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L'invention concerne un procédé ainsi qu'un dispositif pour l'exécution de ce procède, destinés à régler dans les machines frigorifiques à absorption avec gaz auxiliaire, le rapport entre la quantite de solution d'absorption mise en circulation par la pompe à liquide d'une part et la quantité d'agent réfrigérant envoyée au condenseur d'autre part. L'invention a essentiellement pour but de reduire la consommation d'énergie de l'appareil ainsi que d'améliorer d'une façon générale les caractéristiques de fonctionnement de l'appareil.
Il est connu que les machines frigorifiques à absorption du genre mentionné ci-dessus fonctionnent généralement
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en employant de l'eau comme agent d'absorption, de l'ammoniaque comme agent réfrigérant et de l'hydrogène comme gaz auxiliaire.
L'appareil se compose en substance d'un système circulatoire pour la. solution d'absorption ainsi que d'un système circulatoire pour le gaz auxiliaire, les deux systèmes ayant un parcours commun dans l'aosorbeur. De ce dernier la solution d'absorption enrichie par de l'agent réfrigérant est conduite dans la pompe de circulation au moyen de laquelle la solution est refoulée d'un niveau inférieur à un niveau plus élevé de la surface liquide par exemple par une action de thermosiphon. Au niveau de liquide le plus élevé,la vapeur formée dans la pompe est séparée dans un séparateur de gaz de la solution'refoulée également à un niveau supérieur dans la pompe.
La vapeur,qui renferme un mélange de vapeurs de l'agent réfrigérant et de vapeurs de l'agent d'absorption,.est envoyée dans la direction du système à condenseur de l'appareil. La solution d'absorption refoulée à un niveau supérieur est conduite dans un récipient de n'importe quel type où.se trouve une colonne liquide d'une hauteur telle que la solution peut Tuisseler de là dans le système d'absorption de l'appareil. Pour utiliser la chaleur contenue dans la solution qui retourne à l'absorbeur,il est prévu un échangeur de température dans lequel se fait un échange de chaleur entre la solution d'absorption allant à la pompe et celle venant de la colonne liquide mentionnée.
Toutefois,en pratique,cet échange de température est relativement incomplet, de telle sorte que des pertes considérables de chaleur peuvent avoir lieu.
La colonne de liquide mentionnée ci-dessus,maintenue par la pompe est en général établie en liaison thermo-conductrice avec la source de chaleur de l'appareil,(cette source de chaleur peut avantageusement être constituée par une cartouche chauffante électrique) notamment de telle manière que de la vapeur de l'agent réfrigérant est expulsée de la solution formant la colonne qui a déjà été refoulée vers le haut par la pompe.La vapeur qui est
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expulsée dans la pompe de même que la vapeur qui est expulsée dans la colonne de liquide mentionnée, sont en général mélangées et, après une rectification éventuelle, envoyées au système à condenseur de l'appareil.
On a de toute façon établi que le rapport entre la quantité de vapeur qui es-c expulsée dans la pompe et la quantité de vapeur qui est expulsée de la colonne mentionnée (bouilleur) présente une importance décisive pour la capacité de l'appareil au point de vue de la production du froid. le même, il a. été établi que la quantité ae solution d'absorption qu'on fait circuler dans le système de pompage et dans le système d'absorption de l'appareil par kg de vapeurs d'agent réfrigérant; allant au condenseur,est également,d'une importance capitale pour le rendement de l'appareil.
D'une part,on a constaté en outre qu'une concentration de la quantité d'agent réfrigérant expulsée à la pompe donne lieu à des pertes de chaleur réduites qui d'ailleurs se produisent par exemple par rayonnement. D'autre part, on a également constaté qu'une circulation du liquide poussée au-delà de certaines limites donne aussi lieu à des pertes qui peuvent même dépasser le profit auquel on aurait pu s'attendre par une fourniture concentrée de chaleur à la pompe.
L'invention est en substance caractérisée en ce que l'expulsion de vapeurs de l'agent réfrigérant dans la pompe est effectuée à une température tellement élevée que le rapport entre la quantité de la solution d'absorption refoulée en hauteur par la pompe et la quantité de vapeurs d'agent réfrigérant debitée par la pompe dépasse le chiffre 7, et est par exemple de 9 kg.et davantage de solution par kg.' de vapeur d'agent réfrigérant , mais que le rapport entre la quantité de solution refoulée en hauteur et la quantité de vapeurs d'agent refrigeran' pénétrant dans le condenseur est réduit à -une valeur inférieure au chiffre 7 et de préférence à tin chiffre de 4,5 environ,
notamment du fait que le
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mélange de vapeurs d'agent réfrigérant et de vapeurs d'agent d'absorption produit dans la pompe, est amené avant son entrée dans le système à condenseur de l'appareil, à traverser goutte à goutte une colonne liquide formée d'une solution d'absorption riche d'une hauteur appropriée pour la reduction voulue du rapport ci-dessus mentionné.
L'emploi du procédé suivant l'invention permet d'abord d'obtenir une réduction de la circulation du liquide, de.la pompe,notamment par l'élévationd e la pression dans la chambre de séparation du gaz, mais aussi une augmentation de la pression partielle de la vapeur de l'agent réfrigérant dans la conduite de vapeur par l'action de la rectification de la colonne liquide formée .de solution plus riche.
L'invention est décrite ci-après en detail avec référence à un exemple d'executioin représenté schématiquemem sur le dessin annexé. D'autres caractéristiques de l'invention seront mises en évidence à cette occasion.
Une partie de l'appareil frigorifique à absorption fonctionnant au moyen d'un gaz auxiliaire est repre- sentée schématiquement sur le dessin qui ne montre toutefois que les parties de l'appareil qui sont indispensables pour faire comprendre l'invention. L'appareil peut d'ailleurs être d'un type connu et sa. peut citer comme agents de travail de préférence l'eau.l'ammonisque et l'hydrogène.
Auparavant on avait prévu dans les appareils :frigorifiques à absorption du genre mentionné ici un agregat bouilleur où l'expulsion de la vapeur d'agent frigorifique ét effectuée par admission directe de chaleur d'une source de chaleurde l'appareil aussi cien à la pompe de circulation qu'à un bouilleur. D'autres quantités de vapeurs de l'agent réfrigérant etaient obtenues dans certaines circonstances dans un rectificateur
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spe cial,notamment par la transmission indirecte de chaleur des calories contenues dans la vapeur expulsée dans la pompe ou dans le bouilleur.
Malgré que le système à bouilleur de ce genre était en général monte dans un'corps isolant, on n'était pasparvenu à reduire les dimensions et par conséquent les pertes de chaleur dans la mesure qui aurait éte nécessaire pour obtenir un rendement acceptable de l'appareil. (jet insuccès paraît être dû au fait qu'une répartition de la production de vapeur se fait entre différents postes d'expulsion, par exemple la pompe et le bouilleur. Une limitation de l'expulsion de la vapeur à la pompe'seulement s'est révélée particulièrement avantageuse sous le rapport de l'économie de chaleur,mais cette limitation de la production de vapeur ne peut être réalisee pratiquement qu'à des conditions déterminées qui seront exposées ci-après en détail.
Dans l'exemple représenté la circulation du liquide est assurée par un tuyau de pompe 10 qui est relié de façon thermo-conductrice par exemple par un joint soudé 11 à un tuyau exécuté sous forme de manteau 12 pour une cartouche chauffante 13. La conduite aspiratrice 14 de la pompe 10 est raccordée à l'extrémité inférieure d'un tuyau vertical auquel on envoie une solution d'absorption riche en agent réfrigérant en provenance du système à absorbeur. La solution d'absorption passe de ce système par une conduite 16 qui forme la conduite et intérieure d'un échangeur de températures de liquides 17, /de là par une conduite 18 au point de raccordement 19 avec le tuyau vertical 15.
Ce point 19 se trouve à une petite distance au dessous du niveau du liquide 20 qui est maintenu par la solution riche dans le système à absorbeur dans le cas représenté le niveau dans le récipient absorbeur 21 ainsi que dans le tuyau vertical qui'communique librement avec le système à absorption par les conduites mentionnées pour la solution d'absorption r iche.
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La pompe 10 débouche dans un autre tuyau'vertical 22 et y maintient pendant le fonctionnement une colonne liquide de solution pauvre qui atteint dans ce tuyau un niveau 23 situe à une hauteur assez élevée pour que la solution pauvre puisse s'écouler d'elle-même par le tuyau 22, la conduite extérieure de l'échangeur de températures de liquides 17 et une conduite 24 dans une entrée à liquide, non représentées, disposée à la partie supérieure de 'l'absorbeur 25 établi de préférence sous forme d'un serpentin.
Pala transmission directe de chaleur d'une source thermique 12, on provoque en même temps que le refoulement du liquide dans la pompe 10 une évaporation de 1 ragent réfrigérant du mélange d'agent d'absorption et d'agent; réfrigérant; riche en agent réfrigérant. Toutefois de notables quantités de vapeurs de l'agent d'absorption sont également expulsees dans la pompe et envoyées dans le tuyau vertical 22. La partie supérieure de ce tuyau constitue une ch mbre de. séparation de gaz 26, qui dans ce cas, est reliée par une conduite 27 formée par un prolongement du tuyau vertical 22 au tuyau vertical 15 dont le prolongement vers le haut constitue une conduite de vapeur 54, qui mène au condenseur non représenté de l'appareil.
La conduite 27 débouche dans le tuyau vertical 15 au-dessous du niveau de liquide 20 qui s'y trouve. Le raccordement; 28 de la conduite 27 est disposé suivant l'invention à une hauteur H particulièrement appropriée par rapport au niveau 20.
L'agrégat de pompe qui est formé par le tuyau de pompe 10, les tuyaux verticaux 22 et '15,les Tuyaux de vapeurs 27 et 34 ainsi que par la source de cnaleur 12,15 est entouré,d'une manière .connue en soi, conjointement avec l'ecnangeur de température,par un calorifuge approprie, afin que les pertes de chaleur des parties chaudes de l'agrégat de pompe soient maintenues aussi faibles que possible.La figure montre un isolement 29 qui est
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entouré d'une enveloppe 30. Celle-ci possède à son extrémité ineileure une ouverture 31 donnant acces à un conduit entouré d'un tuyau thermo-isolant 32,pour l'introduction de la cartouche cnauffante électrique 13.
Les conducteurs électriques de la cartouche chauffante 13 passent dans ce ' conduit et ici également il a été prévu un isolement, sous la forme d'un corps en steatite 33.
Ainsi qu'on peut le constater sur le dessin, le tuyau vertical 22 n'est pas relié directement d'une manière thermo-conductrice à la source de chaleur 12,15,mais en est séparé thermiquement. Le dispositif est par conséquent agencé de telle manière que les quantités de chaleur nécessaires à la production du froid prevue sont exclusivement introduites de la source de chaleur dans le système par l'intermédiaire de la pompe 10. De ce fait on peut donner de très petites dimensions aux parties de l'agrégat de pompe qui fonctionnent à des températures particulièrement élevées, ce qui a pour effet de réduire les-pertes de chaleur dans une mesure appropriée.
Une expulsion de vapeur à l'intérieur du tuyau vertical 22 supposerait en cet endroit une température qui serait plus élevee que celle prévue dans l'exemple d'exécuticn considéré à l'intérieur de la pompe, parce que notamment une ebullition de l'agent réfrigérant, d'une solution dont la concentration en agent réfrigérant est inférieure: à celle de la. solution dans la pompe' 10, doit avoir lieu dans le tuyau vertical.
Comme on le sait le point d'ébullition s'élève à mesure que la concentration en agent réfrigérant diminue. Il est évident que dans ces conditions la réduction des pertes de chaleur ne peut pas être aussi elevee que dans l'exemple d'exécution représenté même si dans certains cas une réelle réduction peut également dans le cas où l'expulsion se fait à
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1'taterieur du tuyau vertical 22 être obtenue notamment au point de- vue des pertes de chaleur aans les types de bouilleurs connus jusqu'ici. mais la fourniture à la pompe seule de toutes les quantités de cnaleur nécessaires à la production du froid envisagée soulève,'comme il a déjà eté dit, des problèmes spéciaux.
En premier lieu cette fourniture de chaleur presume dans la solution refoulée par la pompe une température tellement élevee que la composition de la vapeur expulsée dans ce; conditions devient peu satisfaisante et,par conséquent, si des mesures spéciales ne sont pas prises, les pertes de chaleur auraient au moins la même importance que celles qui se présen- taient dans les types de construction de bouilleurs antérieurs.
Par suite de la haute température régnant dans la pompe,la pression partielle de la vapeur de l'agent d'absorption devient' si grande que si l'on veut, comme c'est habituellement le cas, ne condenser dans le condenseur que la vapeur de l'agent réfri- gérant, avec un maximum de 10% et de préférence un pourcentage inférieur à 2% de vapeurs de l'agent d'absorption, des mesures spéciales doivent être prises,ce qui à permis d'obtenir un résultat satisfaisant du fait que le melange de vapeurs riche en vapeurs de l'agent d'absorption produit dans la pompe,est conduit à travers une colonne liquide d'une solution d'aosorption plus riche.
Cette installation, qu'on appelle Habituellement rectificateur, assure une rectification des vapeurs, au cours de laquelle la teneur en chaleur des- vapeurs de l'agent d'absorption est utilisée pour expulser la vapeur de l'agent réfrigérant de cette colonne de liquide. On peut dire ainsi qu'une partie de la quantité de chaleur transmise de la source de chaleur .à la pompe est transmise automatiquement par ces vapeurs .de l'agent d'absorption à la colonne de rectification
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et n'est utilisée qu'en ce point dans le but considéré.
La quantité de chaleur relativement grande envoyée à la pompe occasionne en tout cas non seulement une pression partielle extraordinairement élevée pour la vapeur de l'agent d'absorption,mais une augmentation de la quantité totale de vapeurs avec une augmentation résultante du rendement de la pompe. Il a été établi que la quantité de solution d'absorption qui a été amenée par la pompe à circuler dans le système à absorbeur doit se trouver dans un certain rapport avec la quantité d'agent réfrigérant circulant formée dans le condenseur. Lorsque notamment la circulation du liquide dans le système absorbeur dépasse une certaine valeur, les pertes qui par suite de l'imperfection etc. de l'échangeur de température de liquides 17 et d'autres parties du système sont inévitables, prennent naissance ou s'amplifient.
L'économie de chaleur réalisée dans d'autres parties de l'appareil peut ainsi être complètement supprimée par les augmentations mentionnées des pertes. D'autre part,la circulation en question doit avoir une certaine valeur minimum afin qu'une absorption satisfaisante de vapeurs de l'agent réfrigérant puisse être atteinte dans le système d'évaporation.
On a constaté que dans les appareils frigorifiques à absorption du genre habituellement utilisé jusqu'ici,c'est-à- dire ceux où une partie et souvent beaucoup plus que la moitié de la vapeur de l'agent réfrigérant est expulsée dans un bouilleur correspondant au 'tuyau vertical 22, une circulation de liquide assurée par la pompe d'une solution d'absorption d'environ 7 kg par kg d'agent réfrigérant dans le condenseur peut être effectuée sans pertes trop grandes. Lorsque ce rapport s'élève dans une trop grande proportion et dépasse par exemple le cniffre 9 on se trouve dans des conditions extrêmement défavorables pour le fonctionnement.
On a constate aussi que dans beaucoup de cas le rapport le plus favorable entre les quantites ci-dessus mentionnées
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est- de l'ordre de 4,5, spécialement dans les appareils avec colonnes de rectification.
Si l'on suppose que dans le dispositif représenté sur le dessin, le mélange de vapeurs est conduit de la chambre de séparation des gaz 26 directement au condenseur au lieu d'être envoyé par la colonne de liouide H, les pertes aussi bien dans la conduite de vapeur 34 que dans le système circulatoire de liquide rendraient l'appareil pratiquement inutilisable. Du fait que la vapeur comme le montre le dessin est envoyée par la conduite 27 dans la colonne de liquide 1.5,il se produit deux modifications essentielles dans le fonctionnement de l'appareil.
En premier lieu,comme il a été dit précédemment,la composition de la vapeur allant au condenseur par la conduite 34,est modifiée dans le sens désiré,la quantité de chaleur contenue dans la vapeur de l'agent d'absorption venant de la pompe 10 étant utilisée presque à 100% par 1''expulsion des vapeurs. d'agent refrigérant dans la colonne liquide H. Cette façon de procéder n'a toutefois aucune repercussion sur la capacité de refoulement de la pompe. Toutefois si l'on choisit suivant l'invention d'une manière appropriée la grandeur de la colonne de liquide H on peut, en second lieu, obtenir une reaction Sur le refoulement par la pompe, c'est-à-dire une telle réduction de la circulation du liquide que l'économie calorifique dans le système de circulation du liquide devient satisfaisant.
La résistance à la circulation qui est représentée par la colonne liquide H donne lieu à une augmentation de la pression dans la chambre de séparation des gaz 26 qué réduit à son tour le refoulement de liquide dans le tuyau de pompe 10, c'est-à-dire que le rapport entre la production de vapeur et le refoulement' de liquide change dans un sens favorable au but visé ici.
De ce qui précède il résulterait que cette reaction sur le refoulement par la pompe est presque indépendante du fait
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que la vapeur est produite dans la pompe seulement ou à la fois dans la pompe et dans le tuyau vertical 22.En principe le tuyau mentionne peut par conséquent être relié plus ou moins à la source
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de chaleur 12,13 d'une manière thermo-conductrice,sans sortir du cadre de l'invention. L'invention n'est toutefois utilisable et n'exerce l'action désirée que dans le cas où le rapport entre la solution d'absorption refoulée dans la pompe et l'agent réfrigérant liquide' formé pendant ce temps dans le condenseur dépasse une certaine valeur. Ces valeurs sont indiquées à titre d'exemples dans la description'qui précède.
L'installation est en outre établie de telle façon que la concentration en agent réfrigérant de la solution riche,de préférence à 30% environ, qui pénètre par la conduite 18 du système à absorbeur dans le tuyau vertical 15 est réduite par expulsion de la vapeur d'agent réfrigérant dans la pompe,de telle façon que la concentration de la solution pauvre refoulée en hauteur dans le tuyau vertical 22 est amenee à un pourcentage inférieur à 20%.
Dans l'exemple représenté,la cartouche chauffante électrique 13 présente une longueur inférieure à la hauteur de la colonne de réaction pour la pompe de circulation du liquide. Cette colonne, comme on le sait, est considérée comme différence de hauteur entre le niveau du liquide 20 dans le réservoir 21 de l'absorbeur et le, point le plus bas auquel la pompe 10 avec la source de chaleur 12,13 est raccordée d'une manière thermo-conductrice. Dans certains cas, il peut cependant être avantageux d'employer une cartouche chauffante plus longue ou d'établir la transmission de chaleur à la pompe le long d'une hauteur plus grande mais qui ne doit pas dépasser la hauteur de la colonne de reaction de plus de 10%.
L'invention n'est pas limitée à la forme d'exécution décrite ci-dessus, de nombreuses modifications pouvant y être apportées sans sortir du cadre de l'invention.