FR3048762B1 - COOLING DEVICE FOR USE IN CRYOTHERAPY - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de refroidissement (1) utilisable pour la cryothérapie et comprenant un compresseur (2) adapté à comprimer un fluide, un système de refroidissement (3) adapté à refroidir le fluide sortant du compresseur (2) et un détendeur (4) adapté à détendre le fluide sortant du système de refroidissement (3). Selon 1'invention, le fluide utilisé par le dispositif de refroidissement (1) est l'air ambiant, le détendeur (4) rejetant l'air refroidi hors du dispositif de refroidissement (1).The invention relates to a cooling device (1) that can be used for cryotherapy and comprising a compressor (2) adapted to compress a fluid, a cooling system (3) adapted to cool the fluid leaving the compressor (2) and a pressure reducer ( 4) adapted to relax the fluid exiting the cooling system (3). According to the invention, the fluid used by the cooling device (1) is the ambient air, the expander (4) discharging the cooled air out of the cooling device (1).
Description
Dispositif de refroidissement utilisable pour la cryothérapieCooling device for cryotherapy
La présente invention concerne un dispositif de refroidissement utilisable pour la cryothérapie, et un outil de traitement par cryothérapie comprenant un tel dispositif.The present invention relates to a cooling device for use in cryotherapy, and a cryotherapy treatment tool comprising such a device.
En médecine physique et en rééducation fonctionnelle, le froid est utilisé pour traiter les douleurs et les traumatismes musculo-tendineux du fait de son. effet antalgique et anti-inflammatoire, et pour récupérer la fonction musculaire -après un effort physique intense et prolongé (tel que lors de compétitions sportives de haut niveau) du fait de sa capacité à drainer les oedèmes issus de chocs physique et à induire une détente musculaire. Deux techniques de génération du froid sont principalement utilisées en cryothérapie.In physical medicine and functional rehabilitation, cold is used to treat musculo-tendinous pain and trauma due to sound. analgesic and anti-inflammatory effect, and to recover the muscular function - after an intense and prolonged physical exertion (such as during high-level sports competitions) because of its capacity to drain edema resulting from physical shocks and to induce a relaxation muscular. Two cold generation techniques are mainly used in cryotherapy.
Une première technique de cryothérapie utilise la décompression d'un gaz comprimé liquéfié contenu dans une bouteille de gaz. Le dispositif de refroidissement correspondant comprend, d'une part, la bouteille de gaz dans laquelle est stocké le gaz comprimé liquéfié-, tel -que -du dioxyde de carbone (C02) , et, d'autre part, un détendeur qui -est relié à la bouteille de gaz et permet de libérer le gaz comprimé de sorte que ce gaz subi une détente brusque et se refroidi. Ainsi, il est possible d'obtenir un jet de C02 a environ -78°C. Un système de pistolet peut être relié à la sortie du détendeur afin de diriger le jet de gaz froid vers une zone précise à traiter. 1/utilisation d'une bouteille de gaz comprimé génère plusieurs contraintes. Premièrement, surtout dans le cas où le gaz comprimé est un -gaz asphyxiant (comme le C02) , il est nécessaire de contrôler en continu la concentration en dioxygène dans le lieu -où est stockée la bouteille et d'y installer une ventilation performante. Deuxièmement, il est nécessaire d'avoir un réapprovisionnement régulier en bouteille de gaz. Troisièmement, la bouteille de gaz est trop -encombrante pour être déplacée -dans le cabinet de kinésithérapie.A first cryotherapy technique uses the decompression of a liquefied compressed gas contained in a gas cylinder. The corresponding cooling device comprises, on the one hand, the gas cylinder in which the liquefied compressed gas, such as carbon dioxide (CO 2), is stored and, on the other hand, a pressure regulator which is connected to the gas cylinder and allows to release the compressed gas so that the gas undergone a sudden relaxation and cooled. Thus, it is possible to obtain a CO 2 stream at about -78 ° C. A gun system can be connected to the outlet of the regulator to direct the jet of cold gas to a specific area to be treated. 1 / use of a bottle of compressed gas generates several constraints. First, especially in the case where the compressed gas is an asphyxiating gas (such as CO2), it is necessary to continuously monitor the oxygen concentration in the place where the bottle is stored and to install a high performance ventilation. Secondly, it is necessary to have a regular replenishment of gas cylinders. Thirdly, the gas bottle is too-cluttering to be moved-in the physiotherapy cabinet.
Une seconde technique de cryothérapie utilise une machine frigorifique à circuit fermé dont le cycle de réfrigération, de son fluide frigorigène (par exemple le fréon) permet de refroidir l'ait ambiant à des températures comprises entre -30°C et -40°C. Cette technique de production qui n'utilise pas de bouteille de gaz comprimé, produit un jet de gaz froid moins concentré et moins froid que la technique de cryothérapie par décompression de gaz comprimé liquéfié contenu dans une bouteille de gaz. Comme la zone à traiter subi un -choc thermique moins important, l'efficacité du traitement est moins importante. De plus, une telle machine frigorifique met un certain temps pour produire du froid, ce qui oblige le praticien à mettre en froid la machine frigorifique bien avant son utilisation (dans le cas d'un usage ponctuel) ou à la laisser tourner toute la journée (dans le cas d'un usage fréquent). Enfin, une machine frigorifique a un coût important.A second cryotherapy technique uses a closed circuit refrigerating machine whose refrigeration cycle, its refrigerant (for example freon) can cool the ambient at temperatures between -30 ° C and -40 ° C. This production technique, which does not use a compressed gas cylinder, produces a cold gas jet that is less concentrated and less cold than the cryotherapy technique by decompressing liquefied compressed gas contained in a gas cylinder. As the area to be treated undergoes a smaller thermal shock, the effectiveness of the treatment is less important. In addition, such a refrigerating machine takes a certain time to produce cold, which forces the practitioner to cold the refrigeration machine well before use (in the case of occasional use) or to let it run all day (in the case of frequent use). Finally, a refrigerating machine has a significant cost.
La présente invention vise â réaliser un dispositif de refroidissement utilisable en cryothérapie n'ayant pas les inconvénients précités et permettant de produire un jet d'air froid intense et concentré sur une zone à traiter. L'invention concerne un dispositif de refroidissement utilisable pour la cryothérapie et comprenant un compresseur adapté à comprimer un fluide, un système de refroidissement adapté à refroidir le fluide comprimé et un détendeur adapté à détendre le fluide comprimé refroidi, caractérisé en ce que le fluide utilisé par le dispositif de refroidissement est l'air ambiant, le compresseur étant adapté à aspirer, comprimer et injecter l'air ambiant dans le système de refroidissement puis dans le détendeur gui est adapté à rejeter l'air refroidi hors du dispositif de refroidissement.The object of the present invention is to provide a cooling device that can be used in cryotherapy that does not have the aforementioned drawbacks and that makes it possible to produce an intense and concentrated cold air jet on an area to be treated. The invention relates to a cooling device which can be used for cryotherapy and comprising a compressor adapted to compress a fluid, a cooling system adapted to cool the compressed fluid and an expansion device adapted to relax the cooled compressed fluid, characterized in that the fluid used is By the cooling device is the ambient air, the compressor being adapted to suck, compress and inject the ambient air into the cooling system and then into the regulator which is adapted to reject the cooled air out of the cooling device.
Ainsi, selon l'invention, le fluide frigorigène utilisé est l'air ambiant, et le. dispositif de refroidissement peut être assimilé â une machine frigorifique 1 circuit ouvert utilisant un cycle de réfrigération turbo Brayton.Thus, according to the invention, the refrigerant used is the ambient air, and the. The cooling device can be likened to an open circuit refrigerating machine using a Brayton turbo refrigeration cycle.
Le compresseur et la turbine de décompression sont chacun montés sur un arbre de rotation motorisé. Avantageusement, l'invention prévoie que le compresseur et la turbine de décompression soient montés sur le même arbre de rotation. Cette caractéristique permet de récupérer une partie de l'effort de compression à la détente de l'air comprimé. De manière générale, la vitesse de rotation, de l'arbre de rotation selon l'invention est comprise entre 150 000 tr/min et 300 000 tr/min.The compressor and the decompression turbine are each mounted on a motorized rotation shaft. Advantageously, the invention provides that the compressor and the decompression turbine are mounted on the same rotation shaft. This characteristic makes it possible to recover a part of the compressive force at the expansion of the compressed air. In general, the speed of rotation of the rotation shaft according to the invention is between 150 000 rpm and 300 000 rpm.
De plus, afin d'obtenir une température d'air en échappement du dispositif de refroidissement comprise· entre -10°C et -90°C, le système de refroidissement est adapté à refroidir l'air comprimé à une température proche de la température .ambiante avant que la turbine de décompression ne détende l'air comprimé. Ün tel système de refroidissement peut être formé par un échangeur thermique.In addition, in order to obtain an exhaust air temperature of the cooling device of between -10 ° C and -90 ° C, the cooling system is adapted to cool the compressed air to a temperature close to the temperature Ambient before the decompression turbine releases compressed air. Such a cooling system may be formed by a heat exchanger.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le compresseur est un compresseur centrifuge.According to a first embodiment of the invention, the compressor is a centrifugal compressor.
Selon un deuxieme mode de réalisation de l'invention, le compresseur est multi étagés, c'est-à-dire, qu'il comprend plusieurs étages et un système de refroidissement annexe situé entre chaque étage. Cette caractéristique permet d'obtenir un air comprimé à une pression comprise entre 4 et 8 bars selon le nombre d'étages présentant une température comprise entre 90°C et 140°C en sortie du compresseur.According to a second embodiment of the invention, the compressor is multistage, that is to say, it comprises several stages and an auxiliary cooling system located between each stage. This characteristic makes it possible to obtain compressed air at a pressure of between 4 and 8 bars depending on the number of stages having a temperature of between 90 ° C. and 140 ° C. at the outlet of the compressor.
Selon une particularité du deuxième mode de réalisation de l'invention, chaque étage du compresseur multi-étagé comprend une roue de compression.According to a feature of the second embodiment of the invention, each stage of the multi-stage compressor comprises a compression wheel.
Afin de réaliser un traitement ciblé d'une zone anatomique précise d'un patient à traiter, le dispositif de refroidissement peut comprendre en échappement de la turbine de décompression des moyens d'orientation de l'air froid d'échappement comme un pistolet d'échappement. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et illustré dans les dessins mis en annexe dans lesquels : - La figure 1 est un schéma représentant un dispositif de refroidissement conforme à un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 2 est une représentation en perspective d'une turbine de compression d'un compresseur utilisé dans le dispositif de refroidissement de la figure 1 ; et - La figure 3 est une représentation en perspective d'une turbine de détente d'un détendeur utilisé dans le dispositif de 1.In order to achieve a targeted treatment of a specific anatomical area of a patient to be treated, the cooling device may comprise, in the exhaust of the decompression turbine, means for directing the cold exhaust air such as a pistol. exhaust. Other features and advantages of the present invention will appear in the detailed description of an embodiment of the invention given by way of non-limiting example and illustrated in the appended drawings in which: FIG. diagram showing a cooling device according to an embodiment of the invention; FIG. 2 is a perspective representation of a compression turbine of a compressor used in the cooling device of FIG. 1; and FIG. 3 is a perspective representation of an expansion turbine of a pressure reducer used in the device of FIG.
La présente invention concerne un dispositif de refroidissement 1 utilisé pour la cryothérapie.The present invention relates to a cooling device 1 used for cryotherapy.
Comme illustré à la figure 1, le dispositif de refroidissement 1 selon 1'invention comprend un compresseur 2 qui est adapté- à aspirer l'air ambiant (environ 20 °C), un système de refroidissement 3 (par exemple un échangeur thermique 3) qui est adapté à refroidir l'air comprimé (de préférence à une température proche de celle de l'air ambiant) et un -détendeur 4 qui est adapté à détendre le fluide comprimé refroidi. Du fait que le- fluide utilisé pour produire le froid -est l'air ambiant, le dispositif de refroidissement 1 n'utilise ni bouteille -de gaz, ni fluide frigorigêne (par exemple du fréon).As illustrated in FIG. 1, the cooling device 1 according to the invention comprises a compressor 2 which is adapted to suck the ambient air (approximately 20 ° C.), a cooling system 3 (for example a heat exchanger 3) which is adapted to cool the compressed air (preferably at a temperature close to that of the ambient air) and a -expander 4 which is adapted to relax the cooled compressed fluid. Because the fluid used to produce the cold is the ambient air, the cooling device 1 does not use either a gas cylinder or a refrigerant (for example freon).
Dans les présents exemples, le compresseur 2 est un conçresseur centrifuge qui comprend une enceinte de compression 5 et une turbine de compression 6 montée rotative dans l'enceinte de compression 5 autour d'un arbre de compression 7. Le compresseur 2 comprend., d'une part, une admission d'air 8 permettant 1'admission de l'air ambiant dans l'enceinte de compression 5 pour qu' il y soit comprimé par la rotation, de la turbine de compression 6, et, d'autre part, une sortie d'air 9 permettant la sortie de l'air comprimé hors de l'enceinte de compression 5 et son acheminement dans le système de refroidissement 3. La compression -chauffe l'air. L'arbre de compression 7 est entraîné par un moteur 10 afin de permettre la rotation de la turbine de compression 6 et la compression de l'air ambiant.In the present examples, the compressor 2 is a centrifugal compressor which comprises a compression chamber 5 and a compression turbine 6 rotatably mounted in the compression chamber 5 around a compression shaft 7. The compressor 2 comprises. on the one hand, an air intake 8 allowing the admission of the ambient air into the compression chamber 5 to be compressed by the rotation, of the compression turbine 6, and on the other hand , an air outlet 9 for the outlet of the compressed air out of the compression chamber 5 and its routing in the cooling system 3. The compression -heats the air. The compression shaft 7 is driven by a motor 10 to allow the rotation of the compression turbine 6 and the compression of the ambient air.
Comme illustré à la figure 2, la turbine de compression 6 comprend une roue de compression 11 dont le centre porte perpendiculairement l'arbre de compression 7, et une série d'ailettes de compression 12 radiales. Chaque ailette de compression 12 est fixée à la roue de compression 11 et à la partie de l'arbre de compression 7 portée par la roue de compression 11. Dans le présent exemple, la roue de compression 11 présente un diamètre compris entre 10 mm et 50 mm, de préférence entre 20 mm et 40 mm et de préférence entre 25 mm et 35 mm. 'Dans les présents exemples, le système de refroidissement 3 est un échangeur thermique 3 air-eau de type air-air ou, de préférence (notamment pour des raisons de débit important du fluide de refroidissement et de niveau sonore réduit) de type air-eau. Le système de refroidissement 3 comprend, d'une part, une admission d'air comprimé 13 qui est reliée à la sortie d'air 9 du compresseur 2 et qui permet l'admission de l'air comprimé à refroidir, et, d'autre part, une sortie d'air comprimé refroidi 14 permettant la sortie de l'air comprimé refroidi et son acheminement dans le détendeur 4.As illustrated in Figure 2, the compression turbine 6 comprises a compression wheel 11 whose center carries perpendicularly the compression shaft 7, and a series of radial compression fins 12. Each compression fin 12 is fixed to the compression wheel 11 and to the part of the compression shaft 7 carried by the compression wheel 11. In the present example, the compression wheel 11 has a diameter of between 10 mm and 50 mm, preferably between 20 mm and 40 mm and preferably between 25 mm and 35 mm. In the present examples, the cooling system 3 is an air-to-water heat exchanger 3 of the air-air type or, preferably (especially for reasons of high flow rate of the cooling fluid and reduced sound level) of the air-air type. water. The cooling system 3 comprises, on the one hand, an inlet of compressed air 13 which is connected to the air outlet 9 of the compressor 2 and which allows the admission of the compressed air to be cooled, and, on the other hand, a cooled compressed air outlet 14 allowing the output of the cooled compressed air and its routing in the expander 4.
Le système de refroidissement 3 permet de refroidir l'air comprimé à une température inférieure 50°C, de préférence inférieure à 40 °C, et même à une température proche de celle du fluide réfrigérant utilisé (soit la température de l'air ambiant en cas d'échangeur thermique air-air, soit là température de l'eau en cas d'échangeur thermique air-eau).The cooling system 3 makes it possible to cool the compressed air at a temperature below 50 ° C., preferably below 40 ° C., and even at a temperature close to that of the refrigerant used (ie the ambient air temperature at room temperature). air-to-air heat exchanger case, ie water temperature in case of air-water heat exchanger).
Dans les présents exemples, le détendeur 4 comprend une enceinte de détente 15 et une turbine de détente 16 montée rotative dans l'enceinte de détente 15 autour d'un arbre de détente 17. Le détendeur 4 comprend, d'une part, une admission d'air comprimé refroidi 18 qui est reliée à la sortie d'air comprimé refroidi 14 du système de refroidissement 3 et qui permet l'admission de l'air comprimé refroidi dans l'enceinte de détente 15, et, d'autre part, une sortie d'air détendu 19 qui permet la sortie de l'air détendu hors de l'enceinte de détente 15. Dans l'enceinte de détente 15, l'air se détend et entraîne la rotation de la turbine de détente 16. Du fait de sa détente, la température de l'air en sortie de l'enceinte de détente 15 est particulièrement basse, inférieure à 0 °C, de préférence inférieure à -10 °C, inférieure à -35 ®C, voire inférieure a -65 °C. De l'air ayant une température inférieure à -35 °C permet de produire un choc thermique suffisant de façon à prodiguer un traitement cryogénique efficace.In the present examples, the expander 4 comprises an expansion chamber 15 and an expansion turbine 16 rotatably mounted in the expansion chamber 15 around an expansion shaft 17. The expander 4 comprises, on the one hand, an intake cooled compressed air 18 which is connected to the cooled compressed air outlet 14 of the cooling system 3 and which allows the admission of the compressed compressed air into the expansion chamber 15, and, secondly, a relaxed air outlet 19 which allows the release of the expanded air out of the expansion chamber 15. In the expansion chamber 15, the air relaxes and causes the rotation of the expansion turbine 16. As a result of its expansion, the temperature of the air at the outlet of the expansion chamber 15 is particularly low, below 0.degree. C., preferably below -10.degree. C., below -35.degree. 65 ° C. Air having a temperature lower than -35 ° C can produce sufficient heat shock so as to provide an effective cryogenic treatment.
Comme illustré à la figure 3, la turbine de détente 16 comprend une roue de détente 20 dont le centre porte perpendiculairement l'arbre de détente 17, et une série d'ailettes de détente 21 radiales. Chaque ailette de détente 21 est fixée à la roue de détente 20 et à la partie de l'arbre de détente 17 portée par la roue de détente 20. Dans le présent exemple, la roue de détente 20 présente un diamètre compris entre 10 mm et 40 mm, de préférence entre 15 mm et 35 mm et de préférence entre 20 mm et 30 mm.As illustrated in Figure 3, the expansion turbine 16 comprises an expansion wheel 20 whose center carries perpendicularly the expansion shaft 17, and a series of radial expansion fins 21. Each expansion fin 21 is fixed to the expansion wheel 20 and to the part of the expansion shaft 17 carried by the expansion wheel 20. In the present example, the expansion wheel 20 has a diameter of between 10 mm and 40 mm, preferably between 15 mm and 35 mm and preferably between 20 mm and 30 mm.
Pour obtenir une température de 1'air en sortie de l'air détendu 18 de -35 ’C, le taux de détente de la turbine de détente 16 doit être compris entre 3 et 5 (selon le rendement isentropique du détendeur 4). Pour obtenir une température de l'air en sortie de l'air détendu 18 de -65 °C, le taux de détente de la turbine de détente 16 doit être compris entre 5 et 8 (selon le rendement isentropique du détendeur 4). L'invention concerne également un outil de traitement par cryothérapie qui comprend le dispositif de refroidissement 1 et un dispositif d'orientation 22 permettant d'orienter l'air détendu froid provenant de la sortie d'air détendu 19 du détendeur 4. Cet outil permet le traitement ciblé d'une zone anatomique précise d'un patient à traiter. Un tel dispositif d'orientation 22 peut être un pistolet d'échappement 22.To obtain a temperature of the air at the outlet of the expanded air 18 of -35 ° C., the expansion ratio of the expansion turbine 16 must be between 3 and 5 (depending on the isentropic efficiency of the expander 4). To obtain a temperature of the air at the outlet of the expanded air 18 of -65 ° C., the expansion ratio of the expansion turbine 16 must be between 5 and 8 (according to the isentropic efficiency of the expander 4). The invention also relates to a cryotherapy treatment tool which comprises the cooling device 1 and an orientation device 22 for directing the cold expanded air coming from the expanded air outlet 19 of the regulator 4. This tool allows targeted treatment of a specific anatomical area of a patient to be treated. Such an orientation device 22 may be an exhaust gun 22.
Selon une particularité de l'invention illustrée à la figure 1, l'arbre de compression 7 et l'arbre de détente 17 sont mécaniquement reliés l'un à l'autre de sorte que la rotation de l'arbre de détente 17 par la détente de l'air dans le détendeur 4 entraîne la rotation de l'arbre de compression 7. De préférence, l'arbre de compression 7 et l'arbre de détente 17 forment un unique arbre de rotation. Dans ce dernier cas, 1/énergie récupérée par la rotation de l'arbre de détente 17 représente environ 40% du travail à fournir pour comprimer l'air. De plus, le volume du dispositif de refroidissement 1 s'en trouve réduit, et la turbine de compression 6 et la turbine de détente 16 tournent à la même vitesse de rotation.According to a feature of the invention illustrated in Figure 1, the compression shaft 7 and the expansion shaft 17 are mechanically connected to each other so that the rotation of the expansion shaft 17 by the expansion of the air in the expander 4 causes the rotation of the compression shaft 7. Preferably, the compression shaft 7 and the expansion shaft 17 form a single rotating shaft. In the latter case, 1 / energy recovered by the rotation of the expansion shaft 17 represents about 40% of the work to provide to compress the air. In addition, the volume of the cooling device 1 is reduced, and the compression turbine 6 and the expansion turbine 16 rotate at the same speed of rotation.
Afin d'avoir une température d'air en sortie du dispositif de refroidissement 1 particulièrement basse {inférieure à -35 °C) , il est nécessaire d'avoir une détente importante (un taux de détente compris entre 3 et 8) et donc une compression tout aussi importante. Or, pour limiter la valeur élevée de la température de l'air en sortie du compresseur 2 {typiquement comprise entre 100 ’C et 140 °C, de préférence entre 110 °C et 120 °C), il faut limiter le taux de compression de la turbine de compression 6 à une valeur comprise entre 1,75 et 2,75 (selon le rendement isentropique du compresseur 2). -Aussi, il est préférable d'utiliser plusieurs compresseurs 2 montés en série, avec, entre chaque compresseur 2, un système de refroidissement 3 permettant de limiter la hausse de la température de l'air comprimé à l'entrée du détendeur 4 dont le taux de détente sera celui requis pour -obtenir la température d'air en sortie du dispositif de refroidissement 1.In order to have an air temperature at the outlet of the cooling device 1 which is particularly low (below -35 ° C.), it is necessary to have a large expansion (a relaxation ratio of between 3 and 8) and therefore a compression just as important. However, to limit the high value of the air temperature at the outlet of the compressor 2 (typically between 100 ° C. and 140 ° C., preferably between 110 ° C. and 120 ° C.), the compression ratio must be limited. the compression turbine 6 has a value between 1.75 and 2.75 (depending on the isentropic efficiency of the compressor 2). -Also, it is preferable to use several compressors 2 connected in series, with, between each compressor 2, a cooling system 3 to limit the rise in the temperature of the compressed air at the inlet of the regulator 4, the rate of expansion will be the one required to obtain the air temperature at the outlet of the cooling device 1.
De préférence, les compresseurs 2 sont similaires et leurs arbres de compression 7 sont mécaniquement reliés entre eux {avantageusement, ils ne forment qu'un seul arbre de rotation qui, de préférence, est également celui de l'arbre de détente 17).Preferably, the compressors 2 are similar and their compression shafts 7 are mechanically connected to one another (advantageously, they form only one rotation shaft which, preferably, is also that of the expansion shaft 17).
De préférence, les rendements isentropiques des compresseurs 2 et du détendeur 4 sont compris entre environ 0,7 et -environ 0,8. Les diamètres des roues de compression 11 et de Ta roue de détente 20 sont inférieurs à 3-5 mm.Preferably, the isentropic efficiencies of the compressors 2 and the expander 4 are between about 0.7 and -about 0.8. The diameters of the compression wheels 11 and the trigger wheel 20 are less than 3-5 mm.
Pour obtenir de l'air à une température inférieure -à -35 °C -avec un débit de 5-0 Nm3/h (17,5 g/s) , il est possible d'utiliser deux compresseurs 2 montés en série ; l'arbre commun aux deux compresseurs 2 et au détendeur 4 a une vitesse de 250 00-0 tour/min ; le premier compresseur 2 a un rendement isentropique de 0,725 et une roue de compression 11 de 25,95 mm ; le second compresseur 2 a un rendement isentropique de 0,65 et une roue de compression 11 de 25,75 mm ; le détendeur 4 a un rendement isentropique de 0,77 et une roue de détente 20 de 20,35 mm ; l'air ambiant entrant dans le premier conçresseur 2 a une température de 27 ’C et une pression de 1 bar ; l'air sortant du premier compresseur 2 a une température de 117,5 ’C et une pression de 2 bars ; l'air entrant dans le second compresseur 2 a une température de 27 ’C (du fait de son. refroidissement par un premier système de refroidissement 3) et une pression de 2 bars ; l'air sortant du second compresseur 2 a une température de 128,8 °C et une pression de 4 bars ; l'air entrant le détendeur 4 a une température de 27 ’C (du fait de son refroidissement par un second système de refroidissement 3) et une pression de 4 bars ; l'air sortant du détendeur 4 a une température de -49 ’C et une pression de 1 bar.To obtain air at a temperature below -35 ° C. with a flow rate of 5-0 Nm3 / h (17.5 g / s), it is possible to use two compressors 2 connected in series; the shaft common to the two compressors 2 and the expander 4 has a speed of 250 00-0 rev / min; the first compressor 2 has an isentropic efficiency of 0.725 and a compression wheel 11 of 25.95 mm; the second compressor 2 has an isentropic efficiency of 0.65 and a compression wheel 11 of 25.75 mm; the expander 4 has an isentropic efficiency of 0.77 and an expansion wheel 20 of 20.35 mm; the ambient air entering the first compressor 2 has a temperature of 27 ° C and a pressure of 1 bar; the air leaving the first compressor 2 has a temperature of 117.5 ° C and a pressure of 2 bar; the air entering the second compressor 2 has a temperature of 27 ° C (due to its cooling by a first cooling system 3) and a pressure of 2 bars; the air leaving the second compressor 2 has a temperature of 128.8 ° C and a pressure of 4 bar; the air entering the expander 4 has a temperature of 27 ° C (due to its cooling by a second cooling system 3) and a pressure of 4 bar; the air leaving regulator 4 has a temperature of -49 ° C. and a pressure of 1 bar.
Pour obtenir de l'air à une température inférieure à -65 ’C avec un débit de 100 Nm3/h (35 g/s), il est possible d'utiliser trois compresseurs 2 montés en série ; l'arbre commun aux trois compresseurs 2 et au détendeur 4 a une vitesse de 200 000 tour/min ; le premier compresseur 2 a un rendement isentropique de 0,79 et une roue de compression 11 de 33,5 mm ; le second compresseur 2 a un rendement isentropique de 0,76 et une roue de compression 11 de 32,3 mm ; le troisième compresseur 2 a un rendement isentropique de 0,7 et une roue de compression 11 de 31,75 mm ; le détendeur 4 a un rendement isentropique de 0,79 et une roue de détente 20 de 29,8 mm ; l'air ambiant entrant dans le premier compresseur 2 a une température de 27 ’C et une pression de 1 bar ; l'air sortant du premier conçresseur 2 a une température de 110,2 ’C et une pression, de 2 bars ; l'air entrant le second compresseur 2 a une température de 27 ’C (du fait de son refroidissement par un premier système de refroidissement 3) et une pression de 2 bars ; 1'air sortant du second compresseur 2 a une température de 113,5 ’C et une pression de 4 bars ·, l'air entrant le troisième compresseur 2 a une température de 27 °C (du fait de son refroidissement par un second système de refroidissement 3) et une pression de 4 bars ; l'air sortant du troisième compresseur 2 a une température de 120,8 °C et une pression de 8 bars ; l'air entrant le détendeur 4 a une température de 27 °C (du fait de son refroidissement par un troisième système de refroidissement 3) et une pression de 8 bars ; l'air sortant du détendeur 4 a une température de -80,2 ’C et une pression de 1 bar.To obtain air at a temperature below -65 ° C with a flow rate of 100 Nm3 / h (35 g / s), it is possible to use three compressors 2 connected in series; the shaft common to the three compressors 2 and the expander 4 has a speed of 200 000 rev / min; the first compressor 2 has an isentropic efficiency of 0.79 and a compression wheel 11 of 33.5 mm; the second compressor 2 has an isentropic efficiency of 0.76 and a compression wheel 11 of 32.3 mm; the third compressor 2 has an isentropic efficiency of 0.7 and a compression wheel 11 of 31.75 mm; the expander 4 has an isentropic efficiency of 0.79 and an expansion wheel 20 of 29.8 mm; the ambient air entering the first compressor 2 has a temperature of 27 ° C and a pressure of 1 bar; the air leaving the first compressor 2 has a temperature of 110.2 ° C and a pressure of 2 bar; the air entering the second compressor 2 has a temperature of 27 ° C (due to its cooling by a first cooling system 3) and a pressure of 2 bar; The air leaving the second compressor 2 has a temperature of 113.5 ° C and a pressure of 4 bar ·, the air entering the third compressor 2 has a temperature of 27 ° C (due to its cooling by a second system cooling 3) and a pressure of 4 bar; the air leaving the third compressor 2 has a temperature of 120.8 ° C and a pressure of 8 bar; the air entering the expander 4 has a temperature of 27 ° C (due to its cooling by a third cooling system 3) and a pressure of 8 bar; the air leaving regulator 4 has a temperature of -80.2 ° C. and a pressure of 1 bar.
Ainsi, l'invention permet de produire facilement, sans utilisation de fluide frigorigène ni de récipient de gaz sous pression, de l'air ayant une température inférieure à -35 °C, voire inférieure â -65 °C. Le dispositif de refroidissement 1 est d'un poids et d'un volume permettant son déplacement (son poids est en général inférieur à 25 kg et son volume est en général inférieur à un cube de 400 mm de côté). Enfin, la mise en froid de l'air est rapide (en général inférieure à 15 minutes) et pendant son utilisation, le bruit est' faible (environ 40 dB) .Thus, the invention makes it easy to produce, without the use of refrigerant or pressurized gas container, air having a temperature below -35 ° C, or even below -65 ° C. The cooling device 1 is of a weight and a volume allowing its displacement (its weight is generally less than 25 kg and its volume is generally less than a cube of 400 mm side). Finally, the cooling of the air is fast (usually less than 15 minutes) and during its use, the noise is' low (about 40 dB).
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