<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
PERF.ECTIOIJ1iJE1v#1\fTS AUX NARINES. REFRIGERANTES POUR LIA3SORPTIOri DE L. AM:M:ONIAQ.UE OU DE TOUTE AUTRE SUBS--- TAN'CE AY.A1ifT LES Mml\#S PROPRIETES.
Cette invention a pour objet des perfectionne- ments aux machines réfrigérantes pour l'absorption de l'ammoniaque ou de toute autre substance ayant les mêmes propriétés.
Il est bien connu que. dans une machine réfri- gérante du type à absorption.. il est possible dtéquili.- brer la pression entre la chaudière. le condenseur; 'le
<Desc/Clms Page number 2>
dispositif d'absorption et le réfrigérant en introdui- sant dans le circuit ou appareil de circulation un gaz inerte sous une pression exactement déterminée.
Ceci est une application de la loi de Dalton qui prouve que l'évaporation et la condensation ont lieu, en présence d'un gaz inerte, à la même température et à la même pression que dans le vide. L'introduction d'un gaz inerte accompagnant l'agent réfrigérant dans le circuit des machines réfrigérantes a été proposée et mise en pratique dans différents cas et avec des succès divers, mais on a trouvé que cette méthode d'application est difficile d'un point de vue prati- que en raison du faible degré d'évaporation qu'il est possible d'obtenir en présence d'un gaz inerte, spé- cialement quand ce dernier est comprimé.
Ce faible degré d'évaporation est dû à la difficulté d'effectuer la diffusion de la vapeur dans le gaz inerte, et il en résulte que si le gaz n'est pas maintenu constamment agité par quelque dispositif mécanique, l'évaporation est si lente qu'elle annule 1 '.effet réfrigérant de l'appareil.
Pour obtenir un appareil de grande efficacité, il est nécessaire de prévoir un moyen pour assurer la circulation rapide du gaz inerte, circulation qui est nécessaire pour seconder l'évaporation de l'ammoniaque liquide'dans les serpentins du réfrigérant. Beaucoup de moyens ont été proposés pour réaliser ce résultat, l'un d'eux étant basé sur la différence de densité du gaz inerte et de la vapeur d'ammoniaque, mais, en outre que ce moyen n'assure qu'une très faible effica-
<Desc/Clms Page number 3>
cité , il rend nécessaire de donner à T'évaporateur une construction qui nuit à l'enlèvement de chaleur de la chambre réfrigérante par les serpentins réfrigérants, ce qui va à l'encontre du résultat visé.
L'invention rend possible de communiquer au gaz inerte une circulation aussi rapide qu*il peut être désirable et d'assurer une évaporation,de l'ammonia- que liquide dans des serpentins réfrigérants des mêmes modèles que ceux employés dans d'autres machines réfri- gérantes.
Dans l'appareil suivant l'invention, la circu- lation du gaz inerte est forcée, et ceci est effectué en fermant le circuit avec un tuyau de diamètre conve- nable formant un siphon inversé dont le tuyau montant est chauffé par la chaudière et dont le tuyau descendant est refroidi par le condenseur. En proportionnant con- venablement la hauteur et le diamètre de ces tuyaux, on obtient une différence de pression qui constitue le moyen assurant la circulation.. L'appareil doit être établi de façon à permettre la circulation de la li- queur ammoniacale et de 1* ammoniaque liquide par la différence de leurs poids spécifiques et de leurs ni- veaux, la circulation de la liqueur ammoniacale pouvant être accélérée par l'ébullition dans la chaudière.
La circulation forcée du gaz inerte, qui favorise l'évaporation de l'ammoniaque, a lieu, dans l'appareil suivant l'invention, aux dépens d'une partie de la chaleur de la vapeur ammoniacale acquise dans @ la chaudière. Il est évident que le fait que le gaz circule au contact de l'ammoniaque liquide à basse tem- pérature diminue la température de ce gaz, et que l'ac-
<Desc/Clms Page number 4>
tion réfrigérante de l'appareil est ainsi diminuée dans une certaine mesure. Toutefois, cette diminution de @ l'efficacité est négligeable, spécialement dans les petits appareils où la simplicité de la construction est beaucoup plus importante que le maximum de rende- ment industriel.
Le rendement de l'appareil est encore considérablement supérieur à celui de tout type d'appa- reil réfrigérant basé sur une action intermittente.
Des machines suivant l'invention peuvent être établies sous diverses formes, avec ou sans récupérateur de chaleur.
Pour mieux faire comprendre l'invention et faciliter sa mise en pratique, on la décrira ci-après en se référant au dessin annexé montrant deux types d'appareils.
Fig. 1 est une représentation schématique de l'appareil le plus simple établi suivant l'invention;
Fig. 2 est un appareil du même type général, mais établi pour une récupération de chaleur.
Dans la fig.1, A est la chaudière, dans laquelle la solution d'ammoniaque engendre de la vapeur d'ammo- niaque lorsqu'elle est chauffée de 90 à 122 C. La vapeur d'ammoniaque s'élève à la partie supérieure de la chaudière, déplaçant dans ce mouvement le gaz inerte comprimé dont est rempli l'appareil entier, et cette vapeur passe au serpentin Ç du condenseur H où elle se condense et, par le siphon K, pénètre dans le serpentine de l'évaporateur
Le gaz inerte comprimé passe presque entiè- rement dans le circuit fermé constitué par le serpentin
S, le dispositif d'absorption. 33 et le tuyau de communi-
<Desc/Clms Page number 5>
cation T, et un équilibre de pression est ainsi établi entre le dit circuit, la chaudière et le condenseur.
Ce résultat est obtenu par le calcul exact de la pression initiale à laquelle le gaz inerte est comprimé.
On peut faire usage de tout gaz n'ayant pas d'effet chimique sur 1* ammoniaque, comme par exemple l'air- atmosphérique ,l'azote, l'hydrogène, etc..
Le tuyau de communication T comporte une sec- tion verticale traversant la partie supérieure de la chaudière A, section dans laquelle le gaz est porté à une température élevée par la vapeur d'ammoniaque qui est en- gendrée dans chaudière à haute température .Le tuyau
T traverse alors verticalement de haut en bas le conden- seur, dans lequel le gaz est-refroidi par l'action de l'eau condensante. La. différence de température des deux colonnes de gaz, montantes et descendantes, assure le mouvement actif du gaz dans le sens des flèches. L'appa- reil de circulation est complété par le serpentin S et le dispositif d'absorption B.
Au point de sa pénétration dans le serpentin S, ce gaz animé d'un mouvement rapide entre en contact avec l'ammoniaque liquide sortant du condenseur, favorise l'é- vaporation de l'ammoniaque liquide et entraine le gaz d'ammoniaque vers le dispositif d'absorption B, où il est absorbé par la solution faible présente en cet endroit.
En construisant l'appareil avec des proportions convenables pour la chaudière, le condenseur et les bran- ches montante et descendante de l'appareil de circulation, c'est-à-dire en proportionnant convenablement les sur- faces de chauffage et de refroidissement il est possible d'obtenir une circulation aussi rapide que cela est
<Desc/Clms Page number 6>
nécessaire pour le fonctionnement efficace de l'appareil.
Il est évident que le tuyau T peut recevoir la forme d'un serpentin ou être remplacé par tout type d'appa- reil de chauffage multi-tubulaire, suivant qu'il peut être nécessaire pour constituer les surfaces de chauffe nécessaires* Le gaz inerte que renferme l'appareil de circu- lation se mélange intimement avec la vapeur d'ammoniaque que renferme le serpentin S mais abandonne cette vapeur en entrant en contact avec la solution faible que renfer- me le dispositif d'absorption B.
La vitesse de circula- tion est calculée pour donner un pourcentage' de satura- tion défini du gaz au point où il atteint le dispositif d'absorption et pour assurer l'évaporation désirée dans le serpentin S, qui doit être construit de façon à donner une chute continue dans la direction du disposi- tif d'absorption afin d'éviter toute accumulation d'eau susceptible d'être entraînée par la vapeur d'ammoniaque et de faciliter la circulation du gaz.
La circulation de la solution d'ammonaque entre la chaudière A, et le dispositif d'absorption B par le tuyau D relié à la partie inférieure de la chaudière est due à l'action thermo-siphonique.
Comme la solution d'ammoniaque riche que renferme le dispositif d'absorption B est refroidie par l'eau pé- nétrant par la tubulure L, traversant l'enveloppe et passant par les tuyaux M et ! au condenseur d'où elle sort par la tubulure O, la température de la solution que renferme le tuyau est d'environ 20 C., tandis que celle de la solution que renferme la chaudière A est d'environ 100 C.
La différence de densité de la
<Desc/Clms Page number 7>
solution à ces deux températures est approximativement 4%,tandis que la différence de densité de la solution riche et de la solution faible est approximativement de sorte que la différence nette de densité dont on dispose pour faire circuler le liquide est approxima- tivement 2%, et ceci assure la circulation dans le sens des flèches. La vitesse de circulation est réglée par le diamètre donné au tuyau .
L'appareil représenté fig.2 contient un dispo- sitif récupérateur de chaleur.qui transfère la chaleur de la solution faible allant de la chaudière au dispositif d'absorption à la solution riche allant du dispositif d'absorption à la chaudière. Cette figure montre aussi une autre construction de l'appareil de chauffage T, le fonctionnement de l'appareil n'étant d'ailleurs pas modifié. En outre, le condenseur est, dans ce cas, du type à contre-courant comportant des récipients concentriques.
La vapeur d'ammoniaque chaude sortant de la chaudière A traverse la chambre F qui entoure le tuyau de chauffage T et chauffe le gaz que renferme ce tuyau.
Elle passe alors à la chambre externe C du condenseur où elle est refroidie par l'eau traversant la chambre médiane du condenseur, cette eau, refroidissant en même temps le gaz que renferme la chambre centrale du con- denseur
Le fonctionnement de l'appareil est le même que celui de la fig.l, et les seules modifications de construction représentées fig.2 par rapport à la construction de la fig.lt résident dans l'addition du
<Desc/Clms Page number 8>
récupérateur de chaleur G et dans la disposition du condenseur.
La différence de densité qui est occasionnée par l'action du récupérateur de chaleur G, dans lequel la température de la solution faible du tuyau I est plus grande que celle de la solution riche du tuyau D, est si faible qu'elle n'a pas d'effet sur la circulation thermo- siphonique
La construction de l'appareil peut être conforme à tout modèle commode, les fig.
1 et 2 étant seulement schématiques, et les chambres concentriques du condenseur représentées dans ces figures peuvent être remplacées par des serpentins tubulaires ou des radiateurs multi-tubu- laires. Le dispositif d'absorption, représenté sous forme d'un récipient horizontal, peut être remplacé par un ser- pentin tubulaire horizontal, la moitié inférieure étant remplie de solution d'ammoniaque et l'espace formé par la moitié supérieure étant rempli du gaz inerte contenant le gaz ammoniac entraîné en circulation. La circulation des deux éléments (solution et gaz) peut avoir lieu dans le même sens ou dans des sens opposés.
Le chauffage de la colonne ascendante de gaz peut être réalisé, dans le cas de grands appareils, de toute manière efficace, quand Sa chaleur contenue dans le gaz ammoniac n'est pas suffisante pour le but visé.
Il existe une certaine perte de rendement dans le serpentin réfrigérant S, étant donné que le gaz pénètre à une température un peu plus élevée que celle de l'eau de condensation et sort à la température d'évaporation de l'ammoniaque, d'où. il s'ensuit que, pour un effet réfrigé- rant donné, il doit y avoir une évaporation plus grande
<Desc/Clms Page number 9>
d'ammoniaque dans le serpentin S, et une production plus grande de vapeur d'ammoniaque dans la chaudière A, que les quantités théoriquement requises. Il est possible de réduire cette perte au minimum en intercalant un échangeur de chaleur entre la sortie du serpentin réfrigérant S et l'entrée du dispositif d'absorption B.
De cette manière, les gaz inertes que contient le tuyau T transfèrent leur température plus élevée à la vapeur d'ammoniaque pénétrant dans le dispositif d'ab- sorption et leur température est ainsi ramenée à celle de l'ammoniaque que renferme le serpentin 2. Le chauffage en ce point, du gaz circulant augmente l'efficacité de l'appareil parce qu'il diminue la perte due à la présence inévitable de vapeur d'eau dans le condenseur et les serpentins réfrigérants. Avec cet échangeur de chaleur additionnel, l'efficacité de l'appareil est égale à celle des appareils réfrigérants à absorption les plus efficaces*
Au lieu de travailler avec de l'ammoniaque et del'eau, l'appareil peut travailler avec d'autres substances de mêmes propriétés.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
PERF.ECTIOIJ1iJE1v # 1 \ fTS TO THE NARROWS. REFRIGERANTS FOR LIA3SORPTIOri DE L. AM: M: ONIAQ.UE OR ANY OTHER SUB --- TAN'CE AY.A1ifT THE Mml \ #S PROPERTIES.
This invention relates to improvements in refrigerating machines for the absorption of ammonia or any other substance having the same properties.
It is well known that. in an absorption type refrigerating machine .. it is possible to balance the pressure between the boiler. the condenser; 'the
<Desc / Clms Page number 2>
absorption device and the refrigerant by introducing an inert gas into the circuit or circulation device under an exactly determined pressure.
This is an application of Dalton's law which proves that evaporation and condensation take place, in the presence of an inert gas, at the same temperature and pressure as in a vacuum. The introduction of an inert gas accompanying the refrigerant in the circuit of refrigerating machines has been proposed and practiced in different cases and with varying success, but it has been found that this method of application is difficult of a from a practical point of view due to the low degree of evaporation which can be achieved in the presence of an inert gas, especially when the latter is compressed.
This low degree of evaporation is due to the difficulty of effecting the diffusion of vapor in the inert gas, and it follows that if the gas is not kept constantly stirred by some mechanical device, the evaporation is so slow. that it cancels the refrigerant effect of the apparatus.
To obtain an apparatus of great efficiency, it is necessary to provide a means for ensuring the rapid circulation of the inert gas, which circulation is necessary to assist the evaporation of the liquid ammonia in the refrigerant coils. Many means have been proposed to achieve this result, one of them being based on the difference in density of the inert gas and of the ammonia vapor, but, moreover, that this means ensures only a very low effica-
<Desc / Clms Page number 3>
cited, it makes it necessary to give the evaporator a construction which interferes with the removal of heat from the cooling chamber by the cooling coils, which defeats the intended result.
The invention makes it possible to impart as rapid a circulation to the inert gas as may be desirable and to provide for evaporation of the liquid ammonia in cooling coils of the same designs as those employed in other refrigerated machines. - managers.
In the apparatus according to the invention, the circulation of the inert gas is forced, and this is carried out by closing the circuit with a pipe of suitable diameter forming an inverted siphon, the rising pipe of which is heated by the boiler and of which the down pipe is cooled by the condenser. By appropriately proportioning the height and diameter of these pipes, a pressure difference is obtained which constitutes the means ensuring the circulation. The apparatus must be set up in such a way as to allow the circulation of the ammoniacal liquor and of 1 * liquid ammonia due to the difference in their specific weights and their levels, the circulation of the ammoniacal liquor being able to be accelerated by the boiling in the boiler.
The forced circulation of the inert gas, which promotes the evaporation of ammonia, takes place, in the apparatus according to the invention, at the expense of part of the heat of the ammoniacal vapor acquired in the boiler. It is evident that the fact that the gas circulates in contact with liquid ammonia at low temperature decreases the temperature of this gas, and that the ac-
<Desc / Clms Page number 4>
The cooling rate of the appliance is thus reduced to a certain extent. However, this decrease in efficiency is negligible, especially in small appliances where simplicity of construction is much more important than maximum industrial efficiency.
The efficiency of the apparatus is still considerably higher than that of any type of refrigerating apparatus based on intermittent action.
Machines according to the invention can be established in various forms, with or without a heat recovery unit.
In order to better understand the invention and to facilitate its practice, it will be described below with reference to the appended drawing showing two types of apparatus.
Fig. 1 is a schematic representation of the simplest apparatus established according to the invention;
Fig. 2 is a device of the same general type, but established for heat recovery.
In fig. 1, A is the boiler, in which the ammonia solution generates ammonia vapor when heated from 90 to 122 C. The ammonia vapor rises at the top of the boiler, moving in this movement the compressed inert gas with which the whole apparatus is filled, and this vapor passes to the coil Ç of the condenser H where it condenses and, through the siphon K, enters the serpentine of the evaporator
The compressed inert gas passes almost entirely through the closed circuit formed by the coil.
S, the absorption device. 33 and the communication pipe
<Desc / Clms Page number 5>
cation T, and a pressure equilibrium is thus established between said circuit, the boiler and the condenser.
This result is obtained by the exact calculation of the initial pressure at which the inert gas is compressed.
Use can be made of any gas which has no chemical effect on ammonia, such as, for example, atmospheric air, nitrogen, hydrogen, etc.
The communication pipe T has a vertical section passing through the upper part of the boiler A, a section in which the gas is brought to a high temperature by the ammonia vapor which is generated in the high temperature boiler.
T then crosses vertically from top to bottom the condenser, in which the gas is cooled by the action of the condensing water. The temperature difference of the two gas columns, rising and falling, ensures the active movement of the gas in the direction of the arrows. The circulation device is completed by the coil S and the absorption device B.
At the point of its penetration into the coil S, this gas driven by a rapid movement comes into contact with the liquid ammonia leaving the condenser, promotes the evaporation of the liquid ammonia and carries the ammonia gas towards the absorption device B, where it is absorbed by the weak solution present there.
By constructing the apparatus with suitable proportions for the boiler, the condenser and the ascending and descending branches of the circulation apparatus, that is to say by suitably proportioning the heating and cooling surfaces it is possible to get traffic as fast as it is
<Desc / Clms Page number 6>
necessary for the efficient operation of the device.
It is obvious that the pipe T can take the shape of a coil or be replaced by any type of multi-tubular heating appliance, depending on whether it may be necessary to constitute the necessary heating surfaces * Inert gas contained in the circulating apparatus mixes intimately with the ammonia vapor contained in coil S but releases this vapor upon coming into contact with the weak solution contained in absorption device B.
The speed of circulation is calculated to give a defined percentage of saturation of the gas at the point where it reaches the absorber and to ensure the desired evaporation in the coil S, which must be so constructed as to give a continuous fall in the direction of the absorption device in order to avoid any accumulation of water liable to be entrained by the ammonia vapor and to facilitate the circulation of the gas.
The circulation of the ammonia solution between the boiler A, and the absorption device B through the pipe D connected to the lower part of the boiler is due to the thermosiphonic action.
Since the rich ammonia solution contained in the absorption device B is cooled by the water entering through the tube L, passing through the casing and passing through the pipes M and! at the condenser from which it leaves through the tube O, the temperature of the solution contained in the pipe is approximately 20 C., while that of the solution contained in boiler A is approximately 100 C.
The difference in density of
<Desc / Clms Page number 7>
solution at these two temperatures is approximately 4%, while the difference in density of the rich solution and of the weak solution is approximately so that the net difference in density available to circulate the liquid is approximately 2%, and this ensures circulation in the direction of the arrows. The circulation speed is regulated by the diameter given to the pipe.
The apparatus shown in fig.2 contains a heat recovery device which transfers heat from the weak solution going from the boiler to the absorption device to the rich solution going from the absorption device to the boiler. This figure also shows another construction of the heating apparatus T, the operation of the apparatus not being moreover not modified. In addition, the condenser is, in this case, of the countercurrent type comprising concentric vessels.
The hot ammonia vapor exiting the boiler A passes through the chamber F which surrounds the heating pipe T and heats the gas contained in this pipe.
It then passes to the external chamber C of the condenser where it is cooled by the water passing through the middle chamber of the condenser, this water, at the same time cooling the gas contained in the central chamber of the condenser.
The operation of the apparatus is the same as that of fig.l, and the only construction modifications shown in fig. 2 compared to the construction of fig.lt lie in the addition of the
<Desc / Clms Page number 8>
heat recovery unit G and in the arrangement of the condenser.
The difference in density which is caused by the action of the heat recuperator G, in which the temperature of the weak solution of pipe I is greater than that of the rich solution of pipe D, is so small that it has no effect on thermosiphonic circulation
The construction of the apparatus may conform to any convenient model, Figs.
1 and 2 being only schematic, and the concentric chambers of the condenser shown in these figures can be replaced by tubular coils or multi-tubular radiators. The absorption device, shown as a horizontal container, can be replaced by a horizontal tubular coil, the lower half being filled with ammonia solution and the space formed by the upper half filled with inert gas. containing the entrained ammonia gas in circulation. The circulation of the two elements (solution and gas) can take place in the same direction or in opposite directions.
The heating of the ascending gas column can be achieved, in the case of large devices, in any efficient manner, when its heat contained in the ammonia gas is not sufficient for the intended purpose.
There is a certain loss of efficiency in the refrigerant coil S, since the gas enters at a temperature a little higher than that of the condensation water and leaves at the evaporation temperature of the ammonia, hence . it follows that for a given cooling effect there must be greater evaporation
<Desc / Clms Page number 9>
of ammonia in coil S, and a greater production of ammonia vapor in boiler A, than the quantities theoretically required. This loss can be reduced to a minimum by inserting a heat exchanger between the outlet of the refrigerant coil S and the inlet of the absorption device B.
In this way, the inert gases contained in pipe T transfer their higher temperature to the ammonia vapor entering the absorption device and their temperature is thus brought back to that of the ammonia contained in coil 2. Heating the circulating gas at this point increases the efficiency of the appliance because it decreases the loss due to the inevitable presence of water vapor in the condenser and the cooling coils. With this additional heat exchanger, the efficiency of the unit is equal to that of the most efficient absorption refrigeration units *
Instead of working with ammonia and water, the device can work with other substances with the same properties.