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"Méthode et installation pour provoquer et maintenir en circu- lation forcée les fluides dans les appareils frigorifiques!!
Dans les appareils frigorifiques oontinus à absorption du type de oeux dont le fluide frigorifique est obligé à s'éva- porer et à s'épandre dans une atmosphère inerte d'un gaz qui agit comme agent équilibreur des pressions dans le but de per- mettre que la même pression absolue soit maintenue dans toutes les parties de l'appareil, on doit généralement adapter des dispositifs à thermosiphon ou à colonnes de gaz ayant des poids spécifiques substantiellement différents, pour provoquer et maintenir en circulation les dits fluides.
Cependant la circulation ainsi obtenue n'est pas tou- jours suffisamment intense,marne en employant des gaz à poids substantiellement différents comme,par exemple, l'ammoniaque et l'hydrogène. L'insuffisance de la oiroulation se fait surtout
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remarquer dans les appareils d'une oertaine puissance et lorsqus, à la suite d'un surohauffage excessif des solutions ammoniscales, il se produit de l'azote par dissociation de l'ammonique. ce qui altère le poids de la colonne gazeuse qui était constituée auparavant par de l'hydrogène pur, La dimi- nution de la circulation fait, d'une part, baisser les rendemente thermodynsmiques et , d'autre part, réduit la puissance de l'ap- pareil.
A ge grave inconvénient on doit en ajouter un autre, qui dépend de la circulation irrationnelle des fluides dans l'évaporatuer qui ne se produit pas comme logiquement elle devrait se producitre, c'est-à-dire en contrecourant en faisant circuler le gaz équilibreur en sens opposé à l'ammoniaque li- quide. Il se vérifie ainsi que l'ammoniaque liquide entre dans l' évaporateur en morne temps que l'hydrogène ;l'on a ainsi la moindre pression partielle possible de l'ammoniaque étant en- core à la température atmosphérique, et ensuite,lorsqu'elle s'est refroidie à cause de son évaporation,la pression partiel- le des vapeurs ammoniacales s'accroît progressivement au lieu de diminuer.
Du reste, on ne peut pas faire autrement si on veut obtenir une circulation automatique qui, d'ailleurs, se base sur la différence des poids spécifiques des oolonnes gazeuses.
Pour obvier à l'insuffisance de la circulation des fluides gazeux et liquides, insuffisance qui a été remarquée aussi par pla-ten et Munters,brevets italiens N 259245 et N 254304, l'inventeur adopte une circulation mécanique forcée au moyen d'un injeoteur avec turbine'actionnée par les fluides gazeux et liquides du bouilleur de l'appareil frigorifique, comme il sera précisé plus en avant.
On n'a jamais employé jusqu'ici,dans les appareils à absorption avec gaz équilibreur de pression,des turbines actionnées par les agents mêmes qui servent oomme agents fri-.
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gorifiques et somme agents d'absorption du fluide frigorifique.
Avec le nouveau système, on peut considérablement intensifier la circulation des fluides liquides et gazeux.Dans les appareils d'une certaine puissance frigorifique (A partir de plus de oent frigorifies heure), on peut morne faire circuler l'agent gazeux équilibreur de pression en contre-courant à l'agent frigorifique même ,si le gaz équilibreur est de l'hydro géne, ce qu'on n'a jamais pu obtenir jusqu'ici dans les appareils à circulation purement automatique.
Pour le fonctionnement de l'injecteur et de la turbine, l'inventeur n'emploie pas des fluides d'un circuit moteur exté- rieur,mais il utilise les fluides du circuit frigorifique morne et précisément le fluide liquide absorbant et le fluide gazeux frigorifique en surélevant oonsidérablement leur pression dans l'intérieur du bouilleur.
Le bouilleur est alimenté périodiquement par la solu- tion riche de l'absorbeur, à travers une conduite d'alimentation, qui porte une soupape,hydraulique ou mécanique, laquelle fait obstacle à tout retour considérable de solution dans l'absorbeur
Deux autres conduites permettent la sortie simultanée du bouilleur des fluides liquides et gazeux; Ces fluides, après avoir traversé un injecteur.vont alimenter ia turbine de circu- lation des fluides gazeux entre l'ab orbeur et l'évaporateur.
Avec oette disposition,les fluides qui sont contenus dans le bouilleur, à la suite du chauffage de la solution riche, sont obligés de traverser la turbine,quelle que soit la résistan- ce qu'elle puisse opposer à leur passage.
La surpression des fluides dans le bouilleur sera par conséquent proportionnelle à la force qui est réclamée par la turbine. On pourra ainsi disposer de n'importe quelle force pour la circulation des fluides gazeux et pour l'élévation des solutions, à n'importe quelle hauteur,sans avoir X soucis des poids des colonnes liquides ou gazeuses qui sont en jeu,
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pour le fonctionnement de l'injeteur et de la turbine, on peut employer tous les fluides frigorifiques qui sont aujourd'hui employés comme: l'ammoniaqu, l;anhydride sulfureuse,l'anhydride carbonique,le propane,etc.
On peut même employer de la vapeur d'eau.mais dans ce dernier cas il est nécessaire de surchauffer à très haute température les solutions ammoniacales pauvres.\ oe qui peut engendrer une dissociation très accentuée de l'ammoniaque en hydrogène et azote. Malaria production d'azote ne peut pas diminuer de beaucoup la circula- tion des fluides gazeux entre l'absorbeur et l'évaporateur,si la puissance de la turbine est suffisante.
On peut ainsi obtenir de très basses températures dans l'évaporateur.vu la possibilité d'établir une circulation en contre-courant de même qu'il est possible de dépouiller presque entièrement d'ammoniaque les solutions et d'augmenter la pression de compression de l'ammo- niaque gazeuse à un tel degré que la réfrigération du condenseur et de l'absorbeur par de l'air atmosphérique,devient possible , marne dans leszones tropicales où la température surpasse sou-. vent- les 40 ct. et où l' on n'a pas de disponibilité d'eau,
En résumant:
la nouvelle invention est essentiellement caractérisée par la substitution à 1'actuelle autociculation des fluides, obtenue généralement par thermosiphon,par une cir- culation forcée mécanique au moyen d'injeoteur et turbine à travers lesquels sont obligés de passer tous les fluides liqui- des ou gazeux,qui proviennent directement ou indirectement, du bouilleur.
Ici il est nécessaire de mettre en évidence que la turbine peut être alimentée aussi alternativement,soit par du fluide gazeux, soit par du fluide liquide, ou bien encore par un seul des deux fluides en substitution de l'alimentation simul- tanée par les deux fluides. Evidemment,quand l'alimentation est faite dans ces conditions, la marche de la turbine ne peut être régulière et son rendement est fortement diminué.
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Dans le but de représenter la nouvelle invention, on va décrire deux exemples, mais il est nécessaire toutefois de bien préciser que la nouvelle invention n'est pas du toùt limitée par ces deux exemples, car toutes les réalisations dont le but est de substituer l'actuel système automatique de circulation par thermosiphon par celui à circulation forcée au moyen de turbine actionnée par las mêmes fluides absorbants et frigorifiques contenus dans l'appareil frigorifique,système qui n'a jamais été employé jusqu'aujourd'hui dans les appareils à pression équilibrée, font part de la présente invention.
Dans les deux exemples on a choisi comme liquide absorbant,de l'eau; comme agent frigorifique,l'ammoniaque; comme agent équilibreur de pression, un mélange d'@@ hydrogène et d'azote.
Evidemment, on peut substituer l'eau par toute autre solution absorbante ; de même pour l'ammoniaque et pour le mélan- ge d'hydrogène et d'azote,qui peuvent être substitués par d'autres fluides. En faisant ces modifications, on n'a qu'à proportionner convenablement la puissance de la turbine.
Etant donné la circulation forcée des fluides gazeux, on peut employer n'importe quel gaz inerte comme équilibreur de pression; toutefois, il est bon de choisir ceux qui offrent
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les meilleures caractéristiques thermodn8.miqu98.trmoohtmiquea et physiques.
La propulsion mécanique augmente très sensiblement la circulation des fluides entre l'évaporateur,qui se trouve à très basse température , et l'absorbeur,qui est à la température ambiante. Or, comme il n'est pas possible de construire des échan geurs de température parfaits, qui puissent refroidir les gaz rentrant dans l'évaporateur à la même température et aux dépens de ceux qui sortent, il est nécessaire d'employer des gaz qui possèdent un très bas poids spécifique.
Du point de vue thermoohimique, il est nécessaire
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d'employer un mélange formé par les mêmes éléments constitu- tionnels de l'ammoniaque suivant l'équation bien connue d'équilibre entre: N, H et NH3 dans la réaction 2 NH3 # N2 + 3H2 Enfin, du point de vue physique, la préférence doit être donnée aux gaz peu visqueux et très légers qui exigent, évidem- ment,moine de force pour leur propulsion.
EXEMPLE I L'appareil frigorifique est représenté par la figure 1 et parties est constitué par les/principales suivantes:
Un absorbeur A; un bouilleur B; un condensateur c : un séparateur D ; un évaporateur E; un injecteur I; un réser- voir accumulateur R, une soupape hydraulique S; et enfin une toute petite turbine T.
Le fonctionnement de l'appareil frigorifique s'accom- plit de la manière suivante: en chaffant électriquement, ou par tout autre moyen, le bouilleur B, la tension des vapeurs de la solution ammoniacale riche, qui est contenue dans le bouilleur, augmente rapidement, ae qui oblige la solution ammo- niaoale à être repoussée dans le réservoir accumulateur R, d'où elle provient. Mais dans la conduite I est intercalée la sou- pape hydraulique S,formée par une colonne de mercure,qui fait obstacle à tout retour de la solution ammoniacale dans le ré- servoir R.
La solution et ses vapeurs n'ayant pas d'autres isouas du bouilleur que les conduites 2 et $,qui aboutissent à l'injecteur I, sont obligées de suivre la conduite 4 et de se porter à la petite turbine T en l'obligeant à tourner à grande vitesse* A la sortie de la turbine,les fluides se por- tent dans le séparateur D, où les vapeurs ammoniacales se séparent de la solution ammoniaoale. Cette dernière se porte au moyen de la conduite 6,dans la partie élevée de l'absorbeur A, tandis que les vapeurs ammoniaoales vont dans le condensateur 0, où ils se liquéfient.
L'ammoniaque qui s'est condensée dans
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le condensateur 0, tombe dans la partie haute de l'évaporateur E, au moyen de la conduite 7 et s'évapore rapidement, à cause de l'intense circulation d'un mélange gazeux, équilibreur de pression, formé d'hydrogène et d'azote.
Dans l'évaporateur B, le mélange d'hydrogène et d'azote,qui provient de l'absorbeur A, au moyen de la conduite 8, se charge de plus en plus d'ammoniaque,pour sortir, à l'état de saturation par la conduite 9 et saturé d'ammoniaque, se porte ensuite dans le réservoir R d'où il vient aspiré par l'aspirateur 10 actionné par la petite turbine T.
Dans l'absorbeur A,le mélange d'hydrogène et d'azote saturé d'ammoniaque est repoussé vers le haut par l'aspirateur 10 et se dépouille, au fur et à masure,d'ammoniaque et sort en haut, d'ou il reoommenoe son cycle en rentrant par 8 à nou- veau dans l'évaporateur E, tandis que la solution ammoniacale riche de l'absorbeut A sort par son fond au moyen de la con- duite 11 et se porte dans le récipient accumulateur R, d'où elle rentre dans le bouilleur B, après avoir traversé la soupape à mercure S.
Le :fonctionnement du bouilleur B est intermittent: quand il s'est vidé des vapeurs ammoniacales et de la solution ammoniacale jusqu'au niveau de l'extrémité inférieure de la conduite aspirante 2, la pression, dans l'intérieur du bouil- leur,tombe brusquement jusqu'à s'égaliser avec celle des autres parties de l'app areil frigorifique.On a alors une nouvelle émission de solution ammoniacale riche par le haut du bouilleur, et la solution en se versant sur les disques applatis 12, absorbe brusquement les vapeurs ammoniacales,qui sont encore contenues dans le bouilleur, jusqu'à remplir le bouilleur de la solution ammoniacale.
Un détail très' important' qu'il faut mettre en éviden" ce,c'est que la petite turbine T est de très simple construc- tion,oar elle ne nécessite aucun presse-étoupe pour son
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mouvement rotatif, son arbre étant d'un diamètre de deux millimètres environ. La viscosité de la solution ammoniacale est telle que pratiquement on n'a jamais remarqua de perte de solution à travers le support de l'arbre, vers l'intérieur de l'absorbeur A , à cause de l'intermittence de la marche de la turbine qui neutralise les effets de surpression des fluides provenant du. bouilleur B.
Si même on aurait un petit passage de solution ammoniacale,de la conduite 4 à l'absorbeur A,oeoi ne causerait d'inconvénients/car la solu- tion ferait simplement retour au réservoir R et de là au bouilleur. Bien différent se présenterait le cas, si la petite turbine fut actionnée par un fluide produit par un circuit extérieur de l'appareil frigorifique, dans ce cas on ne pourrait pas éviter le presse-étoupe.
Dans ce premier exemple, qui peut s'appliquer pour des appareils frigorifiques de quelques dizaines de frigories équilibreurs heure, la circulation des fluides / de pression ,ne se produit pas en contre-courant à l'ammoniaque liquide.
EXEMPLE II.
Aussi dans cet exemple, les fluides équilibreurs sont composés par de l'hydrogène et de l'azote,éléments 90nstitu... tionnels de l'ammoniaque. Ce type d'appareil peut s'appliquer pour des puissances de quelques centaines de frigories par heure et même pour des puissances de quelques miliers de fri- gorie heure.
Dans l'évaporateur E la circulation du mélange équi0- libreur gazeux se produit en contre-courant à l'ammoniaque liquide. La petite turbine T fait tourner une série d'hélices lot dans l'intérieur même de l'évaporateur 3,.pour éviter les mouvements convectifs des fluides gazeux. Le bouilleur B diffère du. précédent par sa forme horizontale et par son in-.
;lecteur qui se trouve à un niveau inférieur du bouilleur
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môme. Dans cet exemple, la soupape à mercure est substituée par une soupape méoanique,formée par un très léger disque métallique S; cette substitution de soupape est due à l'aug- mentation de la surpression des fluides de la turbine T,qui exige un effort plus grand pour la circulation du mélange gazeux entre l'évaporateur et l'absorbeur.
Dans les deux exemples ci-dessus, l'évaporateur et le bouilleur sont munis d'échangeurs de température, échangeurs qui ne sont pas représentés dans les figures 1 et 2.
REVENDICATIONS. l'¯Métjode et installation perfectionnées pour provoquer et maintenir en circulation les fluides des appa- reils frigorifiques à pression équilibrée et à circulation mécanique,essentiellement caractérisées en ce que la dite circulation mécanique est obtenue moyennant une turbine ac tionnée par les fluides internes absorbants ou frigorifiques, à l'état gazeux ou liquide, appartenant à l'appareil frigorifi- que marne et.qui proviennent directement ou indirectement,du bouilleur et que par suite du chauffage de la solution absor- bante ils acquièrent la pression nécessaire pour la marche de la turbine.