons que le liquide qui doit s'introduire dans le vase à absorption T, est chaud; il importe de refroidir ce vase pour