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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Perfectionnements aux appareils frigorifiques à absorption.
Cette invention est relative aux appareils frigo- rifiques à absorption et un des buts de l'invention est de procurer un moyen perfectionné de faire circuler un liquide dans ces appareils.
Suivant la présente invention, un appareil frigori- fique à absorption comprend une conduite pour la circulation de liquide et de gaz, appelée ci-après conduite de balayage, et un dispositif pour produire dans cette conduite un courant de gaz à une vitesse telle qu'une circulation du liquide, à une vitesse notablement inférieure à celle du gaz, soit produite dans la conduite par l'effet de balayage ou d'entraînement du gaz circulant sur le liquide.
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Dans une forme d'exécution de l'invention, l'appareil comprend une conduite montante, faisant office de conduite de balayage, et un dispositif pour produire dans cette conduite un courant de gaz ascendant, à une vitesse telle que le li- quide soit entrafné de bas en haut, dans un état de turbulence, à une vitesse sensiblement inférieure à celle du gaz.
Dans une autre forme d'exécution de l'invention, l'appareil comprend une conduite sensiblement horizontale, faisant office de conduite de balayage, dans laquelle des courants de gaz et de liquide distincts circulent en contact l'un avec l'autre, et un dispositif pour produire dans cette conduite un courant de gaz à une vitesse suffisante pour entrafner le liquide à travers la conduite par l'effet d'entraînement ou de balayage du gaz circulant sur sa surface, même si l'appareil est légèrement incliné de manière à s'op- poser à ce courant.
Il est avantageux que le trajet commun du liquide et du gaz dans la conduite de balayage soit tortueux et comporte deux ou plusieurs étages ou couches sensiblement horizontaux raccordés entre eux par des parties montantes par lesquelles le courant de gaz élève le liquide.
De préférence, le gaz employé est un gaz ayant un poids moléculaire beaucoup plus élevé que celui de l'hydrogène, par exemple l'azote, et soumis à une pression de l'ordre de 20 atmosphères ou davantage, et le courant de gaz est produit par un ventilateur ou une pompe entraînés par moteur.
On a trouvé qu'un liquide peut être entraîné par le courant du gaz de bas en haut à travers la conduite de balayage et être amené en contact intime avec le gaz, tandis que le volume de gaz parcourant la conduite en un temps donné peut être de l'ordre du centuple ou davantage du volume de liquide. L'emploi d'un gaz lourd est avantageux pour assurer
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la puissance de levage nécessaire et il présente l'avantage supplémentaire que pour produire la circulation voulue il suffit d'un ventilateur notablement plus petit.
Toutefois, l'invention n'est point limitée à remploi du gaz pour élever un liquide, étant donné que l'effet de balayage ou d'entraf'nement du gaz circulant sur du liquide peut aussi être utilisé pour faire circuler le liquide dans une conduite horizontale. Il ne faut pas con- fondre cette forme d'exécution de l'invention avec des dis- positions connues dans lesquelles un courant parallèle de liquide et de gaz se produit sous l'effet de la gravité.
.Ainsi, quand la circulation est produite par 'gravité, une légère inclinaison de l'appareil fait cesser la circulation ou amène le liquide à boucher la conduite, tandis que dans un appareil conforme à l'invention la circulation continue en dépit d'une légère inclinaison. Dans des cas où l'action du gaz n'est pas appelée à élever le liquide,'mais sert sim- plement à le faire avancer dans une conduite horizontale, l'invention est particulièrement utile pour des conduites lon- gues et,tortueuses, par exemple quand l'ensemble de l'évapora- teur est contenu dans un rayon situé entre les compartiments supérieur et inférieur d'une armoire frigorifique.
L'invention peut être exécutée de diverses manières et on en décrira à titre d'exemple certaines formes d'exécu- tion spécifiques en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est un schéma d'un appareil frigorifique à absorption continu conforme à l'invention, l'évaporateur étant représenté en perspective et à plus grande échelle,
Fig. 2 est une coupe, à plus grande échelle, faite suivant la ligne 2-2 de la fig.l montrant un détail, Figs. 3 à 5 sont des schémas, analogues à la fig.l,
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d'appareils comportant des évaporateurs d'une autre forme,
Fig. 6 est une vue en perspective d'une autre forme d'exécution d'évaporateur associé à un ventilateur et à un condenseur,
Fig. 7 est un schéma d'un appareil comportant un absorbeur conforme à l'invention, et
Figs.
8 et 9 sont des schémas de deux formes d'exé- cution d'un appareil dont tant l'absorbeur que l'évaporateur ont une construction conforme à l'invention.
Dans le montage représenté sur la fig.l, l'appareil comporte les éléments usuels, savoir un absorbeur A, un bouilleur B, un condenseur C, un analyseur D et un évaporateur E. L'appareil est du type utilisant un gaz égalisateur de pression qu'on fait circuler entre l'évaporateur et l'absor- beur, et à cet effet il est prévu un ventilateur F qui est entraîné par un moteur électrique G hermétiquement clos.
L'appareil est chargé de fluides appropriés; par exemple on emploie l'ammoniac comme fluide frigorigène et l'eau comme solution d'absorption, tandis que comme gaz inerte on emploie de préférence une substance ayant un poids moléculaire notablement supérieur à celui de l'hydrogène, par exemple l'azote, pour les raisons déjà mentionnées.
Pendant le fonctionnement, trois cycles de circu- lation de fluide s'établissent, La solution d'absorption contenue dans le bouilleur B est chauffée par un élément de chauffe approprié tel qu'une cartouche de chauffe électri- que ou un brûleur à gaz, et la vapeur de fluide frigorigène chassée de la solution traverse de bas en haut l'analyseur D en contrecourant par rapport à la solution d'absorption riche se rendant au bouilleur, puis elle parcourt de bas en haut le tuyau 11, dont une partie est garnie d'ailettes pour cons- tituer un rectificateur R, et entre dans la partie supérieure
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du condenseur C qui comporte de préférence des ailettes pour être refroidi par l'air. Ici le fluide frigorigène se liquéfie et le condensat se rend du fond du condenseur dans l'évaporateur par un tuyau 12.
Dans l'évaporateur, qu'on décrira plus en détail ci-après,, le fluide frigorigène condensé s'évapore au sein du gaz inerte égalisateur de pression avec lequel il sort de la partie supérieure de l'évaporateur pour entrer dans le tuyau 13 qui fait partie d'un échangeur de chaleur
14. Par le tuyau 13 le mélange de gaz se rend dans le fond de l'absorbeur A où il circule en contrecourant par rapport à la solution d'absorption qui le débarrase du fluide frigo- rigène. Du dessus de l'absorbeur le gaz inerte est aspiré par le tuyau d'admission 15 du ventilateur F et est débité par le tuyau de refoulement 16 et par l'échangeur de chaleur pour retourner au fond de l'évaporateur et compléter ainsi le cycle.
La solution d'absorption riche en fluide frigori- gène passe du fond de l'absorbeur., par le tuyau 17, dans un réservoir 18 pour la solution d'absorption riche et se rend ensuite par le tuyau 19 et 1'échangeur de chaleur 20 dans l'analyseur D. La solution d'absorption pauvre quitte le fond du bouilleur par un tuyau 21 qui traverse 1'échangeur de chaleur 20. De l'échangeur de chaleur elle passe à la partie supérieure de l'absorbeur par un tuyau vertical 22 constituant une pompe à émulsion. La pompe à émulsion 22 est alimentée de gaz inerte dérivé du tuyau de refoulement 16 du ventila- teur F et débité par un tuyau 23 à un point approprié du tuyau de la pompe à émulsion 22. De cette façon, la solution d'absorption est élevée à la partie supérieure de l'absor- beur et sa circulation est entretenue.
L'évaporateur est représenté en perspective dans la partie supérieure de la fig.l, plus en détail que les autres parties et à une plus grande échelle. La majeure
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partie de l'évaporateur est constituée par une tuyauterie coudée de manière à procurer au fluide un trajet long et tortueux. Cette.tuyauterie est coudée de manière à cons- tituer trois étages ou couches sensiblement horizontaux 25, 26, 27 dont l'étage supérieur 27 débouche dans un tube droit 28 de plus grande section transversale, pourvu d'ai- lettes rectangulaires 29, qui constitue une conduite de refroidissement à ailettes.
Chacun des étages 25 et 26 comporte quatre bran- ches parallèles 30, 31, 32 et 33 dont les branches 30 et 31 et les branches 32 et 33 sont raccordées entre elles à une extra- mité, appelée ci-après extrémité avant pour constituer deux éléments en forme d'U juxtaposés, tandis que les branches extérieures 30 et 33 sont raccordées entre elles par une branche arrière 34. De cette façon, chaque étage comporte une double boucle de tuyaux dont l'entrée et la sortie sont constituées par les extrémités des branches intérieures 31 et 32.
Le gaz inerte quitte l'échangeur de chaleur 14 en un point situé légèrement en-dessous de la partie supérieure de l'évaporateur et descend par une partie 35 de la tuyau- terie, qui est orientée de haut en bas et est raccordée à la branche 31 de l'étage inférieur. Après avoir parcouru cet étage, le gaz inerte passe de la branche 32,par la par- tie montante 36 de la tuyauterie, dans la branche 32 de l'étage médian. Après avoir traversé cet étage, il quitte la branche 31 de cet étage et se rend par la partie montante 37 de la tuyauterie dans l'étage supérieur 27.
L'étage supérieur est analogue aux étages de dessous 26 et 25, excepté qu'il ne comporte pas de branche 32 et que de la branche extérieure 33 le gaz passe par une partie mon- tante 38 de la tuyauterie dans l'extrémité avant de la conduite
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de refroidissement à ailettes 28. L'extrémité arrière de la conduite de refroidissement à ailettes est raccordée au tuyau 13 conduisant le gaz par l'échangeur de chaleur de gaz à la partie inférieure de l'absorbeur. La conduite de refroidissement à ailettes 28 est légèrement inclinée, de sorte que le liquide y coule par gravité et que tout excédent se rend dans le tuyau 13.
On voit ainsi que le gaz inerte suit le trajet tortueux constitué par l'évaporateur, en le parcourant depuis le dessous jusqu'au dessus.
Le tuyau 12 servant à débiter du fluide frigorigène condensé du condenseur à l'évaporateur débouche dans celui-ci en un point situé près de la partie inférieure du tube 35, de manière à introduire le liquide dans le gaz avant que celui-ci traverse l'étage inférieur de l'évaporateur.
Pour empêcher la conduite constituant 1'évaporateur de s'engorger complètement de fluide frigorigène quand l'ap- pareil s'arrête, une conduite de purge 24 part d'un point de l'étage inférieur pour ramener ce liquide au circuit de la solution d'absorption. De préférence, ce tuyau débouche dans le tuyau 19 par lequel la solution d'absorption riche re- tourne du réservoir 18 au bouilleur.
L'appareil est généralement pourvu de dispositifs pour le mettre en marche et l'arrêter automatiquement, selon que le refroidissement est nécessaire ou non. Toutefois, le liquide frigorigène continue à se rendre dans l'évaporateur pendant une courte durée après que l'appareil s'arrête, abstraction faite d'une certaine quantité de liquide qui s'y trouve déjà, et si ce liquide retourne au bouilleur, l'éner- gie requise pour l'engendrer est perdue. En outre, quand l'appareil se remet en marche, un certain temps s'écoule avant qu'un débit de'liquide frigorigène.devienne disponible dans l'évaporateur.
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Par suite,on fait de préférence en sorte qu'une certaine quantité de liquide frigorigène s'emmagasine dans l'évaporateur quand l'appareil s'arrête temporairement, afin qu'immédiatement après que le ventilateur F se remet en marche, le refroidissement commence, cette quantité de liquide frigorigène étant suffisante pour produire le re- froidissement jusqu'à ce que le bouilleur s'échauffe et que le fluide frigorigène condensé soit débité du condenseur à l'évaporateur. A cet effet, la conduite de purge 24 peut être disposée de manière à ne déboucher que dans la partie supérieure du tuyau 32, comme c'est indiqué à plus grande échelle, en coupe, sur la fig. 2.
De cette façon une certaine quantité de liquide reste dans la partie inférieure du tuyau, sur toute l'étendue de la couche inférieure 25, tout en livrant passage au gaz qui parcourt la partie su- périeure du tuyau.
Dans certains cas la conduite de refroidissement à ailettes 28 peut être omise, l'étage supérieur de la tuyauterie, de plus petite section, étant raccordé directe- ment au tuyau 13 de l'échangeur de chaleur à gaz 14. De même, on peut employer d'autres dispositions d'étages de tuyauterie ou d'autres formes d'étages distincts.
Lorsqu'on met l'appareil en marche, le ventilateur F fait circuler le gaz inerte à travers l'évaporateur, et du liquide frigorigène est débité à l'évaporateur par le tuyau 12. On trouve qu'avec une construction appropriée le gaz inerte transporte le liquide frigorigène dans chacun des étages 25, 26 et 27 et de chaque étage, de bas en haut, par les conduites montantes 36, 37 et 38, à l'étage suivant situé plus haut, où à la conduite de refroidissement à ailettes 28, selon le cas considéré. Le liquide se déplace à une vitesse notablement moins élevée que le gaz et le volume de gaz passant
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en un temps donné peut être.plusieurs centaines de fois plus grand que le volume du liquide. Le gaz et le liquide sont amenés en contact intime et il se produit une évaporation du liquide dans le gaz.
De cette façon, non seulement l'invention permet de faire circuler le liquide de bas en haut d'un étage à un autre, ce qui serait évidemment impossible par l'effet de la gravité, mais encore elle assure une circulation sans aléa dans chacun dés étages, ce qui dans certains cas ne se produirait que difficilement sous l'action de la gravité seule.
C'est ainsi que, dans le cas d'un étage de forme assez tortueuse et compliquée, si l'on se fiait à la gravité, l'action pourrait être interrompue par suite de la plus légère inclinaison de l'appareil dans l'un ou l'autre sens, et même si l'appareil était exactement d'aplomb, la profon- deur du liquide devrait être plus grande à l'extrémité d'entrée qu'à l'extrémité de sortie, pour produire la cir- aulation, et le liquide pourrait boucher la conduite quand celle-ci est de faible diamètre.
L'action du courant de gaz inerte sur le liquide frigorigène est supposée avoir un caractère variable. Dans la partie horizontale, le liquide frigorigène peut circuler plus ou moins uniformément sur le fond de la conduite, en contact continu avec le courant de gaz inerte parcourant la partie supérieure de la conduite, le liquide frigorigène étant mû par l'effet de friction du gaz sur le liquide qui peut être légèrement remué par le gaz.
Dans les conduites montantes 36, 37 et 38, il se produit selon toutes les apparences une légère accumulation de liquide frigorigène et le gaz inerte forme des bulles ou se fraye un chemin à travers ce liquide, en emportant des parties de liquide.
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L'effet du gaz inerte varie avec sa densité, sa pression et sa vitesse de circulation dans la conduite de l'évaporateur. En général, un accroissement de l'un ou l'autre ou de plusieurs des facteurs précités a pour effet d'augmenter la puissance de levage du gaz inerte. Toutes autres choses étant égales, la vitesse du gaz inerte varie avec la section transversale effective de son trajet de cir- culation ; un accroissement de la section transversale de ce trajet a pour effet une augmentation de la vitesse du gaz.
Ainsi, on a trouvé'que lorsque le gaz inerte est l'azote, un courant d'azote propulsé fait circuler de bas en haut de l'ammoniaque liquide dans une conduite d'évaporateur constituée de tubes d'environ 12,5 mm. de diamètre intérieur et ayant une hauteur verticale d'environ 25 centimètres, sous une différence de pression de 5 à 10 centimètres d'eau entre les raccords d'entrée et de sortie de la conduite d'évaporateur et avec une pression totale du système com- prise entre 19 et 28 atmosphères. Dans ces conditions, la vitesse du gaz pourrait être de l'ordre de 60 à 90 centi- mètres par seconde, c'est-à-dire notablement plus élevée que celle employée dans les systèmes frigorifiques ordinaires connus du type en question. Les particularités ci-dessus ne sont citées qu'à titre d'exemple et non à titre de limitation.
Il est clair que ces facteurs dépendent les uns des autres et qu'on peut faire varier certains facteurs individuellement, quitte à modifier de manière appropriée les autres facteurs.
La conduite de purge 24 est aménagée à titre de sûreté et en fonctionnement normal il n'y passe pas de liquide.
Toutefois, si pour une raison quelconque le moteur de cir- culation G refuse de démarrer quand le mécanisme de réglage envoie de l'énergie au système, le liquide frigorigène pro- venant du condenseur peut tendre à engorger l'étage inférieur de la tuyauterie de l'évaporateur. Dans ces cas le ventilateur-
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F pourrait, en démarrant, être incapable de refouler le courant de gaz inerte à travers le système et aucun refroi- dissement ne se produirait. Dans certains cas le tuyau de purge 24 peut être omis,.la vitesse du gaz inerte étant suffisante pour lui permettre de balayer dehors le liquide frigorigène non évaporé ou tout autre liquide étranger tel que la solution d'absorption qui pourrait se frayer un passage dans l'évaporateur.
Le liquide contenu dans la conduite d'évaporateur et notamment dans les conduites;montantes 36, 57 et 38 exerce un effet d'étranglement marqué sur le courant de gaz inerte et cet effet d'étranglement est plus sensible aux basses pressions qu'aux hautes pressions. Ceci fournit au système un moyen de réglage automatique en fonction des variations de la température atmosphérique extérieure. Ainsi, quand la température atmosphérique s'élève, le rendement de l'absorbeur diminue et, par suite, la pression de vapeur d'ammoniaque du courant de gaz inerte débité par l'absorbeur diminue. Ceci signifie qu'une quantité donnée de gaz inerte recueille une plus faible quantité de vapeur d'ammoniaque, ce qui diminue la quantité de frigories disponibles.
D'autre part, une élévation de la température atmosphérique provoque un notable accroissement de la pression des fluides dans le système et un accroissement de la densité du gaz inerte.
Lorsque la densité du gaz inerte augmente, le ventilateur de circulation le fait circuler à une vitesse plus élevée.
Par suite, une élévation de la température at- mosphérique a pour effet de diminuer le rendement de l'absorbeur, mais provoque automatiquement la circulation d'une plus grande quantité de gaz inerte dans l'évaporateur, si bien que la capacité de réfrigération est maintenue dans toutes les conditions atmosphériques.
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En fonctionnement normal il n'est débité qu'une quantité de liquide frigorigène suffisante pour produire la quantité de frigories voulue dans l'évaporateur E, mais tout liquide qui peut ne pas être évaporé est emporté par la con- duite 13 vers le fond de l'absorbeur A où il se joint à la solution d'absorption concentrée.
La forme d'exécution de l'évaporateur représenté sur la fig.l est simple à fabriquer, étant donné que, comme le montre la fig.l, la conduite 35 et la conduite d'évaporateur comprenant les étages 25,26 et 27 et les éléments de conduite montants 36, 37 et 38 peuvent être faits d'un seul tuyau par une série d'opérations de cintrage. Des plateaux laté- raux et des rayons peuvent être attachés aux étages de la tuyauterie afin de recevoir des baquets pour la fabrication de glace et pour des fins analogues.
Au fur et à mesure que le gaz parcourt l'évaporateur de bas en haut et se charge progressivement de fluide fri- gorigène, l'intensité du refroidissement diminue et la tempé- rature s'élève. De cette façon, tandis qu'une température très basse convenant pour la formation de blocs de glace peut régner dans le fond de l'évaporateur, la température de la conduite de refroidissement à ailettes peut être au- dessus du point de congélation, de manière à diminuer ou empêcher la formation de givre.
L'appareil représenté sur la fig. 3 est dans ses grandes lignes analogue à celui représenté sur la fig.l et les éléments qui sont les mêmes dans les deux appareils ne seront pas décrits à nouveau. En outre, la forme générale de l'évaporateur est analogue à celle de la fig.l à cette exception près que l'étage inférieur 25 de la tuyauterie est remplacé par un étage 39 de tuyauterie de plus grande section , transversale. La forme de cet étage est la même que celle de
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l'étage 25., et il comprend comme l'autre,quatre branches parallèles 40, 41,, 42 et 43 raccordées entre elles pour former une double boucle.
L'autre différence entre l'évapora- teur de la fig.3 et celui de la fig.l consiste en ce que le tuyau 12 partant du condenseur débouche non plus dans le tuyau d'entrée 35 de l'évaporateur, mais dans le tuyau éléva- teur 36 situé entre l'étage inférieur et l'étage médian. En raison de la plus grande section transversale de l'étage inférieur 38 du tuyau, la vitesse du gaz dans cet étage est réduite et le liquide frigorigène peut y circuler en contre- courant par rapport au gaz.
De cette façon le liquide frigorigène arrivant du tuyau 12 se divise, une partie du liquide descendant dans l'étage inférieur en contrecourant par rapport au gaz inerte et l'autre partie étant entraînée de bas en haut par le gaz, à travers l'étage médian 26 et l'étage supérieur 27, dans la conduite de refroidissement à ailettes 28. La partie montante 36 du tuyau, située entre les étages médian et inférieur, est prolongée de haut en bas dans le tuyau de plus grans diamètre 42 de l'étage inférieur, suffisamment loin pour permettre au gaz inerte de supporter une colonne liquide dans la partie montante, de manière à assurer que le fluide frigorigène se divise dans les proportions appropriées.
Comme dans le montage de la fig.l, il peut être prévu un tuyau de purge 24 pour l'étage inférieur ou, comme alternative, la circulation de gaz peut suffire à évacuer de l'évaporateur tout liquide frigorigène ou liquide étranger et l'entraîner dans la conduite de refroidissement à ailettes 28 d'où il peut retourner à l'absorbeur.
La forme d'exécution de l'évaporateur représenté sur la fig. 3 convient pour être employée dans des cas où l'action du gaz inerte ne peut commodément être rendue
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suffisante pour élever le fluide frigorigène de la hauteur en- tière, du fond au sommet de l'évaporateur. Dans un tel cas la partie inférieure de l'évaporateur est située en-dessous du niveau du condenseur et le liquide y circule de haut en bas par gravité, tandis que la partie supérieure de l'évaporateur est alimentée de liquide entrafné à travers cette partie de bas en haut par le gaz.
L'appareil représenté sur la fig. 4 et la forme générale de l'évaporateur sont analogues à ceux représentés sur la fig.l et les éléments qui sont les mêmes sur les deux figures ne seront pas décrits à nouveau. Comme sur la fig.l, les trois étages 25, 26 et 27 ont tous la même section trans- versale, mais dans ce cas le tuyau 12 partant du fond du conden- seur débouche dans la branche arrière 34 de l'étage médian 26.
En outre,un tuyau de retour 45 va de haut en bas depuis l'extré- mité de sortie de la conduite de refroidissement à ailettes 28 jusqu'en-dessous de l'étage inférieur où on peut former un joint hydraulique, puis remonte à l'extrémité d'entrée de l'étage médian 26. Un tuyau d'embranchement 46 en forme d'U raccorde la partie inférieure du tuyau de retour 45 au tuyau d'entrée 35 de l'étage inférieur.
En fonctionnement normal le tuyau de retour 45 et le tuyau d'embranchement 46 en forme d'U sont tous deux obstrués par du liquide, de sorte qu'il n'y circule pas de gaz. Le liquide frigorigène est débité du condenseur, par le tuyau 12, dans l'étage médian 26 sensiblement en son milieu, et ce liquide est entraîné à travers la moitié de cet étage et l'étage supé- rieur 27 dans la conduite de refroidissement à ailettes 28.
Le liquide qui atteint l'extrémité de sortie de la conduite de refroidissement à ailettes 28, descend par le tuyau de retour 45, et comme la sortie du tuyau d'embranchement 46, débouchant dans l'entrée 35 de l'étage inférieur, est située plus bas que la
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sortie du tuyau de retour 45, débouchant dans l'étage médian, ce liquide frigorigène entre dans le tuyau d'entrée 35 et est entraîné à travers l'étage inférieur.
Lorsque l'appareil se met en marche aprèsque l'éva- porateur est devenu chaud, le tuyau de retour 45 et le tuyau d'embranchement en U 46 constituent une dérivation de gaz ser- vant à dériver une certaine quantité de gaz inerte qui autre- ment passerait à l'évaporateur. En raison de cette division du courant de gaz inerte en deux parties, la vitesse du gaz dans l'évaporateur est relativement faible et, par conséquent, le liquide frigorigène débité dans la branche arrière 34 de l'étage médian peut circuler dans les deux sens, une partie du liquide circulant en contrecourant par rapport au gaz jusqu'à ce qu'elle atteigne l'extrémité du tuyau de retour 45.
Le liquide afflue dans ce tuyau jusqu'à ce qu'il déborde dans le tuyau d'embranchement en U et, par delà celui-ci, dans l'étage inférieur de l'évaporateur.
Aussitôt que le liquide remplit le tuyau d'embranche- ment en U, il constitue un joint hydraulique fermant la dériva- tion pour le gaz inerte et obligeant le gaz à circuler à pleine vitesse à travers l'évaporateur. Le gaz tend alors à évaporer le liquide frigorigène dans l'étage inférieur de l'évaporateur et ensuite dans les étages suivants plus élevés, et emporte de bas en haut le liquide, débité par le tuyau 12, dans l'étage médian, dans l'étage supérieur et dans la conduite de refroidissement à ailettes 28. Pour assurer que tout liquide frigorigène soit évacué de cette conduite, elle peut être légè- rememt inclinée vers l'extrémité à laquelle est raccordé le tuyau de retour 45.
Dans le fonctionnement de cette forme d'exécution de l'évaporateur il a été observé que celui-ci se recouvre de givre uniformément sur toute son étendue, y compris la partie
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en forme d'U constituée par les branches 32 et 33 de l'étage médian et située entre les points de raccordement de cet étage avec le tuyau 12 partant du condenseur G et avec le tuyau de retour 45, encore que le fonctionnement exact de la réfrigération dans cette partie en forme d'U ne soit pas connu de manière certaine.
Si on le désire, un petit barrage 47 peut être disposé dans la branche 32 de l'étage 26 près du point de raccordement de cette branche avec une des extrémités du tuyau de retour 45. Ce barrage a pour effet d'accumuler une certaine quantité de liquide frigorigène quand l'appareil se met en marche et il sert aussi à accumuler du liquide contenu dans l'évaporateur et du liquide débité par le tuyau 12 après que le moteur G s'arrête. Sans ce barrage, le liquide descendrait dans l'étage inférieur 25 et quitterait celle-ci par le tuyau de purge 24.
Quand le mécanisme de réglage réenclenche l'élément de chauffe du bouilleur B et le moteur G du ventilateur F, cette quantité de liquide frigorigène accumulé s'évapore et produit ainsi un refroidissement pendant l'intervalle de temps compris entre l'actionnement du mécanisme de réglage et le moment où le système bouilleur-condenseur entre en plein fonctionnement.
Il est à observer que le liquide frigorigène est débité d'abord à l'étage médian 26 et que le gaz inerte pauvre est débité à l'étage inférieur 25. Ces deux étages fonction- nent en fait à de très basses températures. D'autre part, au moment où il atteint l'étage supérieur 27, le courant de gaz inerte est riche en fluide frigorigène en raison de re- froidissement qui s'est produit dans les étages plus bas 25 et 26. Par suite, l'évaporation se produit dans l'étage supérieur à une température plus élevée que dans les étages plus bas 25 et 26. La pression de vapeur y croft encore
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davantage, de sorte que l'évaporation qui se produit dans la conduite à ailettes 28 a lieu à une température encore plus élevée.
Il faut noter que seulement une fraction du liquide frigorigène atteint chaque fois l'étage inférieur 25. Le liquide qui atteint cet étage 25 s'évapore habituellement avant d'atteindre le tuyau de purge 24 qui, comme déjà in- diqué, est raccordé près de son extrémité de sortie. Tout liquide étranger, comme la solution d'absorption, ou tout excédent de liquide frigorigène atteint toutefois le tuyau de purge 24 et est évacué, comme d'ailleurs aussi tout li- quide frigorigène restant non évaporé dans l'étage inférieur
25, quand on ouvre le commutateur de l'appareil.
Le fait que seulement une fraction du liquide fri- gorigène atteint l'étage inférieur 25 aide aussi à régler les gammes de température dans les différents étages, étant donné que le gaz très pauvre entrant dans l'étage inférieur 25 n'est habituellement débité qu'avec la quantité de fluide frigori- gène requise pour produire le degré de refroidissement voulu, empêchant ainsi la. production de températures exagérément basses dans cet étage. Le gaz inerte atteignant l'étage médian
26 est suffisamment riche en vapeur frigorigène pour empêcher l'évaporation d'une trop grande quantité de liquide frigo- rigène débité à. cet étage. Par suite, dans cette forme d'exécution de l'évaporateur, la différence de température entre les étages 25, 26 est très faible.
Les formes d'exécution de l'évaporateur représentées sur les figs. 3 et 4 présentent toutes deux l'avantage de permettre de réduire au minimum la longueur de la conduite
12 dans les cas où il est utile que l'évaporateur soit pro- longé à une notable profondeur en-dessous du condenseur.
Les figs. 5 et 6 montrent des dispositions dans lesquelles le liquide ne s'élève pas sous l'action du gaz \
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dans l'évaporateur, mais est simplement propulsé à travers une conduite d'égal niveau et circule dans ses grandes lignes de haut en bas.
Sur la fig. 5, la disposition générale est la même que celle représentée sur les figures précédentes et on ne la décrira pas davantage. Toutefois, dans ce cas le condenseur est situé entièrement au-dessus de l'évaporateur et alimente par gravité la conduite de refroidissement à ailettes 28 qui est inclinée de manière à produire la circulation de liquide voulue sous l'effet de la gravité. En-dessous de la conduite de refroidissement à ailettes est situé un tuyau tortueux comprenant quatre parties horizontales ou étages 48, 49, 50 et 51 raccordés entre eux par des parties montantes 52, 53 et 54 et raccordés à la conduite de refroidissement à ailettes par la partie montante 55.
Le tuyau 35 partant de l'échangeur de chaleur de gaz mène à l'étage horizontal 48 de plus bas niveau, tandis que la sortie de la conduite de refroidissement à ailettes 28 est raccordée au tuyau 13 de l'échangeur de chaleur. De cette façon, le gaz est entrarné généralement de bas en haut à travers l'évaporateur et traverse tour à tour les étages horizontaux. Près de l'extrémité de sortie de gaz de chaque étage est aménagé un tuyau de raccordement en forme de J pour livrer passage au liquide vers les couches situées en-dessous. Ainsi, le liquide provenant de l'extrémité droite de la conduite de refroidissement à ailettes se rend par un de ces tuyaux de raccordement 56 dans l'étage supérieur 51 à travers lequel il est entraîné de droite à gauche.
A l'extrémité gauche de cet étage, il se rend de haut en bas, par un tuyau de raccordement 58 en forme de J, dans l'étage
50 où il est balayé de gauche à droite pour passer par le tuyau 56 en forme de J dans l'étage 49. Dans celui-ci, à nouveau, il est balayé par le gaz de droiteà gauche et se
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rend par un tuyau de raccordement 58 en forme de J dans l'étage inférieur 48 où il est balayé de gauche à droite, et tout liquide atteignant l'extrémité droite de l'étage infé- rieur est évacué par le tuyau de purge 24.
Dans chacun des tuyaux de raccordement en forme de J il se forme un joint hydraulique, et près de l'extrémité inférieure de chacun d'eux il est prévu, dans la conduite de balayage, un barrage 57 empêchant le liquide de descendre directement dans l'étage. situé en-dessous.
La disposition représentée sur la fig. 6 est dans , ses grandes lignes analogue à celle représentée sur la fig.5, excepté que l'évaporateur est représenté comme ayant deux étages coudés chacun en forme d'U, et que le liquide arrivant du condenseur est débité au plus haut de ces étages et monte à la conduite de refroidissement à ailettes sous l'action d'une pompe à émulsion. L'étage inférieur 59 et l'étage supérieur -60 de la conduite de balayage sont représentés comme comprenant chacun deux branches latérales 30 et 33 et une branche arrière 34.
Ils communiquent entre eux par une partie montante 61, tandis que l'étage supérieur com- munique avec la conduite de refroidissement à ailettes par une partie montante 62 en forme de L.,Le tuyau 12 partant du condenseur débouche dans la branche arrière 34 de l'étage supérieur où débouche également une des extré- mités 65 d'un tuyau 64 en forme de J, faisant office de pompe à émulsion allant à l'extrémité supérieure de la conduite de refroidissement à ailettes 28. La pompe à émulsion est alimentée par un tuyau 66 communiquant avec le tuyau de refoulement 16 du ventilateur.
De cette façon, lorsque du liquide frigorigène est débité par le tuyau 12, une certaine partie en est abalayée à travers la branche 33 de l'étage supérieur, tandis que le restant est élevé par la pompe à
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émulsion dans la conduite de refroidissement à ailettes 28.
L'extrémité inférieure de cette conduite est raccordée par un tuyau 67, faisant en fait office de tuyau de raccordement en forme de J, à l'extrémité de l'étage supérieur, près du tuyau montant 61, de manière à débiter du liquide frigorigène dans l'extrémité d'entrée de gaz de cet étage. Le liquide attei- gnant l'extrémité de sortie de cet étage se rend par le tuyau de raccordement 68 en forme de J dans l'étage inférieur à travers lequel il est balayé par le gaz vers l'extrémité de sortie où tout liquide restant passe à l'extérieur par le tuyau 24.
Dans les dispositions des figs. 5 et 6, comme déjà mentionné ci-dessus, le liquide n'est pas élevé par l'action de balayage ou d'entraînement du gaz inerte circulant sur le liquide, mais il est simplement balayé à travers une conduite d'égal niveau. Une pareille disposition peut être particuliè- rement utile quand la conduite d'égal niveau est anormalement longue et tortueuse, et il faut observer qu'au lieu de la disposition relativement simple représentée sur les figs. 5 et 6, chaque étage pourrait comporter une double boucle tubu- laire comme sur les figs. 1 à 4 ou même avoir une forme plus longue, compliquée et tortueuse. Dans certains cas l'évapora- teur peut être aménagé dans un rayon séparant entre eux des compartiments supérieur. et inférieur d'une armoire frigo- rifique.
Dans ce cas il est généralement avantageux d'em- ployer un serpentin évaporateur horizontal qui est si long et tortueux qu'il ne serait guère possible de compter sur la gravité pour y produire une circulation de liquide adéquate.
Grâce à la présente invention, on peut faire circuler le liquide efficacement dans un tel serpentin sous l'effet de balayage ou d'entraînement du gaz inerte circulant sur le liquide, et l'évaporateur continue à fonctionner de manière
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satisfaisante même quand on l'incline de quelques degrés sur l'horizontale.
Les figs. 7, 8 et 9 montrent des dispositions dans lesquelles l'invention.est appliquée à l'absorbeur. L'appareil comporte les mêmes éléments principaux que dans les disposi- tions déjà décrites.
Dans la disposition représentée sur la fig. 7, la solution d'absorption riche provenant de l'absorbeur 1 passe à travers un échangeur de chaleur 69 et un tuyau 70 dans l'analyseur D. Depuis le bouilleur la solution d'absorption pauvre circule dans un tuyau 71 qui traverse l'échangeur de chaleur 69 et qui peut aussi comporter des ailettes de re- froidissement aérées 72, puis la solution d'absorption entre dans un réservoir de solution d'absorption pauvre 73.
Du réservoir 73 la solution est entraînée de bas en haut à travers l'absorbeur A conformément au principe de l'invention. A cet effet, le tuyau de refoulement 74'-du venti- lateur F se termine par une tuyère courbe 75 disposée en- dessous du niveau de liquide normal dans le réservoir 73 et faisant saillie dans l'extrémité inférieure d'une conduite d'absorbeur 76. Le ventilateur débite un courant de gaz inerte à vitesse élevée par la tuyère 75 et ce gaz entraîne de bas en haut la solution d'absorption pauvre à travers la conduite d'absorbeur 76 jusque son extrémité supérieure.
En cet endroit le gaz se sépare du liquide et s'élève par un tuyau 77 menant à un échangeur de chaleur 78 d'où il passe dans 1'-extrémité inférieure de l'évaporateur. Entretemps le liquide descend par un tuyau 79 dans l'échangeur de chaleur de liquide 69 et par delà celui-ci, retourne à l'analyseur et au bouilleur..Le gaz inerte sortant de l'évaporateur retourne au ventilateur F par un tuyau 80.
Dans la disposition représentée sur la fig.7, l'éva- porateur ne constitue pas une forme d'exécution de l'invention,
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mais pour permettre d'employer une disposition dans laquelle le fond du condenseur est situé plus bas que le sommet de l'évaporateur, il est prévu une pompe à émulsion. Par exemple, un tuyau 81 raccordé au tuyau de refoulement 74 du ventilateur mène au tuyau montant 82 reliant le fond du condenseur au sommet de l'évaporateur. De cette façon on dérive du gaz qui sert à élever du liquide frigorigène du fond du conden- seur au sommet de l'évaporateur.
Le tuyau 81 est coudé de manière à avoir une partie 84 en forme d'U renversé, comme indiqué, afin d'empêcher le liquide frigorigène de retour- ner dans le circuit de la solution d'absorption et d'être soufflé dans l'absorbeur, et le tuyau 82 est coudé de manière à constituer un joint hydraulique en vue d'empêcher le gaz inerte de passer dans le condenseur. Un raccord égalisateur de pression ou évent 83 est disposé entre une partie du condenseur et le point le plus élevé du tuyau 81 pour évacuer du condenseur tout gaz inerte. Un tuyau de purge 86 mène de la partie inférieure du condenseur à une partie du circuit de liquide d'absorption oà la solution est riche, de manière à empêcher que le niveau de liquide dans le condenseur s'élève au-dessus du point le plus haut du tuyau 81.
La solution d'absorption pauvre contenue dans le réservoir 73 est entraînée de bas en haut à travers la con- duite d'absorbeur 76 sous l'action du gaz inerte parcourant la conduite, la solution circulant dans le même sens que le gaz, mais à une vitesse moins élevée. La solution pauvre subit une très forte agitation et a souvent la forme de particules relativement fines qui sont projetées par reprises les unes contre les autres et contre la paroi de la conduite d'absorbeur 76.
Si on le désire, un petit orifice de réglage 86 peut être ménagé dans l'extrémité inférieure de la conduite
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d'absorbeur 76 près de la tuyère 32 pour régler l'allure de circulation du fluide égalisateur de pression et du liquide d'absorption dans la conduite d'absorbeur 76.
La fig. 8 montre une disposition dans laquelle tant l'évaporateur que l'absorbeur constituent des formes d'exécution de l'invention. L'évaporateur comporte un tuyau tortueux représenté schématiquement en 87, dans l'extrémité inférieure duquel le tuyau 12 débite du liquide frigorigène du condenseur. Un petit barrage 88 est représenté à l'extré- mité inférieure de l'évaporateur et il sert à empêcher le liquide de s'échapper en fonctionnement normal et à en accu- muler une certaine quantité quand l'appareil est arrêté.
Le ventilateur débite le gaz inerte par un tuyau 89 dans l'extré- mité inférieure de l'évaporateur d'où il entraîne le liquide de bas en haut dans la conduite de refroidissement à ailettes 28 pour parcourir ensuite le tuyau 90 qui est en relation d'échange thermique avec le tuyau 89. En pratique, l'évapora- teur peut être le même que celui représenté sur la fig.l, 3 ou 4.
Le tuyau 90 débouche dans l'extrémité inférieure d'une des sections de l'absorbeur, constituée par un tuyau tortueux à ailettes 91, de section transversale relativement importante, dans lequel le gaz circule en contrecourant par rapport à la solution d'absorption. De l'extrémité supérieure de cette section le gaz descend par un tuyau 93, qui peut être garni d'ailettes de refroidissement, dans un réservoir de solution d'absorption 73 par lequel il se rend dans l'extrémité inférieure d'une autre section de l'absorbeur constituée par un tuyau tortueux 92 de section transversale relativement petite.
La solution d'absorption pauvre quittant le bouilleur est débitée par le tuyau 72 dans le réservoir 73. Le gaz parcourant ce réservoir emporte le liquide dans la conduite
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d'absorbeur 92 où la circulation de gaz amène le liquide à se rendre de bas en haut à l'extrémité supérieure de l'absorbeur, conformément au principe de l'invention. A l'extrémité supérieure de l'absorbeur le gaz est aspiré par le ventilateur F et débité par le tuyau 89 dans l'évaporateur, comme déjà spécifié. Le liquide se sépare du gaz dans une chambre séparatrice de gaz 95 adjacente au ventilateur, de laquelle il passe par un tuyau 96 dans la partie ou section
91 de l'absorbeur, où il descend en contrecourant par rapport au gaz, comme déjà spécifié.
Du fond de la section 91 de l'absorbeur le liquide retourne à l'analyseur par un tuyau
94 qui est en relation d'échange thermique avec le tuyau 72.
La section 92 de l'absorbeur fait office d'absor- beur préalable et de pré-refroidisseur pour la solution en raison du très grand rapport de sa surface d'élimination de chaleur à la quantité de chaleur à dissiper. La section
91 de l'absorbeur porte le conduit d'absorption principal et fonctionne à une température plus élevée que la section 92.
La fig. 9 montre un absorbeur à deux sections dis- posé un peu autrement dans un appareil qui sous d'autres rapports est analogue à celui de la fig. 6. Dans ce cas le gaz inerte riche quittant le sommet de l'évaporateur par le tuyau 90 se rend directement dans le réservoir de solution pauvre 73 auquel la solution pauvre est débitée du bouilleur comme sur la fig. 6 par un tuyau 72. Ce tuyau peut être garni d'ailettes 97 refroidies par l'air. Du réservoir de solution pauvre, le liquide est emporté par le courant de gaz de bas en haut à travers une section 98 de l'absorbeur, cons- tituée par un tuyau coudé sinueusement, et entre dans une chambre séparatrice de gaz 99.
De cette chambre le gaz descend par un tuyau 100 dans l'extrémité inférieure d'une deuxième section 101. de l'absorbeur, constituée par un tuyau coudé
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sinueusement et ayant une plus grande section transversale.
De l'extrémité supérieure de cette section de l'absorbeur le gaz est aspiré par un tuyau 103 dans l'entrée du ventilateur qui le débite par le tuyau'89 dans l'évaporateur, comme sur la fig. 8.
Le liquide quittant la chambre séparatrice de gaz 99 se rend par un tuyau 102 dans l'extrémité supérieure de la section 101 de l'absorbeur, à travers laquelle il descend en contrecourant par rapport au gaz jusqu'au fond où il entre dans un tuyau 94 retournant à l'analyseur et au bouilleur.
La section 98 de l'absorbeur fait office d'absor- beur à température élevée, et du fait que la solution d'absorption pauvre provenant du bouilleur s'y mélange inti- mement au gaz inerte riche provenant de l'évaporateur, une notable partie de l'absorption a lieu dans cette section, qui est construite pour rejeter une importante proportion de la chaleur d'absorption. De cette façon, le procédé d'absorption peut s'effectuer complètement à une température relativement peu élevée dans la deuxième section 101 de l'absorbeur dans laquelle le gaz et le liquide circulent en contrecourant.
Sur les deux figs. 8 et 9 le réservoir de solution pauvre 73 est aménagé pour retenir une masse de solution d'absorption peu profonde et à grande surface, en vue d'em- pêcher que de légères fluctuations du niveau de la solution dans-le système bouilleur analyseur fassent descendre le niveau de la solution en-dessous de l'extrémité inférieure de la conduite d'absorbeur et arrêtent ainsi la circulation de la solution d'absorption et l'absorption de la vapeur frigorigène. En outre.. chaque réservoir 73 comporte une partie effilée 104 pour assurer qu'il y ait à tout moment de la solution d'absorption dans une région de vitesse de
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gaz relativement élevée, indépendamment des faibles fluctu- ations de niveau.
Grâce à la construction, à la disposition et à la capacité du réservoir 73, des conditions anormales passagères du système, influant sur le niveau dans le bouilleur, n'exercent que peu ou pas d'effet sur le niveau de liquide dans le réservoir, et par conséquent l'allure de circulation de la solution d'absorption est sensiblement constante et n'est influencée que par la vitesse du ventilateur et par la pression régnant dans le système.
Dans la conduite d'absorbeur de la fig. 7 et dans les conduites d'absorbeur constituant les sections 92 et 98 de l'absorbeur des figs. 8 et 9, l'action du courant de gaz inerte est, comme on l'a déjà spécifié notamment à propos de la conduite d'évaporateur de la fig.l, une fonction de la densité, de la pression et de la vitesse de circulation dans la conduite. Ainsi, quand le gaz inerte est l'azote, on a constaté qu'un courant d'azote propulsé fait circuler le liquide de bas en haut dans une conduite d'absorbeur ayant un diamètre intérieur d'environ 12,7 mm.,sous une différence de pression comprise entre 5 et 10 centimètres d'eau entre les raccords d'entrée et de sortie de la conduite d'absorbeur, et avec une pression totale du système comprise entre 19 et
28 atmosphères.
Dans les conditions qui viennent d'être citées il a été trouvé que le liquide circule en contrecourant par rapport au courant d'azote dans une conduite telle que la section d'absorbeur à contrecourant 91 de la fig.8 et dans la section 101 de la fig. 9 si la conduite dont est constituée cette section d'absorbeur a un diamètre intérieur d'environ
25 mm. ou davantage. C'est pourquoi, comme on l'a déjà indiqué, la conduite constituant les sections d'absorbeur à contrecourant 91 (fig. 8) et 101 (fig. 9) a une plus grande section transversale que la conduite d'absorbeur constituant les sections d'absorbeur 92 (fig.8) et 98 (fig.9).
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Il n'est pas nécessaire que la conduite dans laquelle le liquide est entraîné de bas en haut par le gaz soit de section transversale constante sur toute sa longueur. La conduite peut avoir une section transversale variable et peut, en certains endroits, avoir une si grande section transversale que la circulation de gaz n'exerce que peu ou pas d'effet sur le liquide. Le liquide peut traverser ces endroits par gravité ou sous l'effet de la force vive qui lui a été imprimée dans la partie précédente de la conduite, dont la section transversale est suffisamment faible pour obliger la circulation de gaz à agir sur le liquide de manière à lui imprimer le mouvement.
Sur les dessins annexés le liquide est représenté comme étant entraîné de bas en haut par la circulation de gaz dans un absorbeur ou dans un évaporateur, ou dans les deux, mais dans certains cas l'effet produit par le gaz sur le liquide pourrait revenir simplement à déplacer le liquide d'un endroit de l'appareil vers un autre, notamment pour l'élever depuis un endroit de l'appareil jusqu'en un endroit plus élevé.
Il est à noter que l'invention n'est pas limitée à la construction et à la disposition particulières décrites à titre d'exemple, ni aux fluides spécialement indiqués pour y être employés; par exemple, la vapeur d'un second fluide frigorigène, comme le propane, peut être employée comme fluide égalisateur de pression et propulseur de fluide fri- gorigène, ou l'hydrogène peut être employé comme gaz inerte, encore qu'il faudrait alors une vitesse ou unepression notablement plus élevée pour exercer le même effet d'en- traînement sur le liquide.
D'autre part, l'un ou l'autre des évaporateurs balayés de gaz, représentés sur les figs. 1 à 6, peuvent
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être employés en combinaison avec l'un ou l'autre des absor- beurs balayés de gaz, représentés sur les figs. 7 à 9.
REVENDICATIONS
1.- Appareil frigorifique à absorption, comportant une conduite pour la circulation de liquide et de gaz, dite conduite de balayage, et un dispositif pour produire dans cette conduite une circulation du gaz à une vitesse telle qu'une circulation du liquide, à une vitesse inférieure à celle du gaz, soit produite dans la conduite par l'effet de balayage ou d'entraînement du gaz circulant sur le liquide.
2. - Appareil frigorifique à absorption, comportant une conduite montante pour la circulation de liquide et de gaz, dite conduite de balayage, et un dispositif pour produire dans cette conduite un courant de gaz ascendant, à une vitesse telle que le liquide soit entraîné de bas en haut, dans un état de turbulence, à une vitesse sensiblement inférieure à celle du gaz.
3.- Appareil frigorifique à absorption, comportant une conduite sensiblement horizontale, dite conduite de balayage, dans laquelle des courants de gaz et de liquide distincts circulent en contact l'un avec l'autre, et un dispositif pour produire dans cette conduite un courant de gaz à une vitesse suffisante pour entrafner le liquide à travers la conduite par l'effet d'entraînement ou de balayage du gaz circulant sur sa surface, même si l'appareil est légèrement incliné de manière à s'opposer à ce courant.
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