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"PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES REFRIGERANTS"..
La présente invention concerne un système réfri- gérant ou échangeur de chaleur qui utilise un agent de propulsion vaporisé: pour entrainer de la vapeur provenant d'un réfrigérant liquide contenu dans un récipient réfri- gérante le liquide propulseur et le liquide réfrigérant ayant des propriétés physiques différentes et le système comportant un circuit réfrigérant et un circuit propulseur ayant une partie commune dans laquelle le propulseur en- traîne la vapeur du réfrigérants et comportant aussi des moyens pour effectuer la nouvelle circulation séparée des
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fluides. au. sortir de la partie commune des circuits.
La fig. 1 des dessins est une élévation de côté d'un système de ce genre.
Les figs. 2, 3 et 4 sont des coupes de syphons.
La fig.5 est une coupe par la ligne 5-5 de la fig.
Les figs. 6 et 7 sont des coupes longitudinales des ensembles aspirateurs pour le premier et le deuxième étages d'aspiration: respectivement..
La fig.8 est une vue schématique d'un système comportant. des moyens- automatiques pour purger le système des gaz nuisibles, ne se condensant pas, et
La fig, 9 est une coupe verticale d'un mode de réalisation d'un réfrigérant.
Les dessins annexés, et plus particulièrement la fig. 1, montrent un système combiné réfrigérant et réchauf- /monté feur d'eau comportai un. réfrigérant qui peut etre /dans @ un réfrigérant domeatique ou-dans tout autre endroit d'ou il faut extraire dela chaleur, Un réfrigérant volatil ayant de préférence un faible poids moléculaire et un point d'ébullition peu élevé comparé à celui du liquide propul- seur, est contenu, dans le récipient réfrigérant.
Un conduit 2 relie le réfrigérant à une chambre de mélange 3 dans laquelle l'adage d'aspirateur 4 est agencé de façon à émettre un fluide propulseur ayant de préférence une den- sité plus élevée, un poids: moléculaire plus élevé et un point d'ébullition plus élevé que le fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant peut être de l'eau par exemple ou une solution de matière caustique dans l'eau de façon que le fluide réfrigérant soit différent à l'état liquide et à l'état de vapeur, tandis que le mercure est le propulseur préféré.
La vapeur de propulsion reçoit son énergie d'un vaporiseur 5 qui peut être chauffé par tout moyen approprié vaporiseur qui peut enre @
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tel que le brûleur à gaz 6, Le carneau 9 sert d'orifice de sortie pour la chambre de combustion 7 qui se trouve dans la chaudière.. Un tuyau d'échappement vertical 10 est monté en dehors du carneau 9 et conduit de la vapeur de propulsion provenant de la chaudière à ses branchements 11 qui comportent les parties extensibles et contractiles 8 et qui sont reliées respectivement aux ajutages d'aspira- teur 4 et 33 inclinés vers le bas.
L'ajutage d' aspirateur 4 peut avoir une forme évasée pour permettre à la vapeur de propulsion de passer de la chambre à haute pression 12 à une chambre de mélange 3 et pour permettre à sa pression de se transformer en éner- gie cinétique, le propulseur atteignant ainsi une grande vitesse. Si on le désire un drain approprié 16 peut relier le fond de la chambre de mélange au syphon à liquide 17, fig. 3, qui. est agencé de façon à recevoir le fluide de propulsion condensé et à en contenir une colonne de liquide destinée à équilibrer la pression de la chaudière.
Le tuyau'de condenseur 43, fig. 6 se trouve dans le prolongement de l'axe de l'ajutage 4; à cet endroit la vapeur de propulsion cède son énergie au liquide réfrigé- rant et elle se condense en concomitance. Le conduit 43 peut servir de condenseur pourrie fluide propulseur, étant entourépar une chemise réfrigérante appropriée 67 qui peut être reliée au réservoir d'eau 19 par les tuyaux d'arrivée et d'écoulement 22 et 21 respectivement. Le tuyau 43 comporte un prolongement 14 à la partie inférieure duquel est monté un drain approprié 35 destiné à conduire du liquide propulseur au syphon 17, le liquide contenu dans ce tuyau constituant également une colonne servant à équilibrer la pression de la chaudière.
Le tuyau. 14 est recourbé de préférence vers le haut et il se continue par une partie verticale 21 qui est recourbée à son tour de
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façon à former une partie inclinée 27 qui, par l'intermé- diaire du prolongement inférieur 28, est agencée de façon à émettre de la vapeur réfrigérante dans la chambre de mélange 3 du deuxième étage. Le tuyau 14 est muni de préférence d'organes réfrigérants appropriés tels que des plaques 29.
En raison de la différence entre les points d'ébullition du fluide réfrigérant et du fluide propulseur, la presque totalité du fluide propulseur passe à travers l'aspirateur ± se condense dans le conduit 43 et une très petite quantité de fluide propulseur est entraînée vers le haut à travers les parties de tuyaux 26 et 27. où il se produit une nouvelle condensation du fluide propulseur. La température du fluide réfrigérant dans cette partie du système étant bien supérieure au point de condensation de ce fluide à la pression existante et ce fluide ayant été quelque peu comprimé par le premier étage d'aspiration, il est refroidi mais non condensé lorsqu'il pass, l'ajutage d'aspirateur du deuxième étage. En conséquence cet ajutage a un plus petit volume de vapeur réfrigérante à aspirer.
Le deuxième aspirateur µ±reçoit de la vapeur de propulsion provenant de l'un des tuyaux 13. et refoule le fluide à travers le tuyau de compression 13. la condensation du fluide propulseur ayant lieu dans ce tuyau de la même fa- çon générale que celle qui est décrite relativement au tuyau 43; chacun des tuyaux d'aspiration et de compression a de préférence une forme et des dimensions telles qu'il en résulte le meilleur rendement de pompage suivant l'état de la vapeur dans les étages respectifs. L'ensemble du second étage peut comporter des tuyaux 16' et 35' et une chemise réfrigérante 67 avec les tuyaux de communication avec le réservoir d'eau 19, de la même façon générale que cela est décrit ci-dessus.
Le tuyau 13 comporte un prolongement vertical 47
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permettant à la vapeur du fluide réfrigérant de passer à travers la chambre de séparation 46 d'où la vapeur passe dans le condenseur 49, Le condenseur est constitué de pré-
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férence par un tuyau.unique présentant une inclinaison .gé- nérale vers le bas et muni d'ailettes de rayonnement 51. -La chambre de séparation 46 comporte un orifice d'échappement
71 qui se termine dans le syphon 52 (fig. 4) relié au réfri- gérant 1 par le tuyau 53.
Le syphon 52 peut comporter une partie 54 inclinée vers le haut, l'extrémité du tuyau 71 plongeant dans la partie inférieure de cette partie inclinée. Ce syphon peut contenir un liquide approprié quelconque tel que le liquide de propulsion et il est agencé de façon à permettre à des différences de pression de s'établir dans le condenseur et dans le réfrigérant. Lorsqu'une quantité appropriée de liqui- de réfrigérant condensé s'est accumulée dans le tube 71, le liquide contenu dans l'autre branche du syphon est refoulé 'au- dehors de façon à laisser- passer une partie du liquide réfrigérant à l'extrémité du tube 71 et, à cause de sa plus grande légèreté, le réfrigérant montera jusqu'au sommet du liquide dans le tube opposé et passera ainsi dans le ré- frigérant 1.
Des moyens appropriés permettent de drainer tout liquide propulseur qui a pu être entraîné dans le condenseur et le réfrigérant, ces moyens comportant un tuyau 60 relié au tuyau 35 et agencé de façon à retenir une colonne de liquide d'une façon analogue. Le tuyau 60 comporte un syphon 61 qui peut contenir. de préférence du mercure pour réaliser uri scellement hydraulique efficace, fig. 2. Ce syphon a deux communications 63.64 avec le réfrigérant, la dernière montant et pénétrant dans le réfrigérant de façon à permettre l'écoulement, vers le haut, du liquide réfrigérant qui a pu être entraîné dans le syphon par le
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liquidepropulseur plus lourd. Le tuyau 35 peut pénétrer de préférence dans la partie intermédiaire d'une branche du syphon 17 inclinée vers le haut, fig. 4.
Cette branche se termine par le tuyau 16 et elle est agencée de façon à permettre le mouvement vertical de tout liquide réfrigé- rant qui aurait pu être entraîné dans le mercure plus lourd.
Une chemise d'eau appropriée 70 est montée autour du carneau d'échappement 9 au-dessus du tuyau 10 et elle est logée dans un tuyau de communication monté entre les chemises à eau 67 et le réservoir d'eau 19. Le réservoir d'eau 19 est agencé de préférence de faon à fournir de l'eau chaude pour les besoins du ménage ou d'autres usages et il comporte une entrée d'eau froide 77 reliée à toute source appropriée d'eau et comportant une sortie 72 reliée à des robinets ou à d'autres orifices de sortie soit di- rectement soit par l'intermédiaire d'un dispositif auxiliai- re de chauffage à eau chaude.
Pour empêcher tout échauf- fement exagéré de l'eau- dans le réservoir 19. l'appareil peut comporter un draina muni d'une vanne ?4 commandée par un thermostat et permettant à l'eau chaude de sortir lorsque la température de l'eau contenue dans le réservoir s'élève au-dessus d'un point déterminé d'avance.
Dans le fonctionnement d'un système de ce genre, le liquide réfrigérant contenu dans le réservoir 1 est évaporé par l'action de l'aspirateur du premier étage, ce qui produit la compression de la vapeur dans le tuyau 43, le fluide propulseur étant condensé hors de la vapeur réfrigérante et celle-ci étant refroidie dans le tuyau 14 lorsqu'elle passe à l'aspirateur du deuxième étage, ce qui fait qu'elle est comprimée davantage et refoulée dans le condenseur 49 où la condensation se produit à une tempéra- ture inférieure à celle à laquelle la vapeur de propulsion est condensée. Le fluide réfrigérant retourne alors sous la
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forme liquide à travers le syphon 52 au récipient réfrigé- rant et complète ainsi le cycle,.
Dans l'intervalle le fluide propulseur condensé retourne à la chaudière à tra- vers les drains 16, 35 et 60 et il est vaporisé de nouveau.
Il est bien entendu que les gaz fixes ou ne se condensant pas sont extraits du système dès le début, de sorte que des colonnes de fluide propulseur de hauteur modérée peu- vent équilibrer la pression régnant dans l'évaporateur 5.
On a constaté que pour des rapports de pression relative- ment grands entre la vapeur du réfrigérant 1 et le con- denseur 14, tels qu'ils existent par les temps chauds lors- que le condenseur 14 est refroidi par de l'air, cette uti- lisation d'une aspiration à plusieurs étages permet une utilisation plus efficace de l'énergie de la vapeur de pro- pulsions c'est-à-dire par la condensation d'à peu près toute la vapeur de propulsion à partir de l'ajutage du pre- mier étage avant qu'elle n'atteigne la chambre de mélange du deuxième étage, et par le refroidissement de la vapeur de propulsion entre les étages.
L'eau circule par thermo-syphon entre les che- mises 67 et le réservoir 19 l'eau froide provenant du fond du réservoir étant chauffée par la condensation du fluide propulseur chaud dans les tuyaux 43 et 13 et sa température étant augmentée en outre dans la chemise 70, de façon que sensiblement toute la chaleur cédée normalement dans la condensation du fluide propulseur et une partie considérable de la chaleur normalement perdue dans le gaz des carneaux soit conservée pour chauffer l'eau;
Il est évident que si on le désire des moyens de chauffage auxi- liaires peuvent être utilisés pour le réservoir 19, con- jointement avec la chaleur reçue du fluide propulseur. un système de ce genre est construit de façon à assurer son propre réglage sans qu'on utilise de thermostat
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ou de "barostat", de façon: que l'élément de chauffage puis- se continuer à fonctionner et que l'eau contenue dans le réservoir 19 puisse continuer à être chauffée bien qu'au- cun effet réfrigérant ne soit appliqué au récipient réfri- gérant 1.
Un pareil résultat peut être obtenu dans des conditions particulièrement avantageuses lorsque le réfri- gérant utilisé est constitué par une solution caustique ou autre solution aqueuse de façon que le liquide réfrigérant contenu dans le réservoir réfrigérant 1 ait un point de congélation inférieur au point de congélation de l'eau, tandis que le réfrigérant vaporisé retournant à travers le syphon 52 est constitué sensiblement par de l'eau pure. lorsque la température du réfrigérant 1 tombe de façon appréciable au-dessous du point de congélation du réfri- gérant qui retourne, ce dernier se congèle dans le tuyau 53.
Ceci a pour effet que le tuyau.1!. se remplit de réfrigérant condensé qui passe le cas échéant dans le tuyau 47 et empê- che toute aspiration de vapeur de réfrigérant hors du récipient réfrigérant 1. En conséquence, lorsque la tempé- rature du récipient réfrigérant tombe jusque un minimum, qu'on peut déterminer d'avanceau moyen d'une solution de réfrigérant appropriée, l'évaporation du réfrigérant est interrompue et le système cess-e de fonctionner en tant que système réfrigérant, bien que le chauffage de l'eau dans le réservoir 19 et le fonctionnement du brûleur 6 puissent continuer.
11 est évident qu'un système de ce genre peut comporter aussi un ensemble d'aspirateur à un seul étage.
La fig. 8 montre un dispositif de ce genre et représente également des moyens pour l'élimination de gaz ne se con- densant pas pouvant pénétrer à l'intérieur du système à partir de ses parois ou à travers celles-ci, en plus de toute possibilité de petites fuites à travers les joints
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ou connexions entre les différentes parties du système, ce qui a pour effet d'élever de façon indue la pression ré- gnant à l'intérieur du système. Ceci est particulièrement nuisible lorsque la pression interne est basse, de l'ordre d'une atmosphère ou moins. Le système représenté par la fig. 8 comporte une chaudière 5 munie d'un appareil de chauffage tel qu'une résistance électrique 106 et présen- tant un tuyau de sortie vertical 110 relié à l'ajutage 104 de l'aspirateur.
Cet ajutage est destiné à émettre de la vapeur de propulsion dans la chambre de mélange 103, qui reçoit de la vapeur du liquide réfrigérant venant du ré- cipient réfrigérant 1 et passant à travers le tuyau 2. Le condenseur de fluide propulseur 143 représenté comporte des ailettes de rayonnement 144 et un prolongement vertical 145 qui conduit de la vapeur de fluide réfrigérant au condenseur 149. tandis que le réfrigérant condensé retourne au récipient 1 à travers la chambre de séparation 146 et le tuyau. 153.
Un tuyau à fluide 116 est relié à l'extrémité supérieure du condenseur et reçoit des gaz non condensables qui sont pompés vers le haut- avec la vapeur de fluide ré- frigérant. Le drain 109 est agencé de façon à recevoir le fluide propulseur condensé provenant de l'extrémité in- férieure du tuyau 143 et du conduit 145 et il comporte un syphon en U 129 dont un prolongement constitue une branche 120 recourbée vers le haut et en forme d'U renversé, comme le montre le dessin. La Partie.12-0 du tube est de grosseur capillaire et le tuyau 116 se réunit à la partie supérieure de cette partie de tuyau, cejoint étant désigné par a.
Le tube capillaire descend à partir de ce pointjusqu'au tube 121 en forme. d'U dont la branche la plus courte comporte un récipient 131 dans lequel le tube capillaire peutévacuer un fluide. Ce récipient contient un liquide dont la surface
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supérieure se trouve au-dessus de l'orifice de sortie du tube capillaire et est exposée à 1'atmosphère, ou bien, si on le désire, le récipient 131 peut déboucher dans une chambre close de grandeur suffisante de façon à ne pas être rempli de gaz trop tôt. L'autre branche du tube 121 compor- te un tuyau vertical 122 qui constitue pour le récipient
131 un orifice de sortie du fluide propulseur et contient une colonne 123 de fluide propulseur.
L'extrémité supérieure de ce tube se termine en par une communication avec un tuyau 134 incliné vers le bas et se réunissant avec un tuyau sensiblement vertical 135 pouvant contenir une colonne de fluide propulseur désignée par le numéro 136 et servant à équilibrer la pression de la vapeur dans la chaudière 5.
La partie inférieure du tuyau 136 est en forme de syphon 137 à travers lequel le fluide propulseur peut retourner à la chaudière. Une dérivation appropriée 139 peut relier la partie du tuyau 109 qui se réunit avec le tuyau 143 au, tuyau 136. de façon que le fluide propulseur puisse être dérivé si le tube capillaire venait à être engorgé acciden- tellement.
Dans le fonctionnement de ce système, le liquide propulseur est vaporisé dans la chaudière 5 et il passe à travers le tuyau 110 dans l'ajutage d'aspirateur 104, entraînant ensuite du réfrigérant hors du récipient 1. Le mélange de vapeurs passe dans le tuyau 143, où.la presque totalité du fluide propulseur est condensée, tandis que le fluide réfrigérant monte dans le condenseur 149 où il se condense et d'où il retourne sous forme de liquide au récipient 1. Le fluide propulseur condensédescend dans le drain 109 et dans le syphon en forme d'U 129. Le tuyau 116 recueille normalement le gaz non condensable pouvant s'ac- cumuler dans le système, ce gaz n'étant pas condensé dans le condenseur 149 et étant amené à l'extrémité du système.
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S'il n'y a pas de gaz non condensable dans le système, le tuyau 116 ne sera pas sensiblement rempli par autre chose que de la vapeur de fluide réfrigérant. Lorsque le liquide propulseur s'accumule dans la branche du syphon 129, il force le fluide propulseur contenu dans l'autre branche du syphon à s'écouler à travers la partie capillaire 120 au-delà.
du point a où le fluide est entraîné hors du tuyau
116,9 le mélange de fluides descendant dans le récipient 131 où le gaz ou fluide le plus léger est envoyé dans l'atmos- phère, tandis que le fluide propulseur plus lourd monte à travers la colonne 123 et retourne à la chaudière à travers les tuyaux 134 et 135 car il est évident que le poids du liquide contenu dans le récipient 131 augmenté de la pres- sion atmosphérique équilibre le poids du liquide dans la colonne 123 plus la pression qui règne au-dessus.
Il est en outre évident que le poids du liquide contenu dans le tube capillaire équilibre sensiblement le poids du liquide contenu dans la colonne 123, le point a se trouvant au-dessus du point b de façon à permettre l'entraînement d'une quan- tité déterminée d'avance de gaz non condensable dsns le tube capillaire. Même lorsqu'il n'y a pas de gaz dans le système et que seule de la vapeur de fluide réfrigérant est évacuée au dehors la quantité ainsi évacuée, même pre- dant un temps assez long, est tellement petite qu'elle n'a aucun effet appréciable sur l'alimentation du système en fluide réfrigérant.
Bien que, pour la simplicité du dessin, l'organe de purge soit représenté en combinaison avec un système réfrigérant à un seul étage, il est évident que cet organe de purge peut être. également utilisé dans le système à plusieurs étages représenté par la fig. 1.
La. fig. 9 montre un autre type de réfrigérant pouvant remplacer le réfrigérant 1 des figs. 1 et 8. Ce
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réfrigérant comporte une enveloppe extérieure.201 ayant une tête verticale de sortie 202 reliée au conduit de vapeur -4 du système réfrigérant. Le sommet 204 du réfri- gérant comporte de préférence des ailettes 205 dirigées vers le bas et pouvant s'étendre au-dessous du niveau nor- mal du liquide réfrigérant 206. Un bord vertical 221 que comporte le sommet 204 est destiné a. servir de cuvette pour retenir du liquide afin de conduire plus efficacement de la chaleur provenant des plateaux à glace amovibles 208 vers le sommet du réfrigérant et de là par l'intermédiaire de plaques 205 au réfrigérant 206.
A l'intérieur du ré- cipient réfrigérant une plaque verticale 207 supporte de préférence des chicanes horizontales 218 qui peuvent être montées en quinconce par rapport à une ou plusieurs chi- canes 209; les plaques 218 et 209 ont des rebords tombants
215 par lesquels l'écoulement du fluide réfrigérant peut être retardé et obligé de se faire sous forme de tourbillons plutôt que de courant direct. Le réfrigérant peut aussi être divisé avantageusement en deux parties par une cloison légèrement inclinée 213 dont une extrémité aboutit à la plaque 207 et dont l'autre extrémité se termine par un prolongement tombant 219. Une chicane 225 peut s'élever à partir du fond du réfrigérant parallèlement à la cloison µ comme le montre le dessin.
Le tuyau d'admission 53 pénètre de préférence dans le réfrigérant et il comporte des ou- vertures 223 sous la plaque 218 la plus basse. Ce tuyau ainsi que les bords des chicanes 209 et 218 peuvent être dentelés pour provoquer un meilleur mélange du liquide réfrigérant qui entre avec la solution contenue dans le récipient réfrigérant. Ce dernier reçoit du liquide réfri- férant chaud à travers le tuyau 53 et lui permet de s'é- couler graduellement vers le haut autour des chicanes 209 et 218 jusque dans le voisinage de la tête 202 où la va- peur est aspirée à la surface du liquide et où les rebords
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