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La présente invention a pour objet des procédés de réfrigération du type faisant application du principe de fonctionnement par absorption, et à des appareils pour la mise en pratique de ces procédés.
Le procédé de réfrigération conforme à l'inven- tion consiste à faire dégager un agent réfrigérant volatil à la partie supérieure d'une colonne de distillation et de rectification, hors d'une solution de cet agent dans un Procédés de réfrigération et appareils fonctionnant par absorption.
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agent d'absorption moins volatil ; à conduire l'agent réfrigérant dégagé, dans un condenseur primaire, en vue de sa condensation, et de là dans un évaporateur; à élever i'a- gent d'absorption moins volatil du fond de la colonne de dis- filiation, par ébullition, en le faisant passer à travers un conduit chauffé séparé, dans une chambre de séparation:
à conduire la vapeur de l'agent d'absorption de cette chambre vers un second condenseur, et à faire écouler l'agent d'absorp tion liquéfié, de ce condenseur dans un absorbeur.
Dans le cas où l'appareil contient un gaz équili- breur de pression, lequel est mis en circulation par l'échauf- fement d'une branche ascendante et par le refroidissement d'u- ne branche descendante de ce circuit de gaz, le procédé con- forme à l'invention comporte également les étapes suivantes : du liquide d'absorption dilué est élevé du fond d'une colonne de distillation et de rectification, à travers un autre con- duit, par ébullition, pour être amené à une chambre de sépa- ration ; la vapeur du liquide' d'absorption passe de la chambre de séparation dans un élément condenseur dirigé vers le bas et séparé de l'élément condenseur d'agent réfrigérant; le gaz équilibreur de pression, après avoir passé à travers la bran- che ascendante chauffée, est dirigé vers ledit élément conden"' seur dirigé vers le bas ;
le mélange de liquide d'absorp- tion condensé et de gaz équilibreur de pression est conduit dudit élément condenseur jusque dans la partie inférieure de l'absorbeur.
Dans le procédé ci-dessus mentionné, l'invention a également pour but la méthode qui permet de faciliter la circulation du gaz équilibreur de pression par l'introduction de vapeurs d'un fluide plus lours, dans l'intérieur dudit élé- ment dirigé vers le bas.
Une autre caractéristique de 1'invention comporte une méthode de circulation du liquide dans un appareil réfri-
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gérateur à fonctionnement par absorption, et elle consiste: à introduire, par gravité, un liquide d'absorption concen. tré partant d'un absorbeur, dans la partie supérieure d'une colonne de distillation et de rectification ; élever le liquide d'absorption du fond de ladite colonne, par ébulli- tion, à travers un conduit chauffé séparé, dans une chambre de séparation disposée au-dessus de l'absorbeur; à faire écouler le liquide hors de ladite chambre, pa.r gravité, vers la partie supérieure de l'absorbeur, et à ramener la vapeur de liquide d'absorption, séparée dans ladite chambre vers la partie inférieure de l'absorbeur.
L'appareil conforme à l'invention comporte un conduit pourvu de moyens de chauffage, lequel part du fond d'un appareil de distillation ou d'un bouilleur, pour se rendre dans une chambre de séparation disposée au-dessus de 1,'absorbeur, la capacité à liquide de ladite chambre de séparation communiquant avec la partie supérieure de l'ab- sorbeur, tandis que la chambre de vapeur communique à tra- vers un condenseur avec la partie inférieure de l'absor- beur.
Les'procédés conformes à l'invention peuvent être rendus plus faciles à exécuter par l'introduction, dans l'agent d'absorption, d'un troisième fluide dont la volati- lité est comprise entre celle de l'agent d'absorption et celle de l'agent réfrigérateur. Au cours du fonctionnement de l'appareil, ce fluide restera avec l'agent d'absorption au fond de la colonne de distillation, ce qui permet d'é- viter autant que possible la rétention de petites quanti- tés dtagent réfrigérant dans l'agent l'absorption, quanti- tés retenues qui sans cela seraient difficiles à éliminer.
La vapeur de ce fluide, formée au cours de l'élévation de l'agent d'absorption le moins volatil, passe dans la cham- bre de séparation et de là dans le second condnseur, où
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élle se condense. Dans le cas où du gaz inerte passe également à travers le second condenseur, les vapeurs plus lourdes conden sées dans ledit condenseur peuvent être utilisées pour accélé- rer la circulation du gaz inerte. Si l'on emploie de l'ammonia- que et de l'eau comme agent réfrigérant et comme agent d'absorp tion respectivement, on peut se servir d'alcool comme troisiè- me fluide. Ces matières sont uniquement indiquées à titre d'e- xemple, et il va de soi que l'on pourra employer de nombreuses autres combinaisons de fluides.
Dans le dispositif conforme à la présente invention, de la vapeur d'un agent d'absorption, dégagée hors du bouil- leur ou générateur, est introduite dans le mélange de gaz iner- te et de vapeur d'agent réfrigérant sortant de l'évaporateur et avant que ce mélange ne pénètre dans l'absorbeur, ce par quoi il s'effectue une absorption additionnelle d'agent réfri- gérant pour la séparation entre celui-ci et le gaz inerte, l'ap pareil pouvant de ce fait fonctionner avec une grande efficaci- té, avec refroidissement de l'air en cas de températures d'air élevées. D'autre part, si on le désire, la chaleur de condensa- tion et d'absorption peut être partiellement utilisée en vue de la vaporisation de l'agent réfrigérant dans le rectifies- teur, ce qui élève le rendement de l'appareil.
La circulation de gaz inerte dans des appareils fonc- tionnant à gaz inerte peut être effectuée de toute façon appro- priée, et elle peut en fait, être assurée à l'aide d'un injec- teur fonctionnant par le passage de la vapeur de l'agent d'ab- sorption dans le condenseur secondaire.
Les fluides qui coopèrent dans ce procédé peuvent être choisis de manière que l'on puisse éviter la nécessité de l'emploi d'un gaz équilibreur de pression, la différence de pression entre les parties de l'appareil étant tellement fai- ble que les différences de niveau permettent d'assurer le re-
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tour de la solution absorbante vers le rectificateur. Si on le désire, l'appareil peut être construit de manière que l'on puisse utiliser comme gaz inerte l'air qui se trouvait à l'ori- gine contenu dans l'appareil, ou bien l'air pourra être rempla- cé par tout autre gaz inerte à la pression atmosphérique.
L'invention sera décrite en détail ci-après, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 montre une forme de réalisation de l'ap- pareil pour la mise en pratique du procédé conforme à l'inven. tion.
La figure 2 montre une variante permettant également l'application du procédé conforme à l'invention.
Dans ces dessins, 1 désigne le générateur ou la colo ne de distillation comportant un rectificateur 2 et qui est chauffé à sa partie inférieure par les flammes de brûleurs à gaz 3 et 4 ou par tous autres moyens de chauffage appropriés.
La vaporisation de l'agent réfrigérant en partant d'un agent d'éabsopption moins volatil est effectuée dans l'ensemble bouil- leur et rectificateur 1 et 2. L'appareil pourra par exemple fonctionner à l'aide d'ammoniaque et d'eau, de façon que l'on obtienne, au fond du bouilleur 1, un liquide à très faible teneur en ammoniaque et qui pratiquement ne contiendra que de l'eau pure si l'on donne au bouilleur 1 et au rectificateur 2 des dimensions convenables. Par ébullition dans le conduit 5, l'eau pure est élevée à travers le conduit 6 pour être amenée 'à l'intérieur d'un récipient séparateur 7, la quantité d'eau élevée étant réglée en déterminant convenablement l'apport de chaleur du brûleur à gaz ou autre appareil analogue 4.
Dans le récépient ?7 l'eau est séparée de sa vapeur, l'eau s'écoulant par gravité à travers le conduit 8 dans un échangeur de cha- leur de liquide 9 et à travers un conduit 10 pour être amenée à la partie supérieure de l'absorbeur 11. La vapeur qui a été
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séparée dans le récipient 7 s'échappe par le conduit 12 pour se rendre dans le condenseur 13.
La vapeur d'ammoniaque dégagée dans le bouilleur 1 et dans le rectificateur 2 s'élève jusque vers la partie su- périeure 14 où elle transmet son excédent de chaleur au gaz inerte, en déterminant ainsi, de la façon connue, la circu- lation de ce dernier, et elle passe dans le condenseur prin- cipal 15 où elle est liquéfiée. L'ammoniaque liquide passe à travers le tube en U 16 pour se rendre dans le serpentin évaporateur 17, l'évaporation dans ce serpentin étant aidée de la façon connue, par la présence du gaz inerte en circula- tion, la circulation de ce gaz s'effectuant dans le sens in- diqué par les flèches. Le gaz inerte descend à travers le serpentin 17 dans le même sens que l'ammoniaque, et il se rend de là à travers l'échangeur de chaleur de gaz 19, 20 dans la branche ascendante 18 où il est chauffé.
Il s'écoule de là à travers le condenseur 13, le conduit 21, et l'absor- beur 11, en contre-courant avec le liquide dilué, lequel absorbe l'ammoniaque que le gaz entraîne, et il retourne à travers l'échangeur de chaleur de gaz 20 dans la partie su- périeure du serpentin évaporateur 17.
La vapeur d'agent d'absorption qui passe à travers le conduit 12, pour se rendre au condenseur 13, se mélange à l'ammoniaque contenue dans le gaz inerte enrichivenant du conduit 18 et se condense pour absorber une partie de l'am moniaque dans le mélange de gaz riche. La séparation de l'am- moniaque hors du gaz inerte, laquelle constitue une caracté- ristique importante dans la production du froid par ce gen- re de machines, est effectuée, conformément à l'invention, non seulement par l'absorption dans le liquide dilué à l'in- térieur de l'absorbeur, mais aussi en partie p r son mélange avec de la vapeur d'eau et la condensation subséquente dans le condenseur secondaire 13.
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L'utilisation de ces deux effets, pour la sépara- tion de l'ammoniaque hors du gaz inerte, produit un résultat bien plus intense et qui permet à l'appareil de fonctionner avec une grande efficacité avec refroidissement d'air, même avec des températures d'air élevées.
Dans la figure 1, du dessin, le condenseur et l'absorbeur sont représentée comme refroidis par des ailettes, mais l'on peut évidemment si on le préfère, avoir recours à un refroidissement par circulation d'eau. Dans ce cas l'appa- reil peut fonctionner avec des températures d'eau élevées et avec un bon rendement.
Le liquide qui arrive dans l'absorbeur 11 peut, en fait, être de l'eau pure, si bien que la température d'absorption peut être très élevée, et, si on le désire, une partie de la chaleur d'absorption peut être utilisée en vue de la vaporisation d'ammoniaque dans le rectificateur 2. Dans ce cas une bonne transmission de la chaleur, soit directement soit à travers un agent intermédiaire, doit être prévue, bien qu'un semblable dispositif n'ait pas été représenté sur la figure 1 afin de ne pas compliquer le dessin. Le conduit 23 agit comme conduit de purge pour assurer la décharge du li- quide qui autrement s'écoulerait entre les conduits 19 et 18, et l'on évite par là le danger d'interruption de la circula- tion du gaz inerte.
Il est aisé de comprendre que si l'on ajoute de l'alcool à l'ammoniaque et à l'eau, l'alcool s'écoulera avec l'eau au fond de la colonne de distillation et passera dans le conduit 5, en sorte que les vapeurs séparées dans le ré- cipient 7 comporteront de l'alcool et de l'eau. Les vapeurs d'alcool s'élèvent à travers le conduit 12 pour se rendre dans le condenseur 13, et, dans certaines conditions, le
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poids spécifique de cette vapeur peut être utilisé pour ac- célérer la circulation du gaz inerte.
Dans la figure 2, où le condenseur secondaire fait corps avec l'absorbeur, lequel est naturellement établi avec de grandes dimensions, le rectificateur 2 reçoit la forme d'un serpentin, le liquide s'écoulant par gravité vers le bouilleur 1, et la vapeur dégagée s'élevant en contact et en contre-courant avec ledit liquide. La surface de contact agran die que fournit le long trajet du liquide et de la vapeur assu re une bonne rectification si l'on choisit convenablement les dimensions. Le bouilleur est chauffé par des éléments électri- ques 3 et 4 ou par tous autres moyens appropriés, ceux-ci étant employés principalement en vue d'assurer la circulation par élévation du liquide dans les conduits 5 et 6 par ébulli- tion. Le liquide séparé dans le récipient 7 suit le même tra- jet que celui décrit avec référence à la figure 1.
La vapeur de l'agent d'absorption, qui sort du conduit 12, s'écoule vers la partie inférieure de l'absorbeur 11, où elle se mélange au gaz inerte et se condense pour former une solution d'ammonia- que. La condensation s'effectue dans l'absorbeur 11, et c'est pour cette raison que ce dernier doit être de dimensions plus grandes que l'absorbeur représenté sur la figure 1; mais les deux effets de condensation et d'absorption d'ammoniaque hors du gaz inerte se produisent de la même façon que dans l'exem- ple précédent. La circulation de gaz inerte est déterminée par le chauffage dans le conduit 18 et par le refroidissement dans le condenseur 13.
L'absorbeur 11, l'évaporateur 17 et le condenseur 13 devront être pourvus de moyens de refroidisse- ment, soit par de l'eau, soit par de l'air circulant sur des ailettes, soit encore par des moyens de refroidissement indi- rects, à l'aide d'un liquide circulant par effet de thermo-si- phon et qui absorbe la chaleur de l'appareil entransmettant celle-ci à l'air. Ce dispositif de refroidissement n'est pas
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représenté sur la figure 2.
Il va de soi qu'au lieu d'employer deux dispositifs de chauffage, on pourra n'en employer qu'un seul, la partie de la chaleur utilisée pour produire l'ébullition et la par- tie utilisée pour assurer la circulation étant convenablement proportionnées.
REVENDICATIONS :
1.- Un procédé de réfrigération du type à absorp- tion et qui consiste: à dégager un agent de réfrigération volatil à la partie supérieure d'une colonne de distillation et de rectification, hors d'une dissolution de cet agent dans un agent d'absorption moins volatil ; amener la vapeur d'a- gent de réfrigération dégagée, dans un condenseur primaire pour sa condensation, et de là dans un évaporateur ; élever l'agent d'apsorption moins volatil du fond de la colonne de distillation, par ébullition, à travers un conduit séparé chauffé, pour l'amener dans une chambre de séparation; à con- duire la vapeur d'agent d'absorption hors de cette chambre dans un second condenseur;
et à assurer le passage de l'agent d'absorption liquéfié dudit condenseur dans l'absorbeur.
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The present invention relates to refrigeration methods of the type applying the principle of absorption operation, and to apparatuses for carrying out these methods.
The refrigeration process according to the invention consists in causing a volatile refrigerant to be released at the top of a distillation and rectification column, out of a solution of this agent in a refrigeration process and apparatus operating by absorption.
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less volatile absorption agent; in conducting the evaporated refrigerant, in a primary condenser, with a view to its condensation, and thence into an evaporator; raising the less volatile absorption agent from the bottom of the distillation column, by boiling, passing it through a separate heated duct, into a separation chamber:
in conducting the vapor of the absorption agent from this chamber to a second condenser, and in causing the liquefied absorption agent to flow from this condenser into an absorber.
In the event that the appliance contains a pressure-balancing gas, which is circulated by the heating of an ascending branch and by the cooling of a descending branch of this gas circuit, the The process according to the invention also comprises the following steps: dilute absorption liquid is raised from the bottom of a distillation and rectification column, through another conduit, by boiling, to be brought to a boiling point. separation chamber; the vapor of the absorption liquid passes from the separation chamber into a condenser element directed downwards and separated from the refrigerant condenser element; the pressure balancing gas, after passing through the heated ascending branch, is directed towards said downwardly directed condenser element;
the mixture of condensed absorption liquid and pressure balancing gas is conducted from said condenser element to the lower part of the absorber.
In the above-mentioned process, the object of the invention is also the method which makes it possible to facilitate the circulation of the pressure-balancing gas by the introduction of vapors of a heavier fluid, into the interior of said directed element. down.
Another feature of the invention includes a method of circulating liquid through a refrigeration apparatus.
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manager operating by absorption, and it consists of: introducing, by gravity, a concentrated absorption liquid. starting from an absorber, in the upper part of a distillation and rectification column; raising the absorption liquid from the bottom of said column, by boiling, through a separate heated duct, into a separation chamber disposed above the absorber; in causing the liquid to flow out of said chamber, by gravity, towards the upper part of the absorber, and in returning the absorption liquid vapor, separated in said chamber, to the lower part of the absorber.
The apparatus according to the invention comprises a duct provided with heating means, which starts from the bottom of a distillation apparatus or of a boiler, to go into a separation chamber arranged above 1, 'absorber , the liquid capacity of said separation chamber communicating with the upper part of the absorber, while the vapor chamber communicates through a condenser with the lower part of the absorber.
The processes according to the invention can be made easier to carry out by introducing into the absorption agent a third fluid the volatility of which is between that of the absorption agent and that of the refrigerator agent. During operation of the apparatus, this fluid will remain with the absorber at the bottom of the distillation column, thus avoiding as much as possible the retention of small amounts of refrigerant in the tank. absorption agent, retained amounts which would otherwise be difficult to remove.
The vapor of this fluid, formed during the rise of the less volatile absorption agent, passes into the separation chamber and thence into the second condenser, where
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it condenses. In the event that inert gas also passes through the second condenser, the heavier vapors condensed in said condenser can be used to accelerate the circulation of the inert gas. If ammonia and water are used as the coolant and as the absorber, respectively, alcohol can be used as the third fluid. These materials are given by way of example only, and of course many other combinations of fluids can be employed.
In the device according to the present invention, vapor of an absorption agent, released from the boiler or generator, is introduced into the mixture of inert gas and vapor of refrigerant exiting the tank. evaporator and before this mixture enters the absorber, whereby an additional absorption of refrigerant takes place for the separation between the latter and the inert gas, the apparatus being therefore able to operate with high efficiency, with air cooling at high air temperatures. On the other hand, if desired, the heat of condensation and absorption can be partially utilized for vaporization of the refrigerant in the rectifier, thereby increasing the efficiency of the apparatus.
The circulation of inert gas in apparatuses operating with inert gas can be effected in any suitable manner, and it can in fact be effected by means of an injector operated by the passage of steam from the gas. the absorption agent in the secondary condenser.
The fluids which cooperate in this process can be chosen so that the need for the use of a pressure-balancing gas can be avoided, the pressure difference between the parts of the apparatus being so small that the differences in level ensure the re-
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turn of the absorbent solution to the rectifier. If desired, the apparatus may be so constructed that the air which was originally contained in the apparatus may be used as the inert gas, or the air may be replaced. by any other gas inert at atmospheric pressure.
The invention will be described in detail below, with reference to the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 shows an embodiment of the apparatus for carrying out the process according to the invention. tion.
FIG. 2 shows a variant also allowing the application of the method according to the invention.
In these drawings, 1 denotes the generator or the distillation column comprising a rectifier 2 and which is heated at its lower part by the flames of gas burners 3 and 4 or by any other suitable heating means.
The vaporization of the refrigerant starting from a less volatile absorbing agent is carried out in the boiler and rectifier assembly 1 and 2. The apparatus could for example be operated with the aid of ammonia and water, so that one obtains, at the bottom of the boiler 1, a liquid with very low ammonia content and which will practically contain only pure water if the boiler 1 and the rectifier 2 are given suitable dimensions . By boiling in line 5, pure water is raised through line 6 to be supplied inside a separator vessel 7, the high amount of water being controlled by suitably determining the heat input of the vessel. gas burner or other similar device 4.
In the container 7 the water is separated from its vapor, the water flowing by gravity through the conduit 8 into a liquid heat exchanger 9 and through a conduit 10 to be supplied to the upper part. of the absorber 11. The vapor that has been
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separated in the receptacle 7 escapes through the conduit 12 to reach the condenser 13.
The ammonia vapor given off in the boiler 1 and in the rectifier 2 rises to the upper part 14 where it transmits its excess heat to the inert gas, thus determining, in a known manner, the circulation. of the latter, and it passes into the main condenser 15 where it is liquefied. The liquid ammonia passes through the U-tube 16 to reach the evaporator coil 17, the evaporation in this coil being aided in the known manner, by the presence of the inert gas in circulation, the circulation of this gas taking place in the direction indicated by the arrows. The inert gas descends through coil 17 in the same direction as the ammonia, and from there passes through gas heat exchanger 19, 20 to riser 18 where it is heated.
It flows from there through the condenser 13, the conduit 21, and the absorber 11, in countercurrent with the diluted liquid, which absorbs the ammonia which the gas entrains, and it returns through the gas heat exchanger 20 in the upper part of the evaporator coil 17.
The absorption agent vapor which passes through the conduit 12, to reach the condenser 13, mixes with the ammonia contained in the inert enriching gas of the conduit 18 and condenses to absorb part of the ammonia. in the rich gas mixture. The separation of ammonia from the inert gas, which constitutes an important characteristic in the production of cold by this type of machine, is carried out, according to the invention, not only by absorption in the diluted liquid inside the absorber, but also partly in its mixture with water vapor and subsequent condensation in the secondary condenser 13.
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The use of these two effects, for the separation of the ammonia out of the inert gas, produces a much more intense result and which allows the apparatus to operate with great efficiency with air cooling, even with high air temperatures.
In Figure 1 of the drawing, the condenser and the absorber are shown as cooled by fins, but it is obviously possible if preferred, to have recourse to cooling by circulating water. In this case, the appliance can operate with high water temperatures and with good efficiency.
The liquid which arrives in the absorber 11 can, in fact, be pure water, so that the absorption temperature can be very high, and, if desired, a part of the absorption heat can. be used for the vaporization of ammonia in the rectifier 2. In this case a good transmission of heat, either directly or through an intermediate agent, must be provided, although a similar device has not been shown in Figure 1 so as not to complicate the drawing. Line 23 acts as a purge line to provide discharge of liquid which would otherwise flow between lines 19 and 18, thereby avoiding the danger of interrupting the flow of inert gas.
It is easy to understand that if alcohol is added to the ammonia and water, the alcohol will flow with the water at the bottom of the distillation column and will pass through line 5, in so that the vapors separated in vessel 7 will include alcohol and water. The alcohol vapors rise through the conduit 12 to reach the condenser 13, and, under certain conditions, the
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specific gravity of this vapor can be used to accelerate the circulation of the inert gas.
In figure 2, where the secondary condenser is integral with the absorber, which is naturally established with large dimensions, the rectifier 2 receives the shape of a coil, the liquid flowing by gravity towards the boiler 1, and the evolved vapor rising in contact and countercurrent with said liquid. The enlarged contact surface provided by the long liquid and vapor path ensures good grinding if the dimensions are properly selected. The boiler is heated by electric elements 3 and 4 or by any other suitable means, the latter being employed mainly with a view to ensuring the circulation by elevation of the liquid in conduits 5 and 6 by boiling. The liquid separated in the container 7 follows the same path as that described with reference to figure 1.
The vapor of the absorbent, which exits from the conduit 12, flows to the lower part of the absorber 11, where it mixes with the inert gas and condenses to form an ammonia solution. The condensation takes place in the absorber 11, and it is for this reason that the latter must be of larger dimensions than the absorber shown in FIG. 1; but the two effects of condensation and absorption of ammonia out of the inert gas occur in the same way as in the previous example. The circulation of inert gas is determined by the heating in line 18 and by cooling in condenser 13.
The absorber 11, the evaporator 17 and the condenser 13 must be provided with cooling means, either by water or by air circulating on the fins, or also by means of cooling indi- viduals. rects, using a liquid circulating by the thermo-siphon effect and which absorbs the heat of the device transmitting it to the air. This cooling device is not
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shown in figure 2.
It goes without saying that instead of employing two heaters, only one can be used, the part of the heat used to produce the boiling and the part used to ensure the circulation being suitably proportionate.
CLAIMS:
1.- A refrigeration process of the absorption type and which consists of: releasing a volatile refrigerating agent at the upper part of a distillation and rectification column, without dissolving this agent in a cooling agent less volatile absorption; bringing the evolved refrigeration agent vapor to a primary condenser for condensation, and thence to an evaporator; raising the less volatile scavenger from the bottom of the distillation column, by boiling, through a separate heated conduit, to bring it to a separation chamber; conducting the absorption agent vapor out of this chamber to a second condenser;
and ensuring the passage of the liquefied absorption agent from said condenser into the absorber.
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