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MACHINE FRIGORIFIQUE A ABSORPTION A HAUTE PRESSION.
La présente invention a principalement pour but d'obtenir un fonctionnement efficace d'une machine
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frigorifique à absorption ne comportant pas d'organes mûs mécaniquement, pour de hautes températures du fluide réfrigérant employé pour refroidir à la façon connue les organes de la machine frigorifique.
Les difficultés qui se présentent alors résident en particulier dans les points suivants: a) La condensation de la vapeur de l'agent réfrigérant spécialement lors de la mise en marche de l'appareilla- ge. b) L'absorption de l'agent réfrigérant pour hautes températures du fluide refroidisseur. o) L'obtention de températures suffisamment basses dans l'évaporateur.
Différentes propositions ont déjà été faites pour l'aspiration des vapeurs détendues de l'agent réfrigérant au moyen de trompes.
Ainsi, on a préconisé des machines frigorifiques à absorption à haute pression comportant un appareil aspirateur à trompe à eau, appareil recevant l'aide d'une pompe à haute pression de la solution pauvre de l'agent réfrigérant, ce liquide servant d'agent aspira- teur pour aspirer les vapeurs de l'agent réfrigérant hors de l'évaporateur et les conduire sous pression dans le bouilleur de la machine frigorifique. Or, l'emploi d'une pomper haute pression dans une machine frigorifique à absorption constitue un inconvénient.
D'autre part, on a préconisé d'alimenter une trompe au moyen d'une partie de la vapeur à haute @
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pression de l'agent réfrigérant, trompe dans laquelle se mélange aussi bien la solution pauvre refroidie que la vapeur détendue aspirée de l'agent réfrigérant, cette dernière étant ainsi amenée à être absorbée sous pression.
On a aussi déjà prévu un appareil aspirateur fonctionnant seulement au moyen de la solution pauvre refroidie. Or, ces modes de fonctionnement ont trois inconvénients particuliers: premièrement, l'utilisation de vapeur de l'agent réfrigérant comme agent aspirateur représente du point de vue thermique une diminution importante du rendement de l'installation. Deuxièmement, la portion de l'agent réfrigérant utilisée comme agent aspirateur doit être absorbée en aval de la trompe, ce qui nécessite la formation d'une solution plus riche que ne l'exigerait le processus frigorifique seul. L'élévation de la concen- tration a comme oonséquence que la température du processus d'absorption doit être maintenue plus basse.
De ce fait, une partie importante au moins des avantages de la machine à absorption à haute pression est perdue. Trpisimement, au cas où l'on renonce à l'emploi de vapeur comme agent aspirateur, on ne dispose plus que de l'énergie donnée par l'écoulement de la solution pauvre refroidie, écoule- ment qui se fait par thermosiphon.
Avec les substances usuelles employées aujourd'hui comme agents réfrigérants dans les machines à froid, le mode de fonctionnement indiqué précédemment nécessiterait, pour obtenir une pression d'abs,orption suffisamment grande, une hauteur
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de la conduite d'écoulement pratiquement impossible (dans le cas du mélange ammoniaque-eau par exemple supérieure à 10 m), raison pour laquelle on a employé des pompes pour refouler la solution enrichie en agent réfrigérant dans le bouilleur.
Dans une autre disposition connue comportant des trompes d'aspiration,la solution pauvre en agent réfrigérant (liquide d'absorption), est conduite dans un récipient disposé au-dessus des trompes et elle est distribuée à différentes ouvertures formées dans une plaque à partir de laquelle la solution pauvre s'écoule par la pesanteur à des buses situées plus bas, la vapeur de l'agent réfrigérant étant ainsi aspirée, mélangée au liquide absorbant et absorbée dans un récipient prévu sous les buses. Cette disposition a l'inconvénient que l'aspiration, en raison de la vitesse relativement petite du jet de liquide, est aussi petite et qu'en outre la pression d'absorption est également faible, Pour conduire la solution enrichie à partir du récipient inférieur indiqué ci-dessus dans le bouilleur, un autre appareil aspirateur est ici nécessaire.
En lieu et place d'un appareil aspirateur, on utilise dans un autre dispositif une pompe jouant le même rôle.
Dans un dispositif analogue connu, du liquide d'absorption pauvre est conduit à partir du bouilleur par une conduite, sans récipient intermédiaire, à une trompe qui aspire la)vapeur de l'agent réfrigérant hors
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de l'évaporateur et la conduit dans l'absorbeur. Ici de nouveau l'absorbeur ne se trouve que sous une faible pression et un appareil aspirateur à jet est de nouveau nécessaire pour conduire la solution enrichie de l'absorbeur dans le bouilleur.
On connaît en outre un dispositif qui utilise un agent autre que l'agent réfrigérant et que le liquide absorbant pour faire passer la solution riche à travers un ou plusieurs appareilscompresseurs à trompe.
Dans ces machines frigorifiques à absorption connues, l'emploi d'une pompe pour refouler la solution riche doit être considéré, comme déjà indiqué ci-dessus, comme un inconvénient. De plus, l'emploi d'une trompe à liquide produit à égalité de chute de pression une action d'aspiration de la vapeur de l'agent réfrigérant hors de l'évaporateur plus petite qu'une trompe à vapeur. Au surplus, le fait que l'on travaille avec une pression d'absorption relativement basse constitue un inconvénient car l'absorption n'est plus possible pour les hautes températures. Enfin, l'emploi d'un agent autre que l'agent réfrigérant et que le liquide absorbant pour refouler la solution riche, rend nécessaire une circulation particulière pour cet agent spécial, ce qui renchérit l'installation.
Tous les inconvénients indiqués sont éliminés dans la machine frigorifique à absorption selon l'invention, machine comportant au moins une trompe pour l'aspiration des vapeurs de l'agent réfrigérant hors
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de l'évaporateur, par le fait qu'au moins une trompe est alimentée en vapeur, engendrée de préférence dans le bouilleur, du liquide absorbant ou de la solution pauvre, cette vapeur servant d'agent aspirateur, et par le fait que l'absorbeur relié d'une part à la trompe du côté du jet, communique d'autre part directement avec le bouilleur, de sorte qu'il règne dans l'absorbeur une pression sensiblement égale à celle du bouilleur.
Du fait que l'on utilise comme agent aspirateur pour la trompe de la vapeur, produite avec avantage dans le bouilleur, du liquide d'absorption ou de la solution pauvre, on obtient grâce à la grande vitesse du jet de vapeur une bonne aspiration de l'agent réfrigérant hors de l'évaporateur et, de ce fait, on peut obtenir une basse température dans ce dernier, et, du fait que l'absorbeur relié d'une part à la trompe du côté du jet communique d'autre part directement avec le bouilleur, l'absorption a lieu sous la haute pression régnant dans le bouilleur, ce qui fait que l'absorption peut se faire aussi des températures relativement élevées, cette dernière étant encore favorisée par le fait que la vapeur du liquide absorbant utilisée comme agent aspirateur se mélange intimement dans la trompe avec l'agent réfrigérant aspiré.
Sur le dessin annexé sont représentées, à titre d'exemple seulement, différentes formes d'exécution de l'objet de l'invention.
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La figure 1 représente une première forme d'exécution en élévation partie en coupe; la figure 2 représente une deuxième forme d'exécution en élévation et en coupe; la figure 3 représente les détails constructifs d'une trompe.
Sur toutes les figures, 1 désigne le bouilleur calorifugé, 2 le condenseur, 3 l'évaporateur et 4 l'absorbeur de la machine frigorifique. Dans toutes les formes d'exécution représentées, le bouilleur 1. est muni d'un élément de chauffe électrique 5, bien que le chauffage au gaz, à l'huile et analogues entre aussi en ligne de compte.
Dans la forme d'exécution selon lafigure 1, l'élément de chauffe 5 est entouré d'une enveloppe extérieure 6 qui s'étend presque jusqu'au fond du bouilleur 1.
A la partie supérieure de l'envelpppe 6, l'intérieur de celle-ci communique par une conduite 7 avec une trompe à vapeur 8. On prévoit avec avantagedans la conduite 7 un nettoyeur 9, dans le but d'éviter des obstructions de la trompe 8.
Le fonctionnement de la machine selon la figure 1 est le suivant:
La solution pauvre (liquide d'absorption) se trouve dans la partie inférieure du bouilleur 1 grâce à son poids spécifique élevé. Lorsque l'élément de chauffe 5 est sous courant, la solution se trouvant entre l'enveloppe 6 et l'enveloppe du corps de chauffe
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se chauffe jusqu'à. ébullition et la vapeur formée s'élève entre ces deux enveloppes. La solution pauvre qui s'élevé ainsi est continuellement remplacée par de la solution pauvre se trouvant dans la partie inférieure du bouilleur 1, ce qui fait qu'en marche il n'y a toujours que la solution pauvre en agent réfrigérant (liquide d'absorption) qui parvient à l'intérieur de l'enveloppe 6.
La solution pauvre chauffée et sa vapeur cèdent au travers de l'enveloppe 6 de la chaleur à la solution riche se trouvant à l'extérieur de cette enveloppe, de telle sorte que l'agent réfrigérant est expulsé de cette solution riche. La vapeur de l'agent réfrigérant est conduite par le tuyau 10 au condenseur 2 muni d'ailettes de réfrigération, où la vapeur se condense au fur et à mesure du refroidissement. La condensation de particules de la vapeur de l'agent réfrigérant commence déjà a de hautes températures du fluide employé pour le refroidissement ou la réfrigération du condenseur, cette température étant d'autant plus élevée qu'une plus grande quantité d'eau est entraînée avec la vapeur, et la condensation est complètement terminée à une certaine température plus basse.
(Ceci contrairement à la condensation d'une substance simple qui, pour une pression déterminée, se produit en totalité à une température sensiblement plus basse et bien déterminée. Ce fait présente un avantage par exemple vis--vis d'une machine à compresseur.) Apres la liqué-
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faction, le produit de condensation est conduit par l'intermédiaire du dispositif contre-courant 11 et de la soupape de réduction de pression Vd à l'évaporateur 3.
Dans le dispositif à contre-courant 11, le produit de condensation cède encore de la chaleur aux vapeurs de l'agent réfrigérant quittant l'évaporateur 3 à de basses températures. Ainsi, le produit de condensation est refroidi intensément jusqu'à la température de l'évaporateur. Par ailleurs, le dispositif à contrecourant 11 est calculé de façon que dans tous les cas l'agent réfrigérant arrivant à l'évaporateur soit liquéfié entièrement, même lorsque le condenseur 2 est refroidi par de +'eau ayant atteint des températures relativement hautes. Pour atteindre ce but, on doit, dans certains cas particuliers, évacuer encore de la chaleur du dispositif à contre-courant 11 à l'extérieur.
Pour empêcher que le produit de condensation se trouvant dans le dispositif à contre-courant à la fin d'une période de fonctionnement de la machine à froid ne se revaporise et retourne dans le bouilleur pour y être absorba, il est prévu une soupape de retenue Vrl. Cette mesure offre encore l'avantage que lors de la nouvelle période de fonctionnement, il se trouve toujours des le début une quantité suffisante du produit de condensation pour garantir, lors de la mise en marche, un fonctionnement irréprochable à contre-courant (11) et une liquéfaction complète de la vapeur de l'agent
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réfrigérant.
Dans le but de conduire des le début ce produit de condensation de basses températures a la soupape de réglage Vd, la conduite quittant le dispositif à contre-courant pour aller à l'évaporateur peut avoir, le cas échéant, sa partie terminale placée dans la chambre de l'évaporateur ou dans la chambre frigorifre. La soupape de réglage Vd a pour fonction de détendre le produit de condensation de la pression du bouilleur à la pression de l'évaporateur. Par suite de cet étranglement, une partie du produit de condensation se vaporise, ce qui produit une baisse de température de ce dernier. Dans l'évaporateur 3, l'agent réfrigérant absorbe une certaine quantité de chaleur.
Apres cela, il quitte l'évaporateur 3 à une température encore basse. Dans le dispositif à contre-courant 11, cette vapeur de l'agent réfrigérant se réchauffe en absorbant une certaine quantité de chaleur qui lui est cédée par le produit de condensation s'écoulant à contrecourant. De ce fait, la vapeur de l'agent réfrigérant est surchauffée, ce qui implique un grand volume spécifique. Toutefois, ce volume spécifique est maintenu dans des limites admissibles par l'agent d'absorption entrainé.
La conduite de retour du dispositif à contre-courant 11 est reliée par la conduite 13 à la trompe 8, à l'endroit où se fait l'aspiration. La trompe 8 est reliée du côté du jet à l'absorbeur 4 muni d'ailettes de réfrigération. La trompe 8 aspire par la conduite 13 les vapeurs de l'agent réfrigérant hors de l'évaporateur 3 et les
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comprime dans l'absorbeur 4. Celui-ci communique par son autre extrémité par une conduite 14 avec le bouilleur 1, cette conduite 14 conduisant la solution riche parvenue dans l'absorbeur jusqu'à la partie supérieure du bouilleur. En vue d'éloigner de l'évaporateur 3 l'eau entraînée, il est prévu sur la conduite d'aspiration 13 un siphon 15.
Etant donné que lors de la mise en marche la trompe 8 n'exeroe pas encore d'action d'aspira- tion, il est prévu sur la conduite d'aspiration 13 une soupape de retenue Vr2 ayant pour but d'empêcher que l'évaporateur 3 puisse recevoir la pression régnant dans le bouilleur. Il y a lieu de remarquer que de la chaleur doit être évacuée immédiatement en aval de la trompe 8 et ce en quantité telle que le mélange de la vapeur utilisée comme agent d'aspiration (vapeur de liquide d'absorption) et de la vapeur aspirée de l'agent réfrigérant puisse se condenser, Ce n'est que de cette façon qu'il est possible d'obtenir une bonne action de la trompe et d'atteindre de nouveau la pression du bouilleur.
Cette aspiration et cette compression ont pour effet de rendre la pression de l'évaporateur indépendante de l'absorbeur et il est possible de céder la chaleur d'absorption à de hautes températures. L'intensité de la circulation de l'agent réfrigérant peut aussi être réglée en variant le refroidissement en aval du jet de la trompe, c'est-à-dire la pression sous laquelle travaille la trompe. Apres la condensation,le mélange est reconduit au bouilleur 1 par thermosiphon.
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Le dispositif h contre-courant 11 n'est pas absolument nécessaire. En donnant à la conduite allant à l'évaporateur des dimensions suffisamment grandes et en la plaçant dans un milieu plus froid (air ambiant) que le fluide que l'on voudrait chauffer, on peut obtenir avec certitude la condensation de l'agent réfrigérant.
Toutefois, le produit de condensation ne peut plus être refroidi comme précédemment jusqu'à la température de l'évaporateur.
Dàns le cas d'un dispositif h contre-courant 11, on peut y prévoir des ailettes de réfrigération 11a ayant pour fonction d'évacuer encore de la chaleur à l'extérieur.
Dans la forme d'exécution selon la figure 2, une partie seulement de la solution pauvre est vaporisée et conduite aux trompes 8c, 8d à liquide et à vapeur (figure 2), tandis que l'autre partie de la solution pauvre parvient par une ou plusieurs trompes h eau la trompe ou aux trompes à vapeur.
D'après la figure 2, une partie de la solution pauvre se vaporise à l'intérieur de l'enveloppe 6 et parvient par la conduite 7 %deux trompes combinées à liquide et à vapeur 8c, 8d, qui sont agencées de telle façon que le c8té jet de la trompe 8c est relié au côté aspiration de la trompe 8d. Une autre partie de la solution pauvre parvient par une conduite 23 à deux trompes h liquide 24a et 24b qui sont agencées de telle façon que le coté jet de la trompe 24a est relié au coté aspiration de la trompe 24b. Au côté aspiration
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de la trompe 24a est relié par la conduite d'aspiration
13 l'évaporateur 3.
Les trompes Se, 8d, 24a.et 24b sont munies du côté jet d'ailettes de réfrigération ou sont établies d'une autre façon pour céder la ohaleur à l'extérieur, dans le but d'obtenir une action efficace des trompes. La première trompe 24a aspire l'agent réfrigérant détendu par la conduite d'aspiration 13 hors de l'évaporateur 3 et le mélange formé par la solution pauvre et l'agent réfrigérant aspiré est conduit au côté aspiration de la deuxième trompe 24b.
A partir du coté jet de la deuxième trompe 24b, le mélange de la solution pauvre et de l'agent réfrigérant parvient au coté aspiration, établi de façon connue en forme de double cône, de la trompe 8c à liquide et à vapeur puis, poursuivant son trajet, ce mélange parvient au côté aspiration de la trompe 8d et, travers celle-ci l'absorbeur 4 se trouvant sous pression, à partir duquel la solution enrichie retourne au bouilleur 1 par la conduite 14 en échange thermique avec la solution pauvre de la conduite 23. Les trompes du genre de 8c et 8d ont l'avantage d'être à auto-réglage et susceptibles de s'adapter aux conditions particulières. En outre, elles peuvent présenter une section plus grande que les trompes b vapeur 8 habituelles selon la figure 1, ce qui élimine le danger de bouchage.
Un système de trompes b plusieurs étages selon la figure 2 produit une meilleure action d'aspiration et de refoulement pour l'agent réfrigérant, d'où résulte @
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un meilleur rendement de la machine frigorifique, que ce n'est le cas avec un système de trompe à un seul étage ; le système de trompes selon la figure 2 entre probablement en ligne de compte principalement pour les grandes unités ou l'augmentation du rendement joue un rôle essentiel. On pourrait aussi de façon analogue prévoir un système de trompes à trois étages ou plus encore.
L'expulsion de l'agent réfrigérant dans le bouilleur 1 et son écoulement jusqu'à l'évaporateur 3 en passant par le condenseur 2 se font de façon analogue à l'exécution selon la figure 1.'
La figure 3 représente les détails constructifs d'un système de trompes et des conduites reliées aux trompes. la désigne la paroi du bouilleur qui est entouré d'une couche calorifuge 25 par exemple de liège granulé, le tout étant maintenu par une enveloppe extérieure 26. La figure 3 montre notamment comment la trompe combinée à liquide et à vapeur 8e est disposée dans la couche isolante. Les directions du mouvement des liquides et des vapeurs dans les différentes conduites sont indiquées par des floches. De même, le niveau du liquide dans le bouilleur 1 et dans l'absorbeur 4b est indiqué à la manière usuelle.
Si l'on renonce à refroidir en aval de la trompe à vapeur, la solution pauvre chaude doit subir un refroidissement préalable, ce qui dans l'exemple figuré, s'effectue par refroidissement des tuyaux 4a et 23 ainsi que de la trompe 24.