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Evaporateur tubulaire creux pour frigorifères à absorption et à pression équilibrée.
Cette invention a comme objet un évaporateur tubulaire creux à températures différentiées pour frigorifères à absorption et à pression équilibrée.
Actuellement pour obtenir dans les appareils frigorifiques à absorption et à pression équilibrée, la production du froid à températures différentes, nécessaires soit à une production rapide de la glace, soit au refroidissement modéré de l'air de la chambre frigorifique, on emploie deux évaporateurs à serpentins, distincts, alimentés en parallèle avec du fluide réfrigérant et traversés l'un après l'autre par l'hydrogène qui fonctionne comme gaz auxiliaire équilibrateur de la pression.
Les deux évaporateurs forment ainsi un seul complexe, constitué par deux spirales, placées l'une dans l'autre et dont
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l'intérieure, traversée la première par le gaz auxiliaire,produit le froid à basse température tandis que l'extérieure qui est traversée la dernière par le gaz auxiliaire, produit le froid à une température moins basse (Brevet italien Platen Munters n 385. 982 et demande de brevet USA n 298.163).
Ce nouveau système, permet, en effet, d'obtenir par un seul complexe évaporateur, deux températures très différenciées entre elles. Par contre ce résultat est obtenu au moyen d'une réalisation très coûteuse et surtout, est la cause d'une considésable dispersion du liquide réfrigérant, dispersion qui se produit après que la formation de la glace a eu lieu parce que le serpentin à basse température continue à être alimenté car il n'est pas possible de soulever automatiquement le flux du liquide réfrigérant du serpentin à basse température à celui du serpentin dont la température est moins basse.
Dans la présente invention, les deux graves défauts que nous venons de décrire sont éliminés moyennant un évaporateur tubulaire creux, simple et peu coûteux, formé par deux tubes enfilés l'un dans l'autre, aa-nt pourtant chacun sa propre surface refroidissante à température différente avec la caractéristique de la autoutilisation par la surface à température moins basse du liquide réfrigérant non utilisé par la surface réfrigérante à basse température.
On obtient ce résultat en revêtant au moins l'une des surfaces évaporantes avec un matériel capable de distribuer sur la surface à température moins basse le liquide frigorigène qui résulte en excès à l'évaporation sur la surface à température la plus basse. La distribution du liquide frigorigène se fait par diffusion capillaire transversale non turbulente, de manière à former des gaines de liquide frigorigène autour à la ou, aux surfaces évaporantes.
On obtient ainsi un cycle toujours reversible et il n'y
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a pas augmentation d'entropie produite par la turbulence.
Quelques aspects de réalisation de l'invention ont été illustrés bien que seulement à titre d'exemple dans les dessins ci-joints, où l'on a, en outre exposé d'autres caractéristiques de l'invention.
Dans les dessins :
La figure 1 est une représentation schématique en section transversale d'un évaporateur creux, suivant 1''invention, à deux chambres d'évaporation séparées.
La figure 2 est la section transversale d'un évaporateur creux ayant une seule chambre d'évaporation avec deux surfaces évaporantes distinctes.
La figure 3 est la section transversale schématique d'un évaporateur creux à chambre d'évaporation unique et à deux sauts de températures.
La figure 4 est la section transversale schématique d'un évaporateur creux à une seule chambre et à une seule surface d'évaporation.
La figure 5 est l'ensemble schématique d'un appareil frigorifique à absorption à pression équilibrée comprenant un évaporateur creux suivant l'invention.
La figure 6 est un détail, partiellement sectionné de la figure 5.
Par rapport au dessin, dans les diverses figures, on a indiqué par 1, le tube extérieur de l'évaporateur creux ; par 2 le tube intérieur ; 3 un diaphragme divisant en deux chambres distinctes, l'espace intermédiaire entre le tube externe et le tube interne de la figure 1; par 4, on a indiqué la chambre d'évaporation à moins basse température (figure 1); par 5, la chambre d'évaporation à plus basse température; par 6, on a indiqué le revêtement capillaire ou la surface évaporante du tube 1; par 7, le revêtement capillaire ou la surface évaporante du tu-
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be 2 ; par8, l'espace de congélation à basse température ; 9 et 10, les plateaux pour les bassins à glace; le N 11, indi- que l'ailettage ou le plan pour la réfrigération de l'air de la chambre ;
le N 12, la conduite de l'ammoniaque liquide ; leN 13 la conduite de l'hydrogène; le N 14, une ouverture dans le di- aphragme 3 (figure 1) pour le passage de l'hydrogène de la cham- bre à basse température 5 à celle à température moins basse 4; le N 15 est le point de contact du revêtement capillaire 6 a- vec le fond du tube 1 ou avec le deuxième revêtement capillaire 7 pour le passage de l'ammoniaque liquide d'un revêtement à l'au- tre ; le N 16 est le tuyau d'évacuation du mélange d'hydrogène saturé d'ammoniaque ; leN 17, la chambre commune d'évaporation dans les évaporateurs creux sans diaphragme ; leN 18 est l'en- semble de l'évaporateur creux à une seule chambre ou à deux ; leN 19 est le dépôt de la solution ammoniacale riche ; le N 20, la conduite de la solution ammoniacale riche;
le N 21, l'échan- geur pour les solutions ammoniacales ; leN 22, la pompe d'élé- vation de la solution ammoniacale riche ; le N 23, le rebouil- leur de la solution ammoniacale; le N 24 la conduite des vapeurs ammoniacales ; le N 25,le condenseur de l'ammoniaque; le ? 26, la conduite de la solution ammoniacale pauvre; le N 27, l'ab- sorbeur; le n 28, le tuyau d'évacuation de l'ammoniaque liquide du condenseur; le N 29 ; l'échangeur pour les gaz; le N 30, le moyeu de l'expansion métallique qui supporte les deux plataux 31 et 32 pour les bassins à glace; le N 33 enfin est le tuyau d'évacuation de la solution ammoniacale pauvre du fond de l'ab- sorbeur.
FONCTIONNEMENT DES DIVERSES FORMES DE REALISATION.
FIGURE 1. - Dans cet exemple de réalisation de l'invention qui concerne un évaporateur creux, à deux chambres, et à deux sauts de température, formé par deux tubes enfilés l'un dans l'autre et séparés par un diaphragme qui divise l'espace intermédiaire
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en deux chambres distinctes d'évaporation, le fonctionnement est le suivant :
L'ammoniaque liquide, condensée dans le condenseur 25 (figure 5) est introduite, à travers la conduite 12, dans l'évaporateur creux, où elle dégoûte sur la partie la plus élevée du revêtement capillaire 7 qui enveloppe le tube 2.
Par diffusion transversale non turbulente et par cela sans augmentation d'entropie, l'ammoniaque liquide se répand du haut du revêtement vers le bas, en formant autour du tube 2 une gaine liquide qui s'évapore à température très basse au moyen du mélange de gaz, riche d'hydrogène qui pénètre le premier dans la chambre d'évaporation à basse température 5 au moyen de la conduite 13. La diffusion transversale dalme, non dérangée par aucune turbulence artificielle, étant donné le fonctionnement de l'appareil frigorifique à pression équilibrée et sans ventilateur, permet au liquide réfrigérant une circulation régulière et intense par différence de densité due à la différence de température, un énergique refroidissement de l'espace de congélation et une formation rapide de glace sur les plateaux 9 et 10.
La formation de la glace une fois achevée et atteinte la température minime- d'évaporation, dépendant de la pression partielle de l'hydrogène existant dans la chambre 5, l'ammoniaque liquide qui cesse de s'évaporer de la surface capillaire 7, dégoutte sur le fond 15 à travers une ouverture à fermeture hydraulique pratiquée dans le diaphragme, ouverture qui permet le passage d'une chambre à 1'autre seulement au liquide réfrigérant et non pas au.mélange de gaz.
Du fond 15, l'ammoniaque liquide est absorbée et diffusée cette fois-ci du bas vers le haut dans le revêtement 6 de la chambre 4 où elle -s'évapore à une température moins basse parce que l'hydrogène qui y pénètre à travers les ouvertures 14, pratiquées dans le diaphragma 3, à l'extrémité opposée à celle des tubes 13 et 16, à une pression partielle beaucoup moins élevée
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que dans la chambre 5 à cause de la quantité d'ammoniaque évaporée dans cette dernière. Le froid est ainsi généré, surtout dans la chambre 4, à une température moins basse et distribué à l'air de l'armoire à travers le dispositif ailetté 11, fixé au dehors du tube 1 de l'évaporateur creux.
On atteint ainsi le résultat très important d'utiliser automatiquement et intégralement le liquide réfrigérant lorsqu'il résulte inutilisé par la chambre 5 après que la congélation de l'eau dans les bassins à glaàe est achevée. De plus, puisqu'il n'y a aucune augmentation d'entropie, le cycle reste réversible et son rendement thermo-dynamique résulte élevé.
Dans cet exemple de réalisation, le gaz auxiliaire (hydrogène) est fait pénétré d'abord dans la chambre interne 5 et ensuite dans la chambre externe 4, pour réserver la température plus basse à l'espace 8 pour la prompte formation de la glace même avec les plus fortes températures de l'été, mais dans certains cas, lorsque la prompte formation de la glace n'intéresse pas, la circulation du gaz auxiliaire peut être renversée en introduisant d'abord l'hydrogène dans la chambre externe et ensuite dans la chambre interne.
FIGURE 2. - Dans cet exemple, dans l'évaporateur creux, formé toujours par deux tubes enfilés l'un dans l'autre, l'espace intermédiaire n'a pas de diaphragme qui le sépare en deux chambres distinctes et l'on a, par conséquent une seule chambre d'évaporation commune aux deux surfaces d'évaporisation qui enveloppent les tubes 1 et 2.
Le liquide réfrigérant est introduit dans le sommet du revêtement 7 au moyen de la conduite 12 et se diffuse autour du tube 2, d'une manière analogue à ce qu'on a décrit dans l'exemple précédent.
L'ammoniaque liquide, non utilisée par la surface d'éva- poration 7 dégoutte sur le fond 15 et d'ici elle est absorbée
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et diffusée par le revêtement capillaire 6 du tube externe 1.
Il faut remarquer que surtout dans cet exemple, il est nécessaire que la diffusion transversale ne soit pas dérangée par aucune turbulence artificielle, puisque dans ce cas le liquide réfrigérant pourrait être projeté d'un revêtement à l'autre en raison du très peu d'espace qui les sépare, en supprimant ainsi les avan. tages qui peuvent dériver de l'alimentation de la surface 6 avec l'amoniaque liquide non utilisée par la surface 7.
FIGURE 3.- L'évaporateur creux bien que sans diaphragme et avec une seule chambre, résulte tout de même à deux sauts de température, puisque le revêtement 7 du tube interne 2 atteint en hauteur-la ligne x-x', tandis que le revêtement 6 du tube externe 1 atteint en hauteur la ligne y-y'. Au niveau x-x', la pression partielle de l'hydrogène est au maximum et à cette pression correspond une température très basse d'évaporation du liquide réfrigérant dans la partie supérieure du revêtement capillaire 7, tandis que pour la ligne y-y', la pression partielle de 1"hydrogène est de beaucoup diminuée et, par conséquent, la température d'évaporation du revêtement 6 est moins basse.
Il faut remarquer que dans cet exemple, les deux surfaces évaporantes sont alimentées en parallèle avec l'ammoniaque liquide introduite par la conduite 12% dans la partie basse 15 de l'évaporateur et absorbée et diffusée par capillarité transversale calme, ce qui n'altère point la stratification du gaz auxiliaire et l'évaporation de 1'ammoniaque liquide à température différenciée dans la chambre 17 étant donnée l'absence de turbulence mécanique dans la circulation des fluides gazeux. La réfrigération de l'air dans la chambre est obtenue au moyen d'un plateau métallique Il qui en même temps peut aussi réfrigérer par contact direct, les denrées placées sur le plateau même.
FIGURE 4.- Dans cet exemple de réalisation, seul le tube interne 2 est revêtu avec du matériel capillaire, ce qui fait que la pro-
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duction maximum de froid est réservée à la production de la glace dans l'espace de congélation 8; évidemment, on peut revêtir à sa place, seulement le tube externe 1 et, dans ce cas, la production maximum de froid est réservée à la régrigération de l'ail dans l'armoire.
Dans la figure-5 on a représenté le fonctionnement d'un appareil frigorifique complet, à absorption et à pression équilibrée, dont l'évaporateur, du type de la figure 1, est représenté en détail dans la figure 6, et qui présente un dispositif pour la congélation de l'eau, dont le moyeu 30 est enfilé dans la partie centrale du tube à basse température 2.
La solution ammoniacale riche contenue dans le réservoir 19 à travers le tube 20 entre dans l'évhangeur à liquides 21 et au moyen du dispositif à pompe 22 est soulevée et portée à tomber dans le rebouilleur 23. Dans le rebouilleur, par effet, d'une sourue quelconque de chaleur, la solution entre en ébullition et élimine les vapeurs ammoniacales qui, au moyen de la conduite 24, sont amenées dans le condenseur 25 où elles se liquéfient. La solution appauvrie d'ammoniaque sort du bas du rebouilleur traverse à nouveau l'échangeur à liquides 21 et au moyen de la conduite 26 est introduite dans la partie supérieure de l'absorbeur tubulaire 27.
Du bas du condenseur 25 sort l'ammoniaque liquide qui, à travers le tube 28, entre dans l'échangeurn à gaz 29 où elle subit un refroidissement préalable, pénètre ensuite dans la partie haute de l'évaporateur 18, à travers le tube 12 et dégoutte enfin à l'intérieur de la chambre à basse température 5 et précisément sur le revêtement 7, formé de laine de verre ou autre matériel pas capillaire, pourvu que l'ammoniaque liquide puisse se subdiviser autour du tube interne 2 (voir figure 6). L'ammoniaque liquide s'évapore au contact du mélange riche en hydrogène introduit dans la chambre à basse température 5 par la conduite 13, après s'être préalablement refroidi dans l'échangeur à gaz 29.
L'évaporation se fait dans la chambre 5, comme
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on vient de le dire dans le premier exemple, à température très basse, la pression partielle de l'hydrogène étant très haute dans cette chambre. Le mélange d'hydrogène,enrichi par l'ammoniaque évaporée de la surface refroidissante 7, traverse une ouverture du diaphragme 3 (pas indiquée dans la figure 6) et entre dans la chambre à évaporation externe 4, où il cause l'évaporation à température moins basse de l'ammoniaque liquide non évaporée dans la chambre à basse température 5 qui entre par la partie basse 15 dans la chambre et est successivement absorbée et diffusée par le revêtement 6.
De telle; manière le tube interne refroidi à basse température peut transmettre directement son proprefpoid au dispositif de congélation à moyeu 30 et produire très vite la glace sur les plateaux- 31 et 32 tandis que pour la réfrigération de l'air dans la loge qui requiert une température moins basse, on utilise l'ailettage 11 fixé sur le- tube externe 1. En transmettant le froid aux bassins à glace par le moyeu 30 et les plateaux 31 et 32, on obtient le résultat de réduire au minimum le diamètre de l'évaporateur. Le mélange gazeux saturé d'ammoniaque sort de l'évaporateur par le tube 16 traverse l'échangeur à gaz 29 et entre par le bas dans l'absorbeur 27 pour remonter ensuite dans son intérieur, s'appauvrissant d'ammoniaque pour la solution ammoniacale pauvre qui entre par le haut de l'absorbeur.
La solution ammoniacale pauvre sort à son tour saturée du fond de l'absorbeur et au moyen du tube 33 dégoutte dans le réservoir 19.
On a illustré et décrit la présente invention das quelè ques unes de ses possibilités de réalisation mais il est bien entendu que l'on pourra- dans la pratique y apporter des variantes de construction sans pour cela. sortie' de la limite de protection du présent brevet industriel.