CHAPITRE IV

Refroidissement des corps au-dessous de la température ambiante. Production et conservation de la glace.

2281. Le refroidissement d'un corps au-dessous de la température ambiante, abstraction faite de certaines actions chimiques, peut être produit par le contact du corps, 1° avec de l'air qui se sature de vapeur d'eau ; 2" par le rayonnement vers le ciel pendant les nuits sereines ; 3° avec de la glace ou des mélanges frigorifiques; 4° par des moyens artificiels basés sur l'emploi de la chaleur et des changements d'état ou sur l'emploi des actions mécaniques.

2282. Refroidissement par févaporation. — Lorsqu'un courant d'air sec, ou seulement non saturé, passe sur un hquide, l'évapora tion en abaisse la température ; cet abaissement est indépendant de la vitesse de l'air. D'après les expériences faites par Gay-Lussac, l'air étant parfaitement sec, et sa température, ainsi que celle du liquide, étant de

les abaissements obtenus ont été de

Mais si l'air était déjà en partie saturé de vapeur d'eau, l'abaissement de température serait beaucoup plus petit ; dans les mêmes circonstances, on peut regarder cet abaissement comme proportionnel à la quantité de vapeur dont Tair peut se charger. Ainsi, dans les cas les plus ordinaires, l'air étant à moitié saturé, le refroidissement serait moitié de celui que nous avons indiqué.

2283. Si le corps qui doit être refroidi était de l'eau, tous les appareils que nous avons indiqués dans le chapitre précédent pourraient être employés. Mais, si le liquide était autre et si son refroidissement ne pouvait pas avoir lieu par sa propre évaporation, il faudrait le faire circuler lentement dans un système de tuyaux mé-

CUM'ITIlE IV. — HEFROIDISSEMENT DES CORPS, ETC. 1;>|

lalliiliii's (Iniil Ii's surfaces extéricmvs, roooiivorlos de l(»ile, soraioni paix'oiirih's par de pt'lils (ilcls d'caii, dont on îiccrh'rci'ait l'^vaporalioM au ni^yon d'un courant d'air produit par un ventilateur.

2284. Nous avons dit dans le cliapitre précédent comment on peut refroidir l'air au contact de l'eau ; on pourrait craindre que le procédé n'amenât la saturation de l'air, ce(pii pourrait dans certains, cas être un inconvénient ; l'air en effet est presqiu^ toujours saturé dans ces conditions, mais on peut remarquer que dans les conditions ordinaires cette satui'alion sera complètement indépendante du procédé employé et quelle résultera de la quantité d'eau qui était contenue dans l'air à rafraîchir. Nous avons vu en effet (1698) ipi'un mètre cube d'air, pour être saturé, contient aux températures de

les quantités de vapeur suivantes :

()''■, 007 OSOOO O^OIT (•',031

Si donc de l'air à 20° dont la fraction de saturation est de 0,50 est ramené à 10% il contiendra 0\0085 d'eau et sera bien voisin de la saturation ; si l'air est à 30" et dans les mêmes conditions d'humidité, lorsqu'on l'amènera à 10", non-seulement il sera saturé, mais

il laissera déposer -^ 0,009 = 0",0GG5 d'eau ; c'est ce dernier

cas qui se produira le plus fréquemment; il faudrait donc se garder (le croire qu'on obtiendrait l'airnon saturé en le mettant à l'abri de l'eau et en le faisant circuler dans des tuyaux refroidis extérieurement ou réciproquement. L'eau que l'air laisserait bientôt déposer sur ces tuyaux dans le cas d'un refroidissement un peu notable serait la preuve de sa saturation.

2285. M. Baumhauer, d'Amsterdam, membre du jury de l'exposition univei-selle de 1855, a présenté un appareil destiné au refroidissement de l'air des appartements. Cet appareil se compose d'un cylindiHi dans lequel de l'eau tombe très-divisée à travers un courant dair marchant dans le même sens, et qui s'écoule ensuite dans une cheminée d'appel chauffée par un bec de gaz; ce cylindre est environné d'un autre, ouvert parles deux bouts, renfermant des toiles métalliques transversales destinées à transmettre le refroidissement à l'air qui descend entre les deux cylindres par le seul effet de l'abaissement de la température.

2286. MM. (leneste fils et llerscher frères ont employé une dispo-

122 LIVRE XIV. — DU REFllOlDISSEMENT.

sition qui poniKil (r(il)lenir un abaissemenl notal)l(; di; la lompôraturcde Feaii en la meltant en contact avec de Fair maintenu sec et ils ont appliqué leur système au refroidissement de l'air. Yoici l'appareil qu'ils emploient à cet usage. Il se Compose d'une série d'éléments superposés à une petite distance les uns des autres et formant une colonne verticale entourée d'inie cheminée cylindrique qui laisse un canal annulaire entre les éléments et la cheminée. Chaque élément est formé d'un vase cylindri([uc annulaire dont l'enveloppe extérieure est poreuse et dont l'enveloppe inlériiMu-e est métallique; la partie annulaire renferme de l'eau, la partie cylindrique intérieure est ouverte en haut et en bas pour la circulation de l'air. Autour de ce premier vase s'en trouve un autre de môme hauteur, annulaire aussi, dont l'enveloppe extérieure est métallique et pleine, et l'enveloppe intérieure est formée d'une toile métallique ; celle-ci se trouve à quelques centimètres de l'enveloppe extérieure du vase poreux; l'espace annulaire compris entre les deux enveloppes est rempli de chlorure de calcium ; entre deux éléments successifs se trouve placé un support à double enveloppe de même diamètre extérieur que l'élément de façon à constituer une seule colonne cylindrique placée dans l'axe de la .cheminée. L'eau qui suinte à travers le vase poreux s'évapore rapidement au contact de l'air desséché sous l'influence du chlorure de calcium, et se refroidit fortement. On peut ainsi obtenir un abaissement de température de 15°, L'air qui se trouve dans la partie cylindrique placée dans l'axe de la cheminée se refroidit au contact de la paroi des vases occupés par l'eau et acquiert un excès de densité fournissant une pression qui permettra de le refouler dans les lieux à rafraîchir.

Le chlorure de calcium sec absorbe promptement l'humidité, fond dans son eau et tombe en deliquium, le liquide qui en résulte est recueilli et il faut régénérer le chlorure sec en faisant évaporer l'eau au moyen de la chaleur ; il faut de plus renouveler dans les vases le chlorure qui a été enlevé par la dissolution.

Dans l'absorption de la vapeur d'eau par le chlorure de calcium, il y a dégagement de la chaleur latente que l'eau avait absorbée pour s'évaporer, de sorte qu'il y a échautîement du chlorure de calcium et du vase qui le renferme. Cet échauffement serait un inconvénient capital si l'élément plongeait tout entier dans l'air qu'il s'agit de refroidir, car la chaleur que lui enlèverait l'eau serait restituée par le chlorure de calcium ; mais comme nous l'avons dit l'air à refroidir ne circule qu'à l'intérieur de l'élément ; la surface extérieure

CIIAPITIŒ IV. — HEFROIDISSEMENT DES CORPS, ETC. \ 2:i

forme avoc la surface intériciire de la cheminée les parois diin eaiial dans l<'(|nel se trouve de l'air qui s'éoliaiiiïc el pai- suite di-lrrniiiie un a|)p('l qui peut être utilisé pour larilitcr la venlilalion et enlcNcr l'air tlf la i)ièce où on amène l'aii- froid.

2:287. Dans certains cas, on peut aetivcu" lévaporation en se servant d'un courant d'air dû à la venlilalion naturelle ; c'est le cas des caves de Roquefort, taillées dans un roc poreux et humide, et s'ëtendant du nord au sud ; des ouvertures sont pratiquées aux deux extrémités pour la circulation de l'air et on obtient ainsi des coiuants dont l'énergie est suflisanle pour éteindre une hougie; on obtient ainsi un abaissement relativement à rextérieur qui est moyennement de 10°.

2288. On pourrait produire pour l'eau, par son évaporation dans le vide, un refroidissement beaucoup plus considérable que par l'évaporation due au renouvellement de l'air ; mais nous ne parlerons de ce moyen de refroidissement que quand il sera question de la congélation de l'eau.

2289. Refi'oidisseme7it des corps par le rayonnement vers le ciel, pendant les nuits sereines. — Lorsqu'un coi'ps doué d'un grand pouvoir rayonnant est exposé dans un lieu découvert, pendant une nuit calme et sereine, il éprouve un refroidissement, dû à ce que l'enceinte planétaire est aune très-basse température.

Le refroidissement serait beaucoup plus considérable si l'air, la terre et la condensation de la vapeur d'eau à la surface du corps ne lui restituaient pas une partie de la chaleur qu'il perd. Par conséquent, pour obtenir par ce moyen un grand refroidissement, il faut que le pouvoir émissif de la surface soit maximum, et que le corps soit supporté par d'autres très-mauvais conducteurs.

2290. Depuis un temps immémorial, on fait au Bengale de la glace par un procédé fondé sur le rayonnement nocturne. On place des vases de terre peu profonds, pleins d'eau, sur des couches de cannes à sucre ou de tiges de maïs non comprimées ; lorsque, pendant la nuit, le ciel a été pur, l'air calme, et que la température de l'atmosphère s'est abaissée au-dessous de 10", on trouve le matin l'eau congelée. M. Wels a essayé ce procédé en Angleterre, pendant l'été, et il a parfaitement réussi à fournir de la glaci;, mais le prix de la main-d'œuvre beaucoup plus élevé en Europe qu'aux Indes n'a permis la réalisation industrielle de ce procédé ni en Angleterre, ni en France où il a été successivement essayé.

2291. Refroidissement de l'air par le contact de la glace ou des

mélanges frigorifiques. — J'ai donné, dans les notes placées à la fin du premier volinno, un tableau des eiïels produits par différents mélanges frigorifiques ; J'indiquerai ici les dispositions les plus convenables de rapj>ar(Ml qu'il faudrait euq)loyor pour refroidir l'air au moyen de la glace.

2292. Les figures 588 et S89 représentent une coupe verticale et une coupe borizontale de l'appareil en question. A est un tuyau vertical parcouru par l'air qui doit être refroidi; BB, un vase annulaire qui renferme la glace ; ce vase a une double enveloppe CC , remplie d'édredon, de ouate, de son, ou de paille bacbée ; un tuyau à robinet I) laisse écouler dans le vase E l'eau produite par la liquéfaction de la glace. La

Û paroi intérieure du vase B est en fonte et porte plusieurs rangées d'appendices dirigés dans le sens des rayons , d'une petite hauteur, et disposés de manière que ceux qui appartiennent à deux rangées successives ne soient pas dans le même plan. Par cette disposition, le vase plein de glace peut n'avoir qu'une

petite hauteur, et cependant refroidir très-rapidement l'air qui le

traverse.

2293. Mais lorsque l'aime doit être refroidi que d'un petit nombre de degrés, et qu'il ne doit pas être amené à une température inférieure à 10% il est beaucoup plus avantageux de le faire circuler dans des conduits placés dans le sol à une profondeur suffisante. C'est la méthode la plus convenable pour rafraîchir l'air, pendant l'été, dans les pays chauds; l'air pourrait être lancé par un ventilateur à force centrifuge, et le travail d'un seul homme suffirait à la ventilation d'une pièce renfermant de 50 à 60 personnes, si la vitesse de l'air dans le canal ne dépassait pas 2 ou 3 mètres.

Il faut observer cependant que ce moyen ne fournirait de résultats

Fig. 588 et 589.

CIIAPITIŒ IV. — UEFUOiniSSEMENT DES COUPS, ETC. I >:i

utiles (iifaiilaul qiio le rolVoidissemcnl à opérer sérail liiililc, ciir le sous-sol 110 conserve une lenipi'ralure basse en été (|u";i cause de la mauvaise coiiduclilulilé du s(d : si donc on Taisait i»asser une nuantilé un peu considérable dair relativement chaud dans des tuyaux placés au-dessous du sol, les parois de ces tuyaux se seraient bientôt mis en équilibre de température avec Tair lui-même et le refroidissement serait alors impossible.

2294. MM. Geneste (ils et Ilerscher frères ont étudié pour le refroidissement de l'air un appareil dans lequel on emploie comme source frigorili({ue un mélange réfrigérant d'eau et d'azotate d'ammoniaque.

L'appareil se compose d'une grande caisse prismatique en fonte, placée horizontalement; elle a 4 mètres de longueur, et sa largeur et sa hauteur sont toutes deux de 1 mètre ; elle est fermée de toutes parts, et c'est elle qui contient le mélange réfrigérant; elle est traversée dans toute sa longueur par quatre tubes de 0 '",30 de diamètre qui servent au passage de l'air à refroidir. La caisse est plongée dans un bac de section un peu plus large, de façon à laisser entre la caisse et le bac un vide de 0", 6 environ ; ce vide est rempli d'eau; l'eau baigne les quatre faces latérales de la caisse ; à une de ses extrémités, la caisse est surmontée d'un entonnoir qui sert à y introduire de l'azotate d'ammoniaque d'une façon continue ; l'eau de la bâche extérieure pénètre dans cet entonnoir par des trous placés latéralement, fond le sel, se refroidit et s'introduit ensuite dans la caisse ; la bâche extérieure est alimentée d'eau d'une façon régulière par l'extrémité du bac opposée à l'entonnoir; la dissolution d'azotate d'ammoniaque sort aussi de la caisse du même côté. Dans ces conditions, l'eau arrivant dans la bâche à 15° environ, se refroidit sensiblement de 10° en circulant dans cette bâche au contact des parois de la caisse ; elle arrive à -|- 5° en contact avec l'azotate d'ammoniafiue et elle s'abaisse alors sensiblement à la température de — 10°; cette dissolution se réchaulfe méthodiquement par suite du contact de l'air à l'intérieur des tubes et de l'eau à l'extérieur de la caisse qui cheminent en sens inverse de la dissolution ; celle-ci en sortant de la caisse à une température voisine de celle de l'eau d'alimentation se rend dans le régénérateur.

Celui-ci se compose de deux parties : l'évaporateur et le cristallisoir. L'évaporateur est une simple chaudière ouverte à la partie supérieure, placée dans un fourneau en briques ; on y fait arriver la dissolution, qu'on porte à la température de 100% de façon à la con-

centrer et à ce qu'elle soit à peu près saturée à celte température; elle sort d'une façon cunliinie de la chaudière pour se rendre dans le cristallisoir ; celui-ci est formé d'un cylindre à double enveloppe dans laquelle circule la dissolution avant de se rendre dans l'évaporateur ; la dissolution concentrée arrive dans l'axe du cylindre et coule sur une calotte pleine qui la distribue sur toute la paroi intérieure, le long de laquelle elle coule en se refroidissant; les cristaux formés sont retenus par une grille placée au bas du cylindre, une porte latérale permet de les recueillir; l'eau mère traverse la gnlle et tombe dans une bâche inférieure où on peut la reprendre pour la ramener à la chaudière. On voit que le fonctionnement de l'appareil est continu.

L'emploi de l'azotate d'ammoniaque présente cet inconvénient que ce sel se décompose peu à peu dans les opérations successives auxquelles il est soumis ; on s'oppose à cette décomposition en ajoutant au sel 10 p. 100 environ de chlorhydrate d'ammoniaque. Dans ces conditions on peut régénérer le sel presque indéfiniment.

Les tubes intérieurs servant au. passage de l'air se couvrent intérieurement de givre qui irait grossissant et pourrait obstruer les tubes si on ne l'enlevait pas ; on y arrive en établissant dans l'axe de chaque tube une hélice métallique animée d'un mouvement de rotation lent et qui racle la surface intérieure des tubes en même temps qu'elle rejette la glace à une des extrémités ; la force motrice à employer pour faire marcher les parties mobiles de cet appareil est presque nulle, et l'on n'a besoin que de combustible pour produire l'abaissement de température requis. Ces dispositions peuvent rendre des services dans certains cas, mais elles ne constituent pas un procédé économique pour obtenir le froid. Un calcul très-simple permet de s'en rendre compte. Un mélange de parties égales d'eau et d'azotate d'ammoniaque produit un abaissement de température de 26° ; en évaluant à 0,25 la capacité calorifique de l'azotate d'ammoniaque, on voit qu'on a produit ainsi 26 X l,2o = 32,5 calories négatives par kilogramme d'eau entrant dans le mélange ; or, pour régénérer le sel il faut évaporer l'eau du mélange et dépenser environ 630 calories; ce qui fait 19 calories positives à dépenser pour obtenir une calorie négative.

2295. En Amérique, où l'on fait un usage régulier de la glace, on s'en sert pour maintenir frais les aliments, viande, lait, beurre, etc. On emploie pour cela des glacières domestiques, qui sont des caisses

CIIAl'ITHE IV. — REFROIDISSEMENT DES CORPS, ETC.

a (loiil)l(' enveloppe ; l'iiilerMille (Mili'e les deux enveloppes est f^arni (le matière niauNaise eoiultieliiee ; la caisse est munie d im couvercle épais en bois ; l'intérieur de la caisse est métallique. On place la •ilacc (pii doit servir à la consonnnalion journalière au fond de cette caisse. In petit tuyau permet récoulement de l'eau de fusion; des riiNon> placés au pourtour de la caisse reçoivent les objets qu'il ■^■agit de maintenir frais.

22ÎIG. M. Tellier a imaginé sous le nom de garde-manger frigorili(jue un appareil représenté figure o90 ; il se compose d'une caisse à double enveloppe, comme la glacière américaine; mais il en diffère

&- \\AMVç^t

Fig. 590.

en ce que la capacité D, qui doit renfermer les objets à conserver, est entourée de glace concassée; les objets peuvent être pendus à des crocbets C ou placés sur une étagère ; au point de vue du double usage qu'on se propose en Amérique, la disposition qu'on y a adoptée, plus simple que celle de M. Tellier, nous paraît préférable.

M. Tellier estime que la consommation de glace pour un de ses appareils dont la contenance est de 1 hectolitre, est de 3 kilogrammes delglace en vingt-quatre heures, auxquels il faut ajouter un kilogramme de glace pour o kilogranunes du produit conservé, la température moyenne extérieure étant de J8".

La hgure591 représente une disposition que M. Tellier propose d'adopter pour conserver dans les boucheries la viande à une température voisine de zéro, sans la congeler. Cette disposition n'est que

la repruiUiclion sur une échelle plus grande de celle qui précède ; l'eau de fusion de la glace est enlevée au moyen d'une pompe à main.

2297. Récolte de la glace. — Dans les contrées où la glace n'est pas d'un usage très répandu, ou pour lesquelles le froid est peu intense en hiver, on se contente de briser la glace au moyen de pics et de crocs ; les morceaux de dimensions irrégulières sont ensuite placé dans des bateaux et transportés sur le bord de l'étang où la glace a été recueillie, et de là à la glacière.

2298. Dans les pays comme l'Améritiue du Nord, où la consommation de la glace est régulière, où il se fait une exportation considérable de cette substance, où les hivers sont longs et réguliers, la récolte de la glace peut se faire d'uncfaçon parfaitement industrielle.