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"Appareil de réfrigération",
La présente invention concerne les appareils de ré- frigération du type dans. lequel l'effet de refroidissement ré- suite de la vaporisation d'un agent réfrigérant approprié et elle a, plus particulièrement, pour objet d'offrir un appareil au moyen duquel des liquides peuvent être refroidis d'une ma- nière particulièrement efficace.
Dans le fonctionnement d'installations de réfrigé- ration, il est permis à un lqiide à bas point d'ébullition, comme l'ammoniaque par exemple, de se vaporiser dans un appa- reil qui est disposé pour absorber de la chaleur du liquide
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que l'on désire refroidir. La vapeur émise par le liquide réfrigérant est enlevée de la. chambre de vaporisation, liqué- fiée de nouveau par compression .et refroidissement et ramenée ensuite à la chambre de vaporisation.
Tous les éléments de cet appareil tel qu'on le, construit habituellement, à savoir t le dispositif évapora-
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/lés com- teur/et les condenseurs* sont de grosses pièces massives, . presseurs relativement coûteuses à fabriquer et à installer, et occu- pent une place relativement,grande. Dans la construction de cet appareil il est très important que toute la matière dont il est fait usage soit employée de la manière la plus avanta- geuse, de façon a produire les meilleurs résultats et ceci a une importance particulière dans la construction de l'évapo- rateur.
La présente invention vise à offrir un évaporateur dans lequel toute la matière qui entre dans sa construction est employée d'une manière particulièrement efficace, ce qui réduit la quantité de matière utilisée, ainsi que le poids et le prix de revient de l'appareil.
Suivant l'invention l'appareil refroidisseur com- prend un récipient destiné à recevoir le liquide réfrigérant et le liquide à refroidir et pourvu de parois internes appro- priées formant un moyen de séparer ces liquides. Des moyens appropriés sont prévus pour fournir du liquide réfrigérant à ce récipient et pour enlever de celui-ci la vapeur émise par ce liquide et il est également prévu des moyens appropriés pour maintenir sur sensiblement toute la surface des moyens sépa- rateurs une pellicule de liquide réfrigérant soumise à vapori- sation.
En maintenant cette pellicule de liquide réfrigérant soumise à vaporisation sur sensiblement toute la surface de la paroi séparatrice.la chaleur émanant du liquide à refroidir produit la vaporisation de la plus grande quantité possible du liquide réfrigérant et une grande vitesse de refroidissement est ainsi obtenue.
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L'appareil, comprend une chambre de vaporisation-, pour le liquide réfrigérant, à travers laquelle s'étendent une pluralité de conduits dans lesquels passe le liquide à refroidir et il est prévu, à l'intérieur de ;cette chambre, des moyens pour maintenir une pellicule de liquide réfrigé- rant sur sensiblement toute la surface de ces conduits, à l'intérieur de la chambre.
La pellicule de liquide réfrigé- rant est de préférence produite au moyen d'une pluralité de plateaux distributeurs, verticalement espacés, sur chacun desquels est maintenue une mare du; liquide réfrigérant et dans lesquels des passages sont formés pour livrer le liquide réfrigérant sur les surfaces des conduits* L'espacement des plateaux distributeurs de liquide réfrigérant est 'tel qu'une pellicule continue de liquide réfrigérant subit une vaporisa- tion d'un bout des conduits à l'autre.
Dans sa forme d'exécution préférée, l'appareil comprend un tambour cylindrique, verticalement disposé, d'un bout à l'autre duquel s'étendent une pluralité de tubes qui sont assujettis à des plaques tubulaires supérieure et infé- rieure* Ces tubes sont divisés en deux groupes à travers les- quels le liquide à refroidir est mis en circulation, dans des directions opposées, par des moyens convenables, un comparti- ment étant prévu, au-dessous de la plaque tubulaire inférieu- re, pour renverser la direction d'écoulement du liquider refroidir et conduire celui-ci d'un des groupes de tubes à l'autre. Au haut du tambour, il y a un réservoir ayant deux compartiments dont un communique avec chaque groupe de tubes.
Le liquide à refroidir est fourni à l'un de ces compartiments et est enlevé de l'autre. L'intérieur du tambour, entre les plaques tubulaires du haut et du bas, est pourvu d'une plura- lité de plateaux percés de trous à travers lesquels les tubes
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passent et qui sont un peu plus gros que les tubes de sorte que le liquide réfrigérant, qui est amené à un ou plusieurs des plateaux supérieurs et forme une mare sur ceux-ci, est dé- chargé sur les surfaces des tubes à travers les trous en ques- tion. Les plateaux sont contrariés de telle façon qu'en leur fournissant un excès de liquide réfrigérant la mare dé- borde de chaque plateau sur le plateau situé immédiatement au- dessous, ce qui fournit ainsi du liquide réfrigérant à tous les plateaux.
Le liquide que l'on fait passer à travers les tu- bes de cet appareil dans le but de le refroidir est, dans l'installation de réfrigération ordinaire, une solution d'eau salée ou/samunure ordinaire; mais l'appareil convient pour re- froidir d'autres liquides et, en particulier, de solutions d'où l'on désire précipiter des sels par une cristallisation due à l'abaissement de la température de ces solutions. Ainsi, l'appareil convient particulièrement bien pour précipiter 1' azotate de sodium d'une solution de caliche, ou salpêtre du Chili, par le refroidissement de cette solution conformément aux principes exposés dans le brevet français N 554.535, en date du 28 juillet 1922.
Sur les dessins ci-joints, qui représentent à ti- tre d'exemple deux formes d'exécution de l'appareil faisant l'objet de l'invention : Fig. 1 est une coupe verticale représentant la for- me d'exécution préférée de l'appareil refroidisseur;
Fig. 2 est une coupe, à grande échelle, d'un frag- ment de l'appareil, représentant la distribution du liquide réfrigérant d'un des plateaux sur la surface des tubes;
Figs. 3 et 4 sont des coupes transversales suivant 3-3 et 4-4, respectivement, fig. 1;
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fig. 5 est une coupe longitudinale d'une autre forme d'exécution de l'appareil et
Fig. 6 est une coupe transversale suivant 6-6, figo
5.
L'enveloppe cylindrique 10, en tôle d'acier ou au- tre matière convenable, est pourvue, en bas, d'une plaque tu- bulaire 11 et, en haut,, d'une plaque tubulaire 12, ces plaques tubulaires étant pourvues de rebords et soudées, ou assujetties autrement d'une façon étanche, à la surface intérieure de 1' enveloppe 10, de façon à former à l'intérieur de celle-ci une chambre de vaporisation étanche; 13. Une pluralité de tubes 14, en matière convenable. sont sertis ou mandrinés, comme cela est représenté en 15 à la fig. 2, dans des trous des plaques tubulaires 11 et 12, leurs extrémités ouvertes étant laissées en communication avec les espaces situés au- dessous et au-dessus des dites plaques.
Il va sans dire que l'on fait passer le liquide à refroidir à travers ces tubes et la façon particulière dont ceci se fait, suivant l'inven- tion, apparaîtra plus loin,
L'intérieur de la, chambre de vaporisation 13 est pourvue d'une pluralité de plateaux horizontaux verticalement espacés -16 qui sont. percés pour le passage destubes 14 et sont supportés, d'une manière appropriée quelconque, à l'intérieur de la chambre.
Les trous existant dans les pla- teaux !2.. pour le passage des tubes sont visibles à la fig. 2 et sont un peu plus grands que la grosseur des tubes 14, ce qui laisse un espace annulaire . 17, autour de chaque tube,*
Des mares de liquide réfrigérant, 18 sont main- tenues sur les plateaux 16. la.profondeur de ces mares étant déterminée par la hauteur de rebords 19 qui existent autour des périphéries des plateaux.
Il est préférable de munir les
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plateaux de ces rebords 19, plutôt que d'en assujettir les bords à l'intérieur de l'enveloppe 10, afin de faciliter la construction et le montage de l'appareil. Pour former les ma- res 18, on amène du liquide réfrigérant à un ou plusieurs des plateaux 16 près du haut de la chambre de vaporisation* Dans la disposition représentée à la fig. 1, du liquide ré- frigérant est fourni au second plateau 16par un tuyau 20.
Le liquide réfrigérant sortant du tuyau 20 s'ac- cumule sur la surfaceu second plateau 16 jusqu'à ce qu'il atteigne le bord supérieur de la lèvre de trop-plein 21 d'où il se, déverse sur la surface du plateau situé immédia- tement au-.dessous.
La lèvre de trop-plein 21 du plateau im- médiatement inférieur se déverse, à son tour, sur le plateau qui se trouve en dessous, et ainsi de suite jusqu'à ce que tous les plateaux contiennent des mares de liquide réfrigé- rant. 11 va sans dire que les lèvres de trop-plein 21 de* plateaux adjacents sont contrariées les unes par rapport aux autres de façon que le liquide se déverse de l'un des pla- teaux sur le plateau immédiatement suivante comme cela vient d'être décrit* Ces lèvres de trop-plein sont espacées de la surface intérieure de l'enveloppe 10 de facon à former un passage pour la vapeur émise par le liquide réfrigérant à mesure que cette vapeur passer au-delà de chaque plateau, vers la partie supérieure de la chambre de vaporisation.!,
Le liquide réfrigérant s'écoule des différentes mares 18, à travers chacun des espaces annulaires 17 qui en- tourent chacun des tubes 14, sous la forme de courants-an- nulaires 22 qur/ruisselent sur les surfaces extérieures des tubes 14, Ces courants au filets annulaires de liquide ré- frigérant subissent une vaporisation, du fait de la chaleur qui,. émanant du liquide à refroideir, passe à travers les pa-
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'rois des tubes 14 et, au moment où ces courants annulaires 22 ont ruisselé sur une certaine distance sur les tubes 14, ils seront complètement vaporisés.
Toutefois, l'espacement des plateaux 16,distributeurs de liquide réfrigérant, est tel que ce point n'est, en fait, jamais atteint mais qu'un excès de liquide réfrigérant est toujours distribué à travers les espaces annulaires 17, et les plateaux 16 sont suffisam- ment voisins les uns des autres pour assurer Inexistence, sur la surface de chaque tube 14, d'une pellicule de liquide réfrigérant, soumise à vaporisation, qui est continue sensi- blement d'une des plaque,s tubulaires à 1'autres La.vapeur émise par le liquide réfrigérant s'élè- ve au-delà des lèvres de décharge, ou de trop-plein, contra- riées, 21, des plateaux distributeurs16 et, en atteignant le haut de la chambre de vaporisation 13,
sort de celle-ci par un tuyau 23 qui la conduit à l'appareil compresseur et con- denseur (non représenté) où. elle est liquéfiée pour être ra- menée ensuite à l'appareil évaporateur par le tuyau 24 qui est le tuyau d'amenée du liquide réfrigérante
Pour éviter le risque que du liquide réfrigérant mécaniquement entraîné soit emmené par le tuyau 23 avec la vapeur, il. n'est pas fourni de liquide réfrigérant ar plateau 16 le plus élevée Bien que tousles plateaux 16 jouent le rôle de chicanes pour obliger la vapeur émise par le liquide réfrigérant à suivre un parcours sinueux à travers la chambre de vaporisation* ce plateau le plus élevé et les conduits pas- sant au travers constituent un.
moyen particulièrement effi- cace d'empêcher que du liquide-, réfrigérant entraîné mécanique- ment dans la vapeur soit emmené . travers l'orifice de sortie de vapeur.
Tout liquide réfrigérant, sortant du tuyau 20, qui est entraîné mécaniquement par la vapeur à mesure qu'elle
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passe devant l'extrémité ouverte de ce tuyau est aspirée à travers le labyrinthe de tubes situés à la droite de l'extré- mité de décharge du tuyau 20 et ceux des tubes qui se trouvent entre le plateau 16 le plus élevé et la plaque tubulaire du haut, 12.
Les surfaces de ces tubes sont relativement sèches parce qu'il n'est pas maintenu de mare de liquide ré- frigérant sur le plateau 16 le plus élevée Le contact avec ces tubes détermine la séparation et la vaporisation de tout i le liquide mécaniquement entraîné
Etant donné qu'un excès de liquide réfrigérant est maintenu sur tous les plateaux 16. à l'exception du plateau le plus élevée une certaine quantité de ce liquide s'accu- mule au fond de la. chambre de vaporisation 13 d'où ce liqui- de est enlevé a travers un tuyau 248; :par un dispositif quel- conque 'convenable. tel que la pompe. 25. Le liquide réfrigé- rant retiré à travers le tuyau 24a est refoulé par la pompe à travers le tuyau 26, et ramené au tuyau d'alimentation 20.
De cette façon,, une circulation continue du liquide réfrigé- rant est maintenue*
Jusqu'ici la description a traité entièrement, de l'écoulement et du contrôle ,de l'agent.* ou liquide. réfri- gérant; on va maintenant décrire les parties de l'appareil qui sont destinées à contrôler le flux du liquide à refroidir.
Le fond du récipient ou chambre de vaporisation 13 repose sur un socle creux 27 qui est lui-même supporté sur une fondation appropriée 28. Ce récipient de vaporisation est de préférence relié au socle au moyen de brides coopérantes,29, entre les- quelles une garniture appropriée peut être placée de manière à former un joint étanche. '
Immédiatement au-dessous de la. plaque tubulaire in- férieure 11 il existe.
lorsque c'est nécessaire, à l'inté- rieur du socle creux 27, une chambre 30 qui possède un fond
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conique 31 et dont le but apparaîtra plus loin* Au haut de l'appareil* il est prévu un récipient 32 dont les parois la- térales peuvent être formées par des prolongements de l'en- veloppe 10 et dont le fond est formée par la plaque tubulaire supérieure 12, de sorte que ce récipient est en communication avec l'intérieur des tubes 14. Ce récipient 32 est subdivisé, par une cloison centrale 33. en deux compartiments 34 et 35. et peut être soit ouvert ou fermé en haut.
Le compartiment 34 est le compartiment d'entrée pour le liquide à refroidir qui est amené dans l'appareil par une conduite 36. Sur le, côté opposé du récipient 32 il est prévus lorsque cela. est nécessaire, une sorte de caisson 37 qui est en communication avec les compartiments 34 et 35 par les. ouvertures 38 et 39, respectivement. A l'intérieur de ce caisson est situé un dispositif de pompage qui est désigné dans son ensemble par 40 et qui est actionné par un arbre 41 tra- versant-l'une des parois du caisson et recevant son mouvement d'une courroie 42 reliée à un moteur de commande qui est de préférence du type à vitesse variable. Au moyen de ce dispo- sitif de pompage, du liquide est transféré du compartiment 35 au compartiment 34.
Le liquide refroidi s'en va de l'appareil refroidisseur par une conduite appropriée, 43. qui part du com- partiment 35.
Dans le fonctionnement, de l*appareil, du liquide réfrigérant est continuellement fourni à la chambre de vapo- risation 13par le tuyau 20, comme cela a été dit précédemment, et les parties de l'appareil qui sont destinées à recevoir le li- quide à refroidir sont complètement remplies de ce liquide jus- qu'au niveau indiqué par la ligne 44. Lorsque le liquide à re- froidir est à ce niveau, les deux compartiments 34 et 35 sont
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bien remplis de liquide, ainsi que l'intérieur du caisson37.
L'intérieur de tous les tubes 14, qui s'étendent à travers'la. chambre de vaporisation 13, ainsi que la chambre 30,audéssous/de la plaque tubulaire inférieure 11, sont également pleins de li- quide.
,on met alors en.marche l'appareil de pompage 40 qui produit une circulation du liquide à refroidir, dans la direction des flèches à la fig. 3, ce qui oblige le liquide à descendre à travers tous les tubes 14 qui sont en communi- cation avec le compartiment 34 et dans la chambre 30.
De la chambre 30, le liquide s'élève à travers les tubes 14 qui sont en communication avec le compartiment 35 et), en atteignant ce dernier compartimenta le liquide revient au dispositif de pompage 40, ou sort de l'appareil par la conduite 43,
On contrôle le flux du liquide à refroidir entrant dans l'appareil et en sortant par les conduites 36 et 43, respectivement, en faisant varier la charge hydrostatique d' une manière appropriée quelconque, par exemple au moyen de pompes ou de déversoirs convenablement disposés. De cette fa- con, le niveau du liquide est maintenu dans l'appareil et le liquide est obligé à quitter le dispositif refroidisseur dès que sa température a été abaissée au point voulu.
S'il n'en- tre pas de liquide dans l'appareil ou s'il n'en sort pas de celui-ci,, le dispositif de pompage 40¯ continuera à faire cir- culer le liquide comme cela a été décrit ci-dessus et la tem- pérature sera continuellement abaissée. L'allure de refroi- dissement dépend largement'de la vitesse du liquide à travers les tubes 14. vitesse qu'il est facile de contrôler en faisant varier la vitesse du moteur qui actionne le dispositif de pom- page 40, ou au moyen de la pompe alimentant la conduite 36.
Par suite, en maintenant la pellicule de liquide réfrigérant' sur la. surface des tubes 14, à l'intérieur de la chambre de
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vaporisation 13, ce qui est effectué au. moyen des plateaux distributeurs de liquide et des moyens de mise en circula- tion du liquide réfrigérante on obtient un effet de refroi- dissement maximum. On règle arec facilité le contrôle de la @ température du liquide refroidi en contrôlant l'écoulement de liquide dans les conduites 36 et 43 et (ou) en réglant la vitesse de la pompe de circulation 40.
Le fond conique 31 de la chambre 30 est utile lorsque des solides doivent être précipités du liquide soumis au refroidissement et sert à rassembler ces solides autour de l'orifice d'évacuation 45 en travers duquel est disposé un tiroir 46 qu'un mécanisme de commande appropriée qu'on peut actionner, de l'extérieur du socle creux 27, au moyen du volant 5 47* permet d'ouvrir pour faire tomber les solides sur la surface inclinée 48. Après que ces solides ont été ainsi déchargés sur la, surface 48, on peut facile- ment les racler vers l'ouverture 49, existant dans la paroi du socle creux 27.
Un trou d'homme 50, qui est pourvu d'un couvercle convenable', est également prévu dans les parois de ce socle creux pour donner accès à l'intérieur de ce der- nier pour les nettoyages ainsi que pour permettre de visiter le tiroir 46 et d'accéder à l'ouverture couverte 51 exis- tant dans le fond conique 31.
Pour renforcer les plaques tubulaires Il et 12,une colonne verticale creuse 52 s'é- tend de la,plaque 11 du bas à une poutrelle 53 placée diamétralement en travers du dessus du récipient 32.Les deux plaques tubulaires 11 et 12 sont assujetties à cette colonne qui les supporte ainsi en leurs centres et par l'in- térieur de laquelle* si on le désire,la chambre 30 est en communication avec l'atmosphère* de sorte que le remplissage de la chambre par le liquide à refroidir est facilité.
Dans l'autre forme d'exécution de l'appareil,
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qui est représentée aux figs. 5 et 6, le tambour évaporateur, ou de vaporisation, 13' e'st place horizontalement. Les tubes !4' s'étendent entre les plaques tabulaires 11' et 12' et les plateaux 16', distributeurs de liquide réfrigérante au lieu d'être circulaires, comme dans la disposition re- présentée aux figs. 1 à 4 inclusivement, sont de forme rec- tangulaire et sont de différentes dimensions, comme on le comprendra aisément. d'après la fig. 6.
Dans cette forme d'exécution de l'appareil, le liquide réfrigérant amené par le tuyau 24 est déversé par le tuyau d'alimentation 20' sur le plateau distributeur 16' le plus élevé qui, aussi bien que tous les autres plateaux, est percé de nombreux trous 54 à travers lesquels des cou- rants continus de liquide'réfrigérant se répandent sur les sur- faces des tubes 14'.
Le liquide réfrigérant en surplus passe de chacun des plateaux, par dessus les 'lèvres de décharge ou de trop- plein 21' sur les plateaux suivants et l'excès de liquide ré- frigérant, au fond du récipient 13' se rassemble dans le puits 55 d'où il est ramené au tuyau d'alimentation 20'l au moyen de la pompe 25. de la même manière que cela a été dit précédemment.
1 La vapeur émise par le liquide réfrigérant s'élëve autour des extrémités des plateaux distributeurs contrariés, 16',dans une chambre 86 d'ou elle est amenée, par le tuyau 23, à l'appareil de liquéfaction, également comme cela a été décrit ci-dessusoA l'intérieur de la chambre 56, se trouvent plusieurs chicanes 57 qui servent à recueillir toutes particu- les de liquide réfrigérant qui ont été mécaniquement entrai- nées dans la vapeur et à ramener ce liquide sur le plateau 16' 1'(:), plus élevé* La. chambre 56 joue donc le même rôle que la partie supérieure de la chambre de vaporisation 13 et; les chi- canes 57, le même rôle que, le plateau 16, le plus élevée de
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l'appareil représenté à la fige 1.
Dans la forme d'exécution représentée aux figs. 5 et 6* le liquide à refroidir ne passe qu'une fois à travers les tubes 14' aucun moyen d'ayant été représenté pour produi- re une circulation continue de ce liquide. On pourrait cepen- dant, si on le désirait, prévoir un appareil de circulation appropriée ou plus d'un passage de la solution, Comme c'est représenté à la. fig. 5, le liquide à refroidir pénètre de préférence dans l'appareil par le tuyau 58 et, après avoir @ passé dans les tubes 14', s'en va par la conduite 59. Des trous d'homme 60 et 51'sont disposés dans les extrémités de l'appareil pour permettre le nettoyage de l'intérieur des tu- bes.
L'appareil refroidisseur de liquide qui fait l'ob- jet de l'invention emploie efficacement toute la matière qui. entre dans sa construction. Ceci est montré à un degré marqué dans la distribution du liquide réfrigérant sur les surfaces des tubes 14 (ou 14') en une pluralité de zones de distribu- tion. de manière à maintenir- une pellicule de liquide réfri- gérante soumise à vaporisation, qui est continue sur sensible- ment toute la surface de ces tubes à l'intérieur de la chambre de vaporisation.
Le contrôle de la vitesse du liquide dans les tubes 14¯ par l'allure de l'alimentation, ou la circulation conti- nue, du. liquide soumis au refroidissement offre un moyen ef- ficace, et facile à contrôler de régler la température du liquide de manière à. produire un refroidissement effectif et rapide au point désiré. et en même temps à arrêter l'a- baissement de la température au-dessous de la quantité requise.
Cet appareil est, de plus, efficace pour le refroidissement d' eau, de saumure ou de tous autres liquides qu'on désire refroi- dir et il convient spécialement bien pour le refroidissement de solutions dans le but de provoquer la cristallisation de diverses matières y contenues,