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Echangeurs de chaleur de gaz pour appareils réfrigérateurs à absorption.
@ La présente invention a pour objet des perfectionnements aux appareils réfrigérateurs à absorption du type à cycle con- tinu fonctionnant avec l'aide d'un gaz inerte,, et elle concerne plus particulièrement des échangeurs de chaleur de gaz compor- tant deux chambres extrêmes entre lesquelles s'écoule l'un des courants gazeux au travers d'un ou de plusieurs tubes passant dans une chemise ou enveloppe de préférence soudée aux dites chambres extrêmes à et dans laquelle s'écoule le second cou- rant gazeux.
Le but de l'invention est de fournir un échangeur de cha- leur de gaz qui soit apte à faciliter le drainage de l'un des courants de gaz nécessaires dans de semblables échangeurs, l'ap-
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pareil étant d'ailleurs considérablement simplifié et pouvant aisément être fabriqué en série et économiquement.
Dans les échangeurs de chaleur du type en question, il est bien connu que l'on élimine, par drainage, l'agent d'absorption qui se condense dans les chambres extrêmes hors du courant de gaz chaud qui se rend de l'absorbeur dans le courant de gaz riche et froid, lequel passe à l'intérieur de l'enveloppe en traver- sant de petits orifices ménagés dans les cloisons qui séparent les chambres extrêmes de l'enveloppe, les deux courants de gaz se trouvant'de la sorte séparés ou sélectionnés. Dans ce cas, les orifices ont une dimension telle qu'ils arrivent à se bou- cher, une pellicule liquide empêchant tout passage de gaz. Dans les appareils qui contiennent de l'ammoniaque et de l'eau, le liquide à éliminer par purge ou drainage est constitué par de l'eau condensée pure, qui ne contient aucun agent protecteur contre les corrosions.
Il suit de là qu'au cours des années, il se produit de la rouille à l'endroit des orifices, si bien que les trous peuvent être complètement chargés de cette rouil- le et que du liquide s'accumule progressivement dans les chan- bres extrêmes en influençant la circulation du gaz.
D'autre part, on sait également qu'il a été proposé, en vue du drainage, de relier les cha.mbres extrêmes à l'enveloppe par l'intermédiaire de tubes en U. Ceci exige que l'on ménage dans l'échangeur de chaleur des trous spéciaux et que l'on fixe en place, par soudure, les tubes en U. En outre, après un em- ploi continu pendant plusieurs années, ces tubes en U n'assurent plus un fonctionnement parfaitement sûr, étant donnéque leur joints les plus bas peuvent s'obstruer, non seulement du fait de la formation de rouille, mais encore à raison des particules qui se détachent des soudures internes pendant le transport de l'appareil.
Il résulte de là qu'en dépit du surcroît de dépense occasionné par les opérations de perçage et de soudure, on aboutit à une construction qui ne procure aucune certitude de bon et régulier fonctionnement.
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De plus, avec des échangeurs de chaleur qui font saillie, par leur extrémité froide, à l'intérieur de l'armoire réfrigé- ratrice, le tube en U formant drain et qui pend, rend plus dif- ficile l'engagement de l'évaporateur pour sa mise en place dans l'armoire et enfin dans l'armoire elle-même, la présence d'un semblable tube en U donne lieu à la formation de recoins et d'organes d'un accès difficile pour le nettoyage.
Dans le cas d'échangeurs de chaleur verticaux, il a été proposé de terminer le conduit pour l'un des courants de gaz par un puits formant joint liquide et qui permet le drainage du liquide, mais continue d'assurer la séparation des courants de gaz. Toutefois, ce mode de construcon n'a pas, jusqu'ici, été applicable avec les échangeurs de chaleur de gaz disposés hori- zontalement, encore que ce mode de drainage soit celui qui, dans la pratique, soit le plus efficace contre,les arrêts de fonctionnement et la formation progressive de rouille.
Conformément à la présente invention, un échangeur de cha- leur disposé horizontalement est établi, dans lequel les dispo- sitifs, qui servent à la translation des courants de gaz entre quoi s'opère la transmission de chaleur, communiquent entre eux dans le but d'éliminer le condensat hors du courant gazeux le plus chaud au travers de joints liquides qui maintiennent les courants de gaz séparés l'un de l'autre et qui comportent un semblable joint formé dans une dépression contenant du li- quide pendant le fonctionnement, une cloison, où est ménagé un orifice, permettant de séparer les deux courants de gaz et plongeant dans le liquide que contient la dépression.
De préférence, la section transversale de l'échangeur, aux endroits où les éléments sont réunis entre les chambres ex- trêmes et l'enveloppe de l'échangeur, sera de forme non-circulaire et pourra avantageusement être de forme ovoïde ou analogue.
L'invention est décrite ci-après plus en détail, référence étant faite au dessin annexé, dans lequel:
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Les fig. 1 et 2 montrent chacune un échangeur de chaleur de gaz conforme à l'invention pour des appareils réfrigérateurs à absorption fonctionnant, par exemple, avec de l'eau, de l'am- moniac et de l'hydrogène; dans ces deux exemples, l'appareil est horiaontal, mais la disposition est différente par rapport à l'évaporateur.
Les fig. 3 et 4 montrent des détails, à plus grande échelle.
Le gaz dilué, qui s'écoule en venant de l'absorbeur (non représenté), passe par un conduit 10 pour arriver dans une cham- bre extrême 11 d'un échangeur de chaleur de gaz 12. La cham- bre extrême 11 est constituée par une cloison 13 et un chapeau 14 qui, dans l'exemple de réalisation représenté, sont l'une et l'autre soudés par une seule et même opération à l'envelop- pe tubulaire 12 de l'échangeur de chaleur. Dans la cloison 13, sont montés, de façon étanche, à l'air, comme le montre la fig.
4 plusieurs tubes de section transversale ovale et qui, à leur extrémité opposée, sont supportés par la paroi opposée 14 de la chambre extrême de gauche 17. Le gaz dilué s'écoule depuis la chambre de droite 11, au travers des tubes 15, et pénètre de là dans la chambre extrême 17. A partir de là, le gaz dilué s'échappe par le conduit 18 pour se rendre dans un éva- poràteur 19 en forme de serpentin, dans lequel de l'agent ré- frigérateur liquide pénètre par l'extrémité supérieure, au travers d'un conduit 20.
Le gaz riche, formé dans l'évaporateur, s'écoule au tra- vers du conduit 21 dans l'espace annulaire 22 fermé par l'en- veloppe de l'échangeur de gaz et où il vient en contact avec les tubes 15, le gaz dilué se trouvant de la sorte préalablement refroidi. Le gaz riche s'écoule par le conduit 23 pour retour- ner dans le récipient collecteur de l'absorbeur (récipient non représenté).
En vue de produire l'échange de chaleur le plus efficace, on dispose l'enveloppe tubulaire 12 de l'échangeur de chaleur de gaz aussi près que possible autour des tubes 15, et cette
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enveloppe est quelque peu élargie à ses extrémités, comme cela est indiqué en 25, dans le but de faciliter l'assemblage avec les tubes 18, 21,' 23 et 24. @insi que le montrent claire- ment les fig. 2 et 4, la partie élargie 25 de l'enveloppe 12 et les chapeaux extrêmes 14 sont déprimés vers l'extérieur sur leurs faces inférieures pour la constitution d'un prolonge- ment 27.
La cloison 13 a une forme ovale ou analogue, et elle est pourvue, à son extrémité inférieure, d'un orifice 26, en forme de boutonnière dont 'la section verticale axiale aura, de préférence, )+ mm. mais aura au minimum 1 mm. de hauteur; la largeur de 1?orifice correspondra à la largeur latérale des deux saillies ou prolongements 27. Le plateau 13 ainsi formé, est, au cours de la construction de l'échangeur de chaleur, soudé, en une seule opération, à l'enveloppe 12 et à la cham- bre extrême 14 et il convient qu'à cet effet, la bande 30 à souder ait au moins 2 mm. de largeur.
On constitue, du fait de cette construction, une manière de puits, dans lequel peut être ménagé un passage 26 de dimension suffisante afin qu'il reste libre et né soit pas bloqué par de la rouille ou des encrassements ou même lors du soudage, des éléments de l'échan- geur entre eux, ce passage assurant une séparation plus cer- taine entre les deux courants de gaz.
Lorsque l'on met tout d'abord¯en marche l'appareil re- présenté sur la fig. 1, les deux orifices 26 sont ouverts et exposés de manière qu'au moment où du liquide réfrigérateur s'écoulera dans l'évaporateur 19, il ne se produira .aucune circulation de gaz, vu que les deux trajets pour les gaz com- muniquent alors entre eux au travers des orifices 26. Tout condensat qui entre dans l'évaporateur mais sans s'y évaporer à raison de l'absence de toute circulation de gaz, s'écoule ain- si au travers du conduit 21 dans l'espace annulaire 22 de l'é- changeur de chaleur de gaz et remplit tout d'abord le puits de gauche 27 dudit échangeur de chaleur, ce qui a pour effet de recouvrir l'orifice par du liquide réfrigérateur.
Si même,
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à ce moment-là, la circulation de gaz n'a pas lieu, étant donné que le puits de droite n'est pas encore chargé de liquide le condensat remplit également l'élargissement ou excavation 25 et s'écoule au travers de l'échangeur de chaleur, très légè- rement incliné de la façon usuelle, pour se rendre dans le puits de droite, obturer ou recouvrir l'orifice 26 de la. cloison 13 et s'écouler ensuite par le conduit 23.
Il suit de là que, du fait que le liquide réfrigérateur s'évaporant dans le conduit 23 et dans l'évaporateur 19 ainsi que dans le conduit 21 se charge de gaz lourd, la colonne de gaz riche devient à coup sûr plus lourde que le gaz dans le conduit pour le gaz dilué, si bien que la circulation du gaz commence. L'opération se poursuivant, une partie de l'agent . d'absorption va alors se condenser dans la chambre extrême 14 et se condenser aussi sous la forme de liquide dans les tubes
15.
Le condensat formé dans les tubes 15 reflue en arrière, à raison de la légère inclination, vers la chambre extrême 14, si bien que l'agent réfrigérateur liquide déposé dans le puits de droite, se trouve progressivement remplacé par de l'agent liquide d'absorption, toute nouvelle quantité d'agent liquide d'absorption condensé s'écoule dès lors au travers de l'orifi- ce 26 et par le conduit 23 et retourne pour rentrer dans le cy- cle de la solution d'absorption.
Il résulté de là ce grand avantage que l'agent liquide d'absorption, dans le conduit 23, s'évapore en majeure partie et que, par conséquent, le gaz riche se sature de vapeur d'eau en quantité correspondant à sa température. C'est là un point important qui assure que, lors de l'entrée du gaz riche dans l'absorbeur, il se produit immédiatement une absorption de la. vapeur d'agent réfrigérateur dans la solution d'absorption.
S'il.en était autrement, si le gaz riche était sec en entrant dans l'absorbeur, il se produirait une vaporisation du liquide d'absorption chaud dans la vapeur sèche.
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L'agent réfrigérateur, accumulé dans le puits situé à gauche de la figure, s'évapore graduellement pendant le fonctionnement, ce qui fait que dans la saillie 27 de l'échan- geur, il ne restera éventuellement que du liquide réfrigéra- teur pour obturer l'orifice 26. Si le liquide réfrigérateur nécessaire pour le remplissage de cet orifice venait à s'é- vaporer également, il s'établirait une fuite entre les bran- ches de la circulation de gaz, ce qui déterminerait automati- quement une insuffisante évaporation d'agent réfrigérateur dans l'évaporateur, ce qui aurait pour conséquence que l'agent réfrigérateur qui s'écoulerait alors par trop-plein hors de l'évaporateur reboucherait immédiatement à nouveau l'orifice 26.
La fig. 2 montre une forme de réalisation dans laquelle il se produit une circulation contraire des agents dans l'éva- porateur. Dans ce cas l'agent réfrigérateur liquide qui sort du conduit 20 pour se rendre dans l'évaporateur 19, lors de la mise en marche de l'appareil, s'écoule dans la chambre extrême 17, obture l'orifice 26 de gauche et s'élève jusqu'à ce qu'il remplisse la dépression 25, puis il s'écoule, au travers du tu- be de l'enveloppe de l'échangeur de chaleur, pour se rendre dans le puits de droite.
Là, il obture également l'orifice 26, puis s'écoule par trop-plein dans le conduit 23, et comme la longueur de celui-ci surpasse celle de la somme des spires 19 de l'évaporateur et augmentée de la longueur du tube 21, il s'opère, dans l'évaporateur, une circulation de gaz à contre- courant. Le gaz riche retourne en descendant au travers du con- duit 18 et de l'espace annulaire 22 limité par l'enveloppe de l'échangeur de chaleur, pour se rendre, par le conduit 23, dans l'absorbeur.
Dans ce'cas aussi, tout condensat qui, lors de la mise en marche se trouve dans la chambre extrême 14, est progressi- vement déplacé par de l'agent d'absorption qui se condense dans l'échangeur de chaleur de gaz. Ce liquidé s'évacue, au
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travers du conduit 23, dans le récipient collecteur de l'absorp- bèur. Tout liquide réfrigérateur, qui se trouverait dans la chambre extrême 17 et dans le puits de gauche correspondant, s'évapore jusqu'au résidu restant dans le puits 27 et, si celui-ci s'évapore, il est automatiquement remplacé vu que du fait de la fuite de gaz produite entre les branches du cycle gazeux, de l'agent réfrigérateur, non évaporé, afflue en pro- venante de l'évaporateur.
L'effet de contre-courant, dans le dispositif suivant la fig. 2, montre clairement combien il est important avec une sé- paration mieux assurée des courants de gaz dans l'échangeur horizontal, de déterminer avec certitude un écoulement par trop- plein du liquide et qui ne peut être empêché par des encombre- ments possibles jusqu'ici avec les orifices étroits dans les cloisons ou avec les liaisons usuelles par tubes enU. En pa- reil cas, un arrêt par obstructeur agirait du côté de l'évapo- rateur de l'échangeur de chaleur de gaz, si bien que la circu- lation de gaz serait impossible à amorcer, tandis que l'agent réfrigérateur liquide qui s'écoulerait dans la chambre extrême 17, serait empêché de passer dans le conduit 23 et d'assurer la mise en route de la circulation de gaz.
La construction d'un échangeur de chaleur conforme à l'in- vention est pratiquement d'une très particulière simplicité, tandis que l'on procède à l'élargissement mécanique du tube 22 formant l'enveloppe, en vue de la formation de la dépression 25, on forme en même temps, par estampage,la saillie 27. D'autre part, la chambre extrême 14, établie en tôle appropriée, est, à la presse, pourvue de la saillie correspondante, cependant que. le plateau 13 est estampé de la. manière usuelle. Ces trois éléments sont ensuite assemblés entre eux par une seule et même opération de soudure. Ce mode de construction assure la production d'un grand orifice pour le passage du liquide avec une séparation plus certaine des courants de gaz.
Comme l'ori- fice 26 se trouve pendant l'opération toute entière, disposé
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sous du liquide et ne vient par suite pas en contact avec de l'air tout danger de rouille en dépit de l'absence, dans le li- quide, d'un agent protecteur contre les corrosions, se trouve, de ce fait, considérablement réduit. D'un autre côté, les obs- tructions par des particules de crasse, telles qu'il s''en pro- duit avec les tubes en U, ne sauraient avoir lieu, vu que de semblables particules peuvent évidemment être plus facilement éliminées hors des petites cloisons 13 que hors de tubes en U étroits.
Pour des raisons pratiques, il peut être recommandable, ainsi que le montre la fig. 3, d'amener le tube 23 à faire saillie légèrement, d'environ 1 à 2 mm. à l'intérieur de l'é- panouissement 25 du tube 12-de l'enveloppe, afin que, même avec des arrêts prolongés dans le fonctionnement et en particulier en démarrant avec contre-courant dans l'évaporateur, l'obtura- tion de l'orifice 26 de la chambre 14 se trouve assurée avant que l'agent réfrigérateur liquide puisse déborder et s'écouler dans le conduit 23 et déterminer la circulation de gaz et afin que l'orifice 26 se trouve en toute certitude constamment au- dessous du niveau du joint de liquide.
Il faut toutefois que le tube 23 ne fasse pas suffisamment saillie à l'intérieur de l'échangeur de chaleur pour donner lieu à un plus ou moins grand étranglement du passage pour le gaz en venant en contact avec les tubes 15. Pour plus de clarté du dessin, les tubes 15 et l'enveloppe 12 ont été représentés avec des espacements re- latifs plus grands que ceux qui sont employés dans la pratique.
Dans le but d'améliorer l'échange de chaleur, il convient de donner aux tubes 15 par rapport à l'enveloppe 12, des dimen- sions telles qu'il ne subsiste entre eux que le plus petit in- tervalle possible.
L'invention n'est évidemment pas limitée aux formes de réalisation représentées. Elle pourra être en particulier uti- lisée dans les échangeurs horizontaux où l'élément logé à l'ex- térieur de l'armoire réfrigératrice proprement dite est pourvue d'une protection contre'les condensations de vapeur d'eau atmos-
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phérique. Il va de soi que les directions des courants de gaz seront interchangeables.