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APPAREIL REFRIGERATEUR PAR ABSORPTION A MARCHE CONTINUE,
L'invention a pour objet un appareil réfrigérateur par absorption à marche continue, dans lequel on utilise un gaz auxiliaire inerte pour main- tenir une pression uniforme dans tout l'appareil.
L'invention vise essentiellement à fournir des moyens propres à accroitre le rendement d'un tel appareil grâce à des perfectionnements appor- tés à la chaudière.
En vue d'illustrer l'invention, on prendra comme-exemple, de pré- férence, une chaudière du type usuel. Dans une telle chaudière, formée de tubes concentriques, le liquide riche est amené par pompage ou par refoule- ment à la partie supérieure de l'espace ménagé dans la chaudière au moyen d'une pompe, de telle sorte que ce liquide riche soit immédiatement versé dans le liquide en ébullition. La vapeur ainsi formée est dirigée immédiate- ment de la partie supérieure de l'espace ménagé dans la chaudière, à travers un rectificateur ou séparateur deau, vers un condenseur.
Ce mode de réalisa- tion de la chaudière entraîne, cependant,..des pertes thermo-dynamiques éle- vées, particulièrement si l'on veut conserver la très faible teneur en réfri- gérant par exemple de l'ammoniaque du liquide pauvre qui s'écoule du f ond de la chaudièreo Cette teneur est nécessaire pour obtenir un bon fonctionnement de l'appareil réfrigérateur qui vient d'être décrit, du type à air réfrigéré, dans un milieu ambiant à très haute température, comme c'est le cas dans les pays tropicauxo
Les pertes thermo-dynamiques sus-mentionnées, sont dues au fait que la concentration moyenne du liquide en ébullition dans la chaudière est faible, et d'autant plus faible qu'il faut employer'un liquide pauvre de teneur plus faible en réfrigérant.
Le liquide en ébullition est vigoureuse- ment agité par les bulles de vapeur= La vapeur provenant de la chaudière est, par suite, de mauvaise qualité, c'est-à-dire qu'elle contient une forte proportion de liquide d'absorption, c'est-à-dire de l'eau.
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Une importante amélioration du rendement peut être réalisée si cette vapeur qui s'élève dans la chaudière n'est pas immédiatement ame- née au rectificateur, mais si on la fait d'abord barboter à travers le li- quide riche, dans lequel cette vapeur de mauvaise qualité absorbe du réfri- gérant du liquide riche et cède du liquide d'absorption.
Un tel dispositif, déjà connu, comprend un récipient dans lequel la vapeur provenant de la chaudière barbote à travers le liquide riche.-Ce récipient est appelé "analyseur" ou "décomposeur". Pour faire barboter la va- peur provenant de la chaudière à travers le liquide riche, il est nécessaire d'introduire la vapeur au-dessous du niveau du liquide dans le décomposeur.
Ceci entraine une'surpression dans l'espace de vaporisation de la chaudière, surpression qui gêne le refoulement ou effet de pompe.
La demanderesse a établi que la capacité de pompage dans ce mode de réalisation doit être plus élevée que lorsqu'il n'y a pas de décomposeur.
Ceci résulte du fait que la portion de vapeur provenant du décom- poseur, qui est condensée dans le rectificateur, retourne au décomposeur, et non à la chaudière comme dans le cas des dispositifs antérieurs. La pompe du dispositif muni d'un décomposeur doit pomper ou refouler, non seulement le liquide riche dans l'espace supérieur de la chaudière, mais aussi les conden- sats déjà mentionnés ce qui exige une grande capacité de pompe.
Conformément à l'invention, la chaudière comporte un dispositif calorifugé pour le passage de la vapeur de la chaudière à travers le liquide riche (dispositif appelé décomposeur), ce dispositif étant constitué par un tube légèrement incliné disposé au-dessous du niveau du liquide de la chau- dière mais à l'extérieur de celle-ci et placé dans le circuit de vapeur et de liquide, de telle sorte que, dans ce tube, la vapeur entrainée de la chau- dière par une source de chaleur, et le liquide riche, refoulé à l'aide d'une pompe telle qu'une pompe à thermo-siphon, se trouvent à contre-courant l'un avec l'autre, et ce de façon que la vapeur de la chaudière soit introduite dans l'extrémité inférieure du tube en même temps que le liquide riche est refoulé dans la partie supérieure dudit tube.
La pompe pour le liquide riche peut être raccordée à l'extrémité supérieure du tube légèrement incliné.
Par l'expression "au-dessous du niveau du liquide de la chaudière", on entend le niveau du liquide qui est présent dans la chaudière ne compor- tant pas de décomposeur, Si elle comporte le décomposeur suivant l'invention, ce niveau est légèrement abaissé par la pression régnant au-dessus de lui.
Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'in- vention, la pompe pour le liquide riche est raccordée à un point situé entre l'extrémité supérieure et l'extrémité inférieure du tube légèrement incliné et un conduit d'écoulement des condensats formés dans un réfrigérateur à l'in- térieur du tube, est relié à l'extrémité supérieure de ce tube.
Dans ce mode de réalisation, la vapeur produite dans la chaudière est introduite dans l'ex- trémité inférieure dudit tube, se trouve successivement à contre-courant avec le liquide riche et barbote à travers celui-ci qui est refoulé vers le haut, et avec les condensats produits dans un réfrigérateur séparé, de sorte qu'il est impossible que ces condensats se mélangent immédiatement avec le liquide riche refoulée
Dans l'appareil suivant l'invention, les condensats formés dans le dispositif rectificateur, retournent à la chaudière tandis qu'en même temps, s'effectue une opération de séparation au moins aussi bonne. Par suite, le pompage ou refoulement peut avoir une capacité moindre ou bien, si la capa- cité reste la même, l'alimentation en liquide riche est plus élevée.
Il y a donc lieu de remarquer que, dans le premier appareil du type connu sus-mentionné, la rectification de la vapeur, après le décompo- seur est particulièrement inefficace. Les condensats formés dans le rectifi- cateur retournent au décomposeur le long du côté d'un tube, tandis que la vapeur monte dans ce tube. L'interaction entre la vapeur ascendante et les
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condensats descendants, est faible par suite de la faible surface de con- tact entre la vapeur et le condensât.
Il s'ensuit qu'il faut produire davan- tage de condensats afin d'obtenir une vapeur épurée formée uniquement de réfrigérant (vapeur ammoniacale), ce qui entraine une perte de chaleur con- sidérableo
Dans l'appareil suivant l'invention, la vapeur barbote, après le décomposeur, également à travers les condensats produits dans un réfri- gérateur, dans lequel, en raison du très large contact existant entre la vapeur et les condensats, un refroidissement relativement beaucoup plus fai- ble est suffisant.
Deux modes de réalisation de l'invention sont représentés, sché- matiquement et à titre d'exemple, sur les figso 1 et 2 des dessins ci-annexés.
Suivant la fig. 1, l'appareil réfrigérant comprend une chaudière 1, un réfrigérateur de rectif ication 7, un condenseur 8, un évaporateur 9, un échangeur de chaleur de gaz 10, un dispositif d'absorption ou absorbeur 12 et un échangeur de chaleur de liquide 16. Pour plus de simplicité, la des- cription ci-après est limitée au réfrigérant normalement utilisé dans cet appareil réfrigérateur, c'est-à-dire à l'ammoniaque mélangée d'eau consti- tuant un liquide absorbanto
Au-dessous de la chaudière 1 se trouve un espace de pompage ou refoulement 2 d'où part un tuyau de refoulement 17 qui va se raccorder à l'extrémité supérieure d'un tube 5 légèrement incliné, appelé décomposeur.
La chaudière et l'espace 2 sont tous deux chauffés par une source de cha- leur (élément cal orifique électrique, brûleur à gaz ou autre dispositif ap- proprié) située dans le tube 18.
La vapeur est expulsée de la solution aqueuse d'ammoniaque dans la chaudière lorsqu'on chauffe cette solution. La teneur en ammoniaque de cette vapeur est déterminée par la concentration en ammoniaque dans le li- quide et par exemple par la pression régnant dans la chaudière. Cette vapeur passe par le conduit 3 et, ensuite, elle barbote à travers le décomposeur 5.
Par suite, le décomposeur 5 n'est pas pourvu d'un chauffage extérieur. La teneur en ammoniaque de la vapeur s'accroit dans le décomposeur. Cette va- peur ainsi enrichie se rend dans le réfrigérateur de rectification dans le- quel l'eau résiduelle de la vapeur est condensée par refroidissement. A cet effet, le tube 7 comporte des ailettes de refroidissement. Ensuite, la vapeur d'ammoniaque pure est condensée en liquide dans le condenseur 8 et pénètre sous cette forme dans l'évaporateur 9 dans lequel l'ammoniaque s'évapore en absorbant de la chaleur de l'espace environnant.
L'ammoniaque évaporée s'é- coule avec un gaz auxiliaire inerte par un conduit 10 vers le réservoir 11 qui est monté sur le côté inférieur de l'absorbeur 12o L'absorbeur 12 est pourvu, comme le condenseur 8, d'ailettes de refroidissement et est parcou- ru par une solution pauvre en ammoniaque. Cette solution arrive de l'extrémi- té inférieure de la chaudière 1 et est amenée dans l'absorbeur 12 par l'é- changeur de chaleur de liquide 16 et le conduit 13. La solution pauvre s'é- coule à travers l'absorbeur 12 vers le réservoir 11 et dans son parcours, elle absorbe l'ammoniaque du gaz auxiliaire inerte qui retourne alors vers le haut par le conduit 14. Le liquide enrichi dans l'absorbeur 12 passe, du réservoir 11,par le conduit 15 et l'échangeur de chaleur de liquide 16, dans l'extrémité inférieure de la chambre de pompe ou refoulement 2.
Lorsqu'on chauffe la chambre de pompe 2, le liquide riche du tube de refoulement 17 est refoulé dans le tube 6 à l'extrémité supérieure du décomposeur 5 par l'effet bien connu de thermo-siphon. L'extrémité inférieure du décomposeur est reliée à la chaudière 1 par un conduit 4. Le liquide refoulé vers le haut, qui a déjà accompli l'action de décomposition s'écoule par ce conduit dans la chaudière.
Le décomposeur qui, en pratique, peut également être prévu par exemple sous forme d'une spirale-légèrement inclinée autour de la chaudière, est complètement rempli de liquide du fait, qu'il se trouve au-dessous du niveau du liquide dans la chaudière à l'état chaudo A l'état froid, par exem- ple, si l'appareil réfrigérateur n'est pas en fonctionnement, il se produit
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un abaissement de ce niveau du fait de la hauteur de décharge du tube 13 dans l'absorbeur 12. Dans ce cas, le décomposeur n'est rempli qu'en partie.
Il s'ensuit que le liquide riche et la vapeur venant de la chaudière dans le décomposeur se trouvent à contre-courant l'un de l'autre, ce qui a pour effet de réaliser une rectification particulièrement efficace de la vapeur.
Le passage du tube décomposeur ne doit pas être prévu trop étroit pour que les contre-courants de liquide et de vapeur ne rencontrent pas une trop forte résistance, mais pas trop large non plus car, dans ce cas, il se présenterait des différences trop importantes dans la concentration du li- quide. Un tube décomposeur de trop faible section élèverait le niveau du li- quide dans le tube 6 à une hauteur qui exigerait un accroissement de la hau- teur de pompage ou refoulement. Par un choix judicieux de la section de pas- sage du décomposeur, on obtient une rectif ication particulièrement efficace tandis qu'en même temps, le niveau du liquide dans le tube 6 vient s'établir à une hauteur qui n'est que légèrement supérieure (5-10 mm) à celle que le niveau atteindrait dans la chaudière ne comportant pas de décomposeur.
La rectif ication de la vapeur après le décomposeur se poursuit dans le dispositif selon la fig. l,à la manière classique au moyen du re- froidissement. Les condensats formés ainsi s'écoulent-le long des parois des tubes 7 et 6 dans le décomposeur.
L'interaction entre la vapeur ascendante et les condensats des- cendants, nécessaire pour une rectification effective, n'est pas suffisante dans ce cas du fait qu'une trop grande quantité de condensats doit être pro- duite, ce qui entraine des pertes. L'invention remédie également à cet incon- vénient d'une manière simple.
Pour cela, on se reporte à la fig. 2 qui représente exclusivement la partie supérieure de la chaudière munie d'un décomposeur et d'un disposi- tif de rectification.
Le tube décomposeur 5 (de longueur a) est prolongé par un tube 20 (de longueur b). Le liquide riche est refoulé dans le tube 19 qui débou- che, sur le côté inférieur, latéralement dans le tube décomposeur, et sur le côté supérieur, dans le tube 6. Cette dernière connexion est nécessaire pour déplacer la vapeur nécessaire pour l'effet de pompage ou de refoulement.
Les condensats formés dans le réfrigérateur 7 ne retournent pas immédiatement dans le liquide riche comme sur la fig. l, mais, par le tube 6, dans le dispositif de rectification proprement dit, c'est-à-dire dans la partie b. Dans la partie b, la vapeur déjà enrichie dans le décomposeur (par- tie a) barbote à travers les condensats formés dans le réfrigérateur 7, grâ- ce à quoi un nouvel accroissement de la teneur en ammoniaque dans la vapeur se trouve assuré.
Grâce à la bonne interaction entre la vapeur et le liquide dans le dispositif rectificateur, obtenue par la large surface de contact entre les bulles de vapeur et le liquide, il ne se forme plus autant de condensats dans le réfrigérateur 7, ce qui se traduit par une économie d'énergie.
Le rapport entre leslongueurs a et b, c'est-à-dire le rapport entre les longueurs du décomposeur et du rectificateur doit avoir une cer- taine valeur qui est fonction de la concentration en ammoniaque du liquide riche, de la quantité de liquide riche refoulée par unité de temps, de la quantité de condensats retournant du réfrigérateur 7 dans le dispositif rec- tif icateur, etc... Entre autres, il y a lieu de signaler d'une façon géné- rale que le dispositif rectificateur (partie 0 doit être d'autant plus long que la concentration en ammoniaque du liquide riche est plus faible.
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CONTINUOUS ABSORPTION REFRIGERATOR UNIT,
The object of the invention is a continuous duty absorption refrigerator apparatus in which an inert auxiliary gas is used to maintain uniform pressure throughout the apparatus.
The object of the invention is essentially to provide means suitable for increasing the efficiency of such a device by virtue of improvements made to the boiler.
In order to illustrate the invention, a boiler of the usual type will be taken as an example. In such a boiler, formed of concentric tubes, the rich liquid is brought by pumping or by delivery to the upper part of the space provided in the boiler by means of a pump, so that this rich liquid is immediately poured into the boiling liquid. The steam thus formed is directed immediately from the upper part of the space in the boiler, through a rectifier or water separator, to a condenser.
This embodiment of the boiler results, however, in high thermodynamic losses, particularly if one wishes to keep the very low refrigerant content, for example of the ammonia of the poor liquid which s 'flow from the bottom of the boiler o This content is necessary to obtain proper operation of the refrigerator appliance which has just been described, of the refrigerated air type, in an ambient environment at very high temperature, as is the case in tropical countries
The above-mentioned thermodynamic losses are due to the fact that the average concentration of the boiling liquid in the boiler is low, and all the less so as it is necessary to use a lean liquid with a lower refrigerant content.
The boiling liquid is vigorously agitated by the vapor bubbles = The vapor coming from the boiler is, therefore, of poor quality, that is to say it contains a high proportion of absorption liquid, that is, water.
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A significant improvement in efficiency can be achieved if this vapor rising in the boiler is not immediately conveyed to the rectifier, but if it is first bubbled through the rich liquid, in which this vapor Poor quality absorbs rich liquid refrigerant and gives up absorption liquid.
Such a device, already known, comprises a container in which the vapor coming from the boiler bubbles through the rich liquid. This container is called an "analyzer" or "decomposer". To bubble the steam from the boiler through the rich liquid, it is necessary to introduce the steam below the level of the liquid in the decomposer.
This leads to an overpressure in the vaporization space of the boiler, an overpressure which hinders the discharge or pump effect.
The Applicant has established that the pumping capacity in this embodiment must be higher than when there is no decomposer.
This results from the fact that the portion of steam from the decomposer, which is condensed in the rectifier, returns to the decomposer, and not to the boiler as in the case of previous devices. The pump of the device fitted with a decomposer must pump or discharge not only the rich liquid in the upper space of the boiler, but also the condensates already mentioned, which requires a large pump capacity.
According to the invention, the boiler comprises an insulated device for the passage of the steam from the boiler through the rich liquid (device called decomposer), this device being constituted by a slightly inclined tube arranged below the level of the liquid of the boiler but outside it and placed in the vapor and liquid circuit, so that, in this tube, the vapor entrained from the boiler by a heat source, and the liquid rich, discharged by means of a pump such as a thermosiphon pump, are found in countercurrent with each other, and this so that the steam from the boiler is introduced into the lower end of the tube at the same time as the rich liquid is discharged into the upper part of said tube.
The pump for the rich liquid can be connected to the upper end of the slightly inclined tube.
By the expression "below the level of the liquid in the boiler" is meant the level of the liquid which is present in the boiler not comprising a decomposer. If it comprises the decomposer according to the invention, this level is slightly lowered by the pressure above him.
According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the pump for the rich liquid is connected to a point situated between the upper end and the lower end of the slightly inclined tube and a discharge duct for the condensates formed in the tube. a refrigerator inside the tube is connected to the upper end of this tube.
In this embodiment, the steam produced in the boiler is introduced into the lower end of said tube, is successively against the current with the rich liquid and bubbles through the latter which is forced upwards, and with the condensates produced in a separate refrigerator, so that it is impossible for these condensates to mix immediately with the rich pumped liquid
In the apparatus according to the invention, the condensates formed in the rectifying device return to the boiler while at the same time, a separation operation which is at least as good is carried out. As a result, the pumping or discharge may have a lower capacity or, if the capacity remains the same, the supply of rich liquid is higher.
It should therefore be noted that, in the first apparatus of the known type mentioned above, the rectification of the steam after the decomposer is particularly inefficient. Condensate formed in the rectifier returns to the decomposer along the side of a tube, as steam rises in that tube. The interaction between upward vapor and
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condensate descending, is low owing to the small contact surface between the steam and the condensate.
It follows that more condensate must be produced in order to obtain a purified vapor formed only of refrigerant (ammoniacal vapor), which entails a considerable loss of heat.
In the apparatus according to the invention, the steam is bubbled after the decomposer also through the condensates produced in a refrigerator, in which, due to the very wide contact between the steam and the condensates, a relatively large cooling. lower is sufficient.
Two embodiments of the invention are shown, diagrammatically and by way of example, in FIGS. 1 and 2 of the accompanying drawings.
According to fig. 1, the refrigerating apparatus comprises a boiler 1, a rectifying refrigerator 7, a condenser 8, an evaporator 9, a gas heat exchanger 10, an absorption device or absorber 12 and a liquid heat exchanger 16 For the sake of simplicity, the following description is limited to the refrigerant normally used in this refrigerating appliance, that is to say to ammonia mixed with water constituting an absorbent liquid.
Below the boiler 1 there is a pumping or discharge space 2 from which a discharge pipe 17 leaves which will be connected to the upper end of a slightly inclined tube 5, called a decomposer.
The boiler and space 2 are both heated by a heat source (electric heating element, gas burner or other suitable device) located in tube 18.
Steam is expelled from the aqueous ammonia solution in the boiler when this solution is heated. The ammonia content of this vapor is determined by the ammonia concentration in the liquid and, for example, by the pressure prevailing in the boiler. This vapor passes through line 3 and, then, it bubbles through the decomposer 5.
Consequently, the decomposer 5 is not provided with an external heater. The ammonia content of the vapor increases in the decomposer. This enriched steam goes to the rectification refrigerator where the residual steam water is condensed by cooling. For this purpose, the tube 7 has cooling fins. Then, the pure ammonia vapor is condensed into liquid in the condenser 8 and in this form enters the evaporator 9, where the ammonia evaporates, absorbing heat from the surrounding space.
The evaporated ammonia flows with an inert auxiliary gas through a pipe 10 to the tank 11 which is mounted on the lower side of the absorber 12o The absorber 12 is provided, like the condenser 8, with fins. cooling and is passed through a poor ammonia solution. This solution arrives from the lower end of the boiler 1 and is fed into the absorber 12 through the liquid heat exchanger 16 and the conduit 13. The lean solution flows through the liquid. absorber 12 towards the reservoir 11 and in its path, it absorbs the ammonia from the inert auxiliary gas which then returns upwards through the pipe 14. The liquid enriched in the absorber 12 passes from the reservoir 11 through the pipe 15 and the liquid heat exchanger 16, in the lower end of the pump or discharge chamber 2.
When the pump chamber 2 is heated, the rich liquid from the delivery tube 17 is pumped into the tube 6 at the upper end of the decomposer 5 by the well-known thermosiphon effect. The lower end of the decomposer is connected to the boiler 1 by a pipe 4. The liquid discharged upwards, which has already accomplished the decomposition action, flows through this pipe into the boiler.
The decomposer which in practice can also be provided for example as a slightly inclined spiral around the boiler, is completely filled with liquid because it is below the level of the liquid in the boiler. in the hot state o In the cold state, for example, if the refrigerator is not in operation,
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a lowering of this level due to the discharge height of the tube 13 in the absorber 12. In this case, the decomposer is only partially filled.
As a result, the rich liquid and the steam coming from the boiler in the decomposer are countercurrent to each other, which has the effect of achieving a particularly efficient rectification of the steam.
The passage of the decomposer tube must not be planned too narrow so that the counter-currents of liquid and vapor do not encounter too much resistance, but not too wide either because, in this case, there would be too great differences. in the concentration of the liquid. A decomposer tube of too small a cross-section would raise the level of the liquid in the tube 6 to a height which would require an increase in the pumping or delivery height. By a judicious choice of the passage section of the decomposer, a particularly effective rectification is obtained while at the same time the level of the liquid in the tube 6 comes to be established at a height which is only slightly higher. (5-10 mm) to that which the level would reach in the boiler without the decomposer.
The rectif ication of the steam after the decomposer continues in the device according to FIG. 1, in the conventional manner by means of cooling. The condensates thus formed flow along the walls of the tubes 7 and 6 in the decomposer.
The interaction between the ascending steam and the descending condensate, necessary for an effective rectification, is not sufficient in this case because too much condensate must be produced, which leads to losses. The invention also overcomes this drawback in a simple manner.
For this, reference is made to FIG. 2 which represents exclusively the upper part of the boiler fitted with a decomposer and a rectification device.
The decomposer tube 5 (of length a) is extended by a tube 20 (of length b). The rich liquid is discharged into the tube 19 which opens, on the lower side, laterally into the decomposer tube, and on the upper side, into the tube 6. This last connection is necessary to move the vapor necessary for the effect. pumping or delivery.
The condensates formed in the refrigerator 7 do not immediately return to the rich liquid as in fig. 1, but, through tube 6, in the actual rectifying device, that is to say in part b. In part b, the steam already enriched in the decomposer (part a) bubbles through the condensates formed in the refrigerator 7, whereby a further increase in the ammonia content in the steam is ensured.
Thanks to the good interaction between the vapor and the liquid in the rectifier device, obtained by the large contact surface between the vapor bubbles and the liquid, there is no longer as much condensate formed in the refrigerator 7, which results in energy saving.
The ratio between the lengths a and b, that is to say the ratio between the lengths of the decomposer and the rectifier, must have a certain value which is a function of the ammonia concentration of the rich liquid, of the quantity of rich liquid. discharged per unit of time, the quantity of condensate returning from the refrigerator 7 to the rectifying device, etc ... Among other things, it should be pointed out in general that the rectifying device (part 0 should be longer than the ammonia concentration of the rich liquid is lower.