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Procédé et dispositif pour la réfrigération par absorptionsintermittentes.
La présente invention a pour objet un procédé et un appareil pour la réfrigération par absorptions intermittentes, dans lesquels une période de dégagement de vapeur d'agent réfrigerateur, prove- n nt d'un absorbant, alterne avec une période su cours de laquelle du liquide réfrigérateur est évapore tandis que les vapeurs sont absorbées dans l'absorbant.
Dans la forme usuelle d'appareils de ce genre on chauffe le plus généralement la quantité totale d'absoroant, une température relativement élevée, afin d'en dégager ou chasser les vapeurs d'a- gent réfrigérateur. A la fin de la période de dégagement ou d'ex- pulsion il faut que l'absorbant soit refroidi afin de rendre possi- ble la réabsorption des vapeurs d'agent réfrigérateur, cela pen- dant que la chaleur d'absorption engendrée doit être continuellement éliminée. De semblables machines ont par suite un mauvais rendement thermique, en ce sens que,la quantité totale d'absorbant doit d'a- bord être chauffée et que la quantité totale de chaleur qui reste dans l'absorbant au début de la période d'absorption doit de nouveau être éliminée, cette quantité de chaleur représentant de la sorte une perte totale.
Afin de supprimer cet inconvénient il a déjà été propose de ne chauff er à la fois qu'une partie de 1'absorbant, à la température de dégagement ou d'expulsion et d'intercaler un échangeur de chaleur
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tel que ceux que l'on emploie par exemple dans les ensembles fonc- tionnant d'une façon continue par absorption et qui sont disposés entre les parties chauffées et les parties non chauffées.Tous les appareils ainsi construits jusqu'à ce jour nécessitent toutefois un refroidissement périod&ique vu que du fait de leur construction un refroidissement continu de la partie non chauffée de l'absorbant déterminerait une absorption immédiate du réfrigérant dégagé hors de la partie chauffée, au cours de la période de dégagement.
L'objet de la présente invention est de fournir tout d'abord une méthode perfectionnée de production du froid dans un appareil ré-- frigérateur à absorption à fonctionnement intermittent, et en se- cond lieu de procurer une construction nouvelle de semblables appa- reils.
Conformément à la présente invention le mode de fonctionnement de l'appareil consite à ne chauffer à la fois qu'une fraction de la quantité de solution d'absorption pendant que dure le période de dégagement, à amener la solution chauffée échanger, pendant la période de dégageaient, de la chaleur avec la solution non chauffée, dans un echlangeur de chaleur dispose en-cre le point de chauffage et un endrcit d'emagsinage de la solution non chauffée, à soumettre cet endroit d'emagasinage, d'une façon continue, à l'action refroi- alsseurse d'un angent extérieur , et à faire ciruler une partie de la solution d'absorption à travers ce lieu d'emmagasinage refroidi,
au cours de la période d'aosprtion
Cette méthode procure un perfectionnement considérable du rendement ou de l'efficacité, vu que le contenu en chaleur de la par- tie de la solution d'absorption qui est chauffée à la température de dégagement est, dans une large mesure, récupéré dans l'échangeur de chaleur, et qu'en outre l'intervalle de temps qui s'écoule, entre l'échauffement de l'une des phases telles que celle de chauffage et le commencement de l'autre phase telle que celles de l'évaporation et de l'absorption, se trouve considérablement raccourci du fait de la quantité considérable de solution d'absorption froide qui est immédiatement rendue disponible pour la mise en marche de l'absorption
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La caractéristique,
qui consiste à refroidir d'une façon conti- nue la quantité de solution d'absorption non chauffée et emmagasinée, simplifie essentiellement l'appareil, vu qu'elle évite l'emploi de tout organe mobile mécaniquement pour la mise en route, et qu'elle évite l'arrêt de l'action refroidissante, arrêt qui, s'il présente une sécurité est relativement coûteux, en sorte que finalement les frais inhérents à la production du froid se trouvent réduits.Actuel- lement la possibilité de ce refroidissement continu de l'appareil rend possible, pour la première fois, la réalisation d'un appareil pratique du type considéré, où la solution d'absorption échange de la chaleur au cours des périodes de dégagement ou d'expulsion, et qui est refroidi par de l'air.
L'appareil conforme à l'invention comporte des mpyens pour faire circuler une solution d'absorption tant pendant les périodes de dé- gagement que pendant les périodes d'absorption, et il comporte aussi un dispositif refroidisseur, constamment exposé à l'influence d'un agent extérieur de refroidissement,pour l'élimination de la chaleur d'absorption, La méthode de fonctionnement de l'invention implique également le moyen consistant à maintenir, pendant la période de de- gagement, une autre partie de la solution d'absorption à une tempéra- ture intermédiaire entre la température de la partie chsuffee et cel- le de la partie non chauffée, et qui se trouve en outre supérieure à la tempétature régnante de condensation de l'agent réfrigératuer.
A cet effet l'appareil comporte, en combinaison, un élément bouilleur périodiquement chauffé, un second élément où des variations dans le volume de la solution et consécutive à l'accumulation de con- densat se trouvent absorbées, et un troisième.élément pour l'élimina- tion de chaleur d'absorption,ce troisième élément étant thermiquement séparé du second élément.De préférence le bouilleur sera de dimensions relativement petites, tandis que le récipient d'emmagasinage,séparé et continuellement refroidi, où est recueillie la solution d'absorp- tion, aura un grand volume en comparaison avec celui du bouilleur.
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L'invention sera décrite ci-après en détail avec référence au dessin annexé, lequel montre à titre d'exem- ple une forme de réalisation d'un appareil réfrigérateur à absorption, à f onctionnement intermittent, le fonctionne- ment étant conf orme au procédé qui caractérise la présente invention.
Dans le dessin annexé, 11 désigne un récipient d'emmagasinage d'agent d'absorption, ce récipient n'étant pas chauffé; 12 est un échangeur de chaleur de liquide ; 13 est le générateur ou bouilleur; 14 est le condenseur et 15 est l'évaporateur de l'appareil. On supposera, à titre d'exemple, que les agents de fonctionnement, dans l'appareil, sont constitués par de l'eau comme agent d'ab- sorption et par de l'ammoniaque comme agent réfrigérateur; mais ¯ il demeure entendu que ces agents peuvent être remplacés par tous autres agents de réfrigération et d'absorption connus et appropriés. L'appareil est au début chargé jus- qu'au niveau indiqué par I sur le dessin.
Le récipient d'emmagasinage d'agent d'absorption se trouve ainsi chargé de liquide avant la mise en marche de l'appareil, et demeu- re chargé, en particulier au cours des périodes de dégage- ment de l'appareil.
Le fonctionnement de l'appareil est le suivant : Pendant la période d'ébullitiun ou de dégagement de vapeur, de la chaleur est fournie au buuilleur 13 de toute façon appropriée, par exemple à l'aide d'un organe de chauffage électrique, d'une flamme de gaz, d'un brûleur à huile, d'une chemise de vapeur ou tout autre analogue.
Du fait de l'apport de chaleur au bouilleur, le- quel est, de la façon connue, pourvu d'un dispositif d'iso- lation 30, le liquide contenu dans ledit bouilleur devient, sous l'influence de l'action de thermo-siphon, plus léger que le liquide présent dans le récipient d'emmagasinage d'agent absorbeur ou dans l'une des branches de l'échangeur de chaleur 12, si bien que le niveau dans le bouilleur
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s'élève et qu'une énergie de circulation se trouve engen- drée entre le bouilleur et le réservoir d'agent absorbeur.
En vue d'augmenter cette énergie, on peut employer un ser- pentin de pompage 13a, c'est-à-dire une pompe à bulles de gaz, comme le montre la figure, pompe qui est chauffée de la façon connue par l'apport de chaleur au bouilleur et fait circuler la solution entre le bouilleur 13 et le récipient non chauffé 11 cela par un effet de thermo-si- phon. Il est préférable, en particulier quand on emploie cette dernière construction,'de prévoir une cheminée 31 qui passe à travers le corps isolant 30 et qui est tout d'abord entourée par le serpentin de chauffage 13a et en second lieu se trouve en bon contact métallique avec le bouilleur 13 qui a par exemple une forme tubulaire.
De préférence une masse métallique bonne conductrice de la chaleur se trouve coulée entre les deux tubes, si bien que la cheminée et le bouilleur se trouvent reliés entre eux par des surfaces métalliques importantes.
Le liquide concentré qui, dans l'exemple repré- senté, se trouve aspiré au moyen du serpentin de pompage 13a, est débarrassé de gaz par l'apport de chaleur dans le bouilleur 13, ce dernier étant établi sous la forme d'un conduit relativement étroit, et ledit liquide s'écoule ainsi à travers le conduit 20 vers l'échangeur de chaleur 12 qui, tout comme le bouilleur, est entouré par un dispo- sitif isolateur 32. Ce dernier dispositif consiste de préférence en une enveloppe de liège ou autre analogue', alors que l'isolant pour le bouilleur 13 et le serpentin de pompage 13a sera de préférence établi sous la forme d'un isolateur feuilleté ou d'un isolateur à vide, de ma- nière à réduire au minimum sa capacité calorifique.
Depuis l'échangeur de chaleur 12, la solution s'écoule à tra- vers le conduit 20, pour se rendre dans la partie supé- rieure lla du récipient d'emmagasinage. L'élément ou corps 11a de ce récipient d'emmagasinage est constitué
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ici par un bac cylindrique, lequel est relié, par deux conduits 11c et lld, à l'élément inférieur dudit réci- pient, ce dernier élément étant également établi sous la forme d'un corps cylindrique. Le contenu liquide des élé- ments 11a et 11b du récipient d'emmagasinage peut être soumis à l'influence d'un élément refroidisseur qui, pen- dant les périodes de dégagement et d'absorption, se trou- vera exposé à un agent extérieur de refroidissement.
Dans l'exemple représenté sur le dessin, les éléments 11a et
11b sont à cet effet tous deux pourvus d'ailettes de re- froidissement 23, et sont décalés l'un par rapport à l'autre dans des plans verticaux, de manière que les ai- lettes de refroidissement de l'élément llb tout comme celles du corps cylindrique 11a puissent recevoir l'action de contact de l'air frais, par tirage naturel. L'élément refroidisseur 33, nécessaire pour l'élimination de la chaleur d'absorption hors de l'appareil, au cours des pé- riodes d'absorption, est, dans l'exemple représenté, di- rectement relié au récipient d'emmagasinage 11.
La solu- tion concentrée est dirigée, en partant de l'élément infé- rieur 11b du récipient d'emmagasinage, à travers le conduit 19, et à travers l'échangeur de chaleur isolé 12 vers le serpentin de pompage 13a, pour être de là élevée vers le bouilleur.
La vapeur d'agent de réfrigération, dégagée du fait du chauffage du bouilleur 13, s'élève à travers le conduit 16. Ce conduit 16 peut être pourvu, de la fa- çon connue, de plateaux-chicanes 34, et si on le désire, d'ailettes de refroidissement 35; mais tout autre dispo- sitif rectificateur approprié ou autre moyen équivalent empêchant l'ébullition du liquide dans le tube bouilleur étroit, peut aussi être utilisé. Le conduit 16 est épa- noui de manière à former un récipient 36 lequel est pourvu extérieurement d'ailettes de refroidissement 37 et comporte, à l'intérieur, des plateaux-chicanes perforés 3a
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Du récipient 36 partent deux conduits 39 et 40 allant à un récipient 41 disposé plus bas, le conduit 39 dé- bouchant dans le récipient 36 en un point quelque peu plus élevé que celui où débouche le conduit 40.
Dans le récipient 41 également, l'embouchure du conduit 39 est située au-dessus de celle du conduit 40 qui, dans tous les cas, doit s'étendre vers le bas au-dessous de l'embou- chure du conduit 39 Pendant le fonctionnement, une cer- taine quantité de liquide se condense dans le récipient 36, ce liquide consistant sensiblement en de l'agent d'ab- sorption pur, c'est-à-dire de l'eau. Cette eau s'accumule sur les plateaux-chicanes 38. Tout excès de liquide s'é- coule dans le récipient 41, où il s'accumule. Les quanti- tés de liquide en excès accumulées dans le récipient 41 peuvent être soutirées à travers un conduit 42 allant au système absorbeur,.et débouchant par exemple dans le con- duit 11d La masse de liquide qui s'accumule dans le ré- cipient 41 joue un rôle qui sera indiqué ci-après.
Du récipient 41 la vapeur dégagée hors du bouilleur passe à travers un conduit 18 pour se rendre au condenseur 14, lequel peut être construit de toute façon connue appropriée. L'agent réfrigérant liquéfié dans le condenseur s'écoule, dans la forme d'exécution re- présentée, par gravité, dans l'évaporateur 15 dont la par- tie supérieure 15a représentée sous la forme de récipient collecteur pour le condensat dégagé, est de préférence en-¯¯¯ tourée par un isolant 43. A cet élément 15a de l'éva- porateur est reliée, à.la partie intérieure, l'élément évaporateur proprement dit 15b relié lui-même à la cham- bre de refroidissement.
Dans l'exemple de réalisation re- présenté, cet élément d'évaporateur est établi sous la for- me d'un récipient cylindrique 44, du bas duquel descendent des branches de conduit 45 dans lesquelles on peut loger des tiroirs à glace ou d'autres objets destinés à être re- froidis rapidement, Tout autre type convenable d'évapora-
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teur peut toutefois être employé sans que l'essence de l'in- vention s'en trouve en quoi que ce suit affectée. L'évapo- rateur est de préférence pourvu d'un dispositif de purge ou de drains à action automatique ; mais la purge automatique de l'évaporateur n'est pas davantage une caractéristique in- dispensable de 1invention, vu que cette purge peut aussi être effectuée au moyen de valves d'un type connu, action- nées à la main ou périodiquement commandées.
Dans l'exemple représenté, la purge automatique de 1évaporateur est effec- tuée au moyen d'un tube en U 46 qui débouche dans un réci- pient 47. Comme l'eau résiduelle, qui reste dans l'évapora- teur après une période d'absorption, est plus lourde que l'ammoniaque frais qui y arrive et qui est dégagé au cours de la période d'ébullition subséquente, et comme cette eau se trouve à la partie inférieure de l'évaporateur, elle est de ce fait refoulée au cours du rechargement, de bas en haut, dans le conduit 46; à la fin de ladite période d'ébullition, elle surnage dans le conteneur 47.
Cette eau de trop-plein est soutirée à travers un conduit 48, d'où elle se rend dans le conduit 18, dans le récipient 41 et dans le con- duit 42; mais le conduit 48 'peut aussi être amené direc- tement au liquide dans le récipient d'emmagasinage 11 ou à tout autre corps de liquide non chauffé présent dans l'appa- reil. La purge ou le soutirage pourront être effectués de toute autre façon convenable.
La construction de l'évaporateur, celle des dispo- sitifs rectificateurs 34, 35 dans le conduit 16, et celle du récipient 36 ne sont bien entendu pas limitées aux for- mes représentées sur le dessin et pourront être variées à volonté. C'est ainsi par exemple qu'au lieu d'employer le dispositif rectificateur représenté sur le dessin, on pourra opérer la rectification de la vapeur dégagée hors du bouil- leur, avant son entrée dans le condenseur, au moyen de son propre condensat, ou bien encore la vapeur venant du bouil- leur pourra être amenée à bouillonner à travers une solution
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concentrée ou étendue d'agent d'absorption (solution repré- sentée dans le récipient 41) et être ainsi rectifiée;
ou bien encore la vapeur pourra être amenée à subir tout au- tre échange de chaleur avec une solution concentrée ou faible. L'élément supérieur 15a de l'évaporateur peut, comme le montre le dessin, être isolé au moyen d'un iso- lant de faible capacité calorifique; on emploiera de pré- férence un isolant feuilleté ou une isolation par le vide.
Tous autres moyens appropriés pourront toutefois être uti- lisés pour empêcher la vapeur non condensée de passer dans l'évaporateur pendant la période d'ébullition. L'évapora- teur pourra par exemple être chargé en partie d'un liquide auxiliaire plus léger en poids que l'agent réfrigérant, cela de façon que ce liquide, au début de la période d'é- bullition, remplisse les éléments 44 et 45 de l'évapora- teur, mais se trouve progressivement refoulé de bas en haut pendant l'arrivée du condensat.
Dans l'appareil représenté, aussitôt que le chauffage commence, et en raison de la faible quantité de liquide à chauffer présente dans le bouilleur, il s'opère- ra immédiatement une forte évacuation de vapeur hors de cette masse peu importante de liquide, si bien qu'il ne se passera qu'un temps très court avant que la première par- tie de la vapeur d'agent réfrigérant ne s'écoule vers le condenseur.
Comme l'élément refroidisseur qui élimine la chaleur d'absorption hors de l'appareil, au moyen des ai- lettes refroidisseuses 33, c'est-à-dire l'élément d'absor- beur éliminateur de chaleur proprement dit 11a, est, dans la forme de réalisation représentée, combiné avec le réci- pient d'emmagasinage 11 et se trouve chargé de liquide pen- dant les périodes de dégagement, il ne peut se produire, dans la partie froide du liquide d'absorption, ni condensa- tion, ni.'.absorption des vapeurs du bouilleur.
Le liquide, dans le conduit 42, constitue un moyen pour maintenir les vapeurs du bouilleur hors de contact avec la partie froide,
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de la solution d'absorption et pour diriger immédiatement les vapeurs du bouilleur vers le condenseur, de manière à utiliser à un degré maximum le condenseur, pendant la to- talité de la période de dégagement.
Grâce à l'action du dispositif de circulation prévu, par exemple par un effet de thermo-siphon dans le oouilleur à raison des différen- ces des poids spécifiques des liquides dans le bouilleur et dans le récipient d'emmagasinage, tout comme dans les con- duits reliant entre eux lesdits récipients, ou bien, comme cela est représenté, grâce à la pompe thermo-siphon 13a, le contenu du bouilleur débarrassé de gaz est progressive- ment remplacé, et la chaleur éliminée par le liquide dans le bouilleur est utilisée dans l'échangeur de chaleur 12 pour réchauffer préalablement de la solution fraîche con- centrée s'écoulant vers le bouilleur.
Au cours des pério- des de dégagement de vapeur, et au moyen des ailettes de refroidissement 33, de la chaleur absorbée dans le bouil- leur est éliminée hors du liquide qui entre dans le réci- pient d'emmagasinage 11 en venant de l'échangeur de cha- leur ; lesdites ailettes 33 rejetant la chaleur d'absorp- tion au cours des périodes d'absorption. Il suit de là qu'une certaine partie du liquide en circulation, durant les périodes de dégagement, se trouve toujours maintenue disponible pour une absorption immédiate, et que les ailet- tes de refroidissement 33 rejettent constamment de la chaleur au cours des deux cycles.
Quand la totalité de la solution, contenue dans les éléments 11a et llb ainsi que dans l'échangeur de chaleur 12, est suffisamment privée de gaz, par exemple du fait de sa concentration originelle de 40 % à 18 % par exemple, la chaleur est supprimée dé la façon connue, par exemple à l'aide d'un dispositif thermo- statique qui peut être réglé, de manière également connue, soit par la température soit par la pression régnant dans une partie quelconque de l'appareil.
Aussitôt que le chauffage est supprimé, la
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pression, dans le récipient 36 et dans le conduit 16, s'abaisse très rapidement du fait de l'action des ailettes de refroidissement 37 prévues sur le récipient 36, et, dans l'exemple représenté, du fait aussi de l'action des ailettes de refroidissement 35; cela plus particulière- ment parce que le produit du bouilleur est extrêmement ré- duit par rapport à la masse totale de liquide de l'appa- reil. La réduction de pression dans le conduit 16 et dans le récipient 36 a pour effet de faire monter, dans les conduits 39 et 40, le liquide du récipient 41.
L'ascension du liquide dans les conduits 39 et 40 détermine automatiquement la formation d'une colonne de liquide qui empêche que les gaz venant de l'évaporateur n'entrent dans le conduit qui d'une part relie l'évapora- teur au bouilleur et d'autre part n'entrent dans les par- ties refroidies par les ailettes de refroidissement 35 et 37, aussitôt que l'apport de chaleur à l'appareil se trou- ve modifié ou au passage de la¯période de dégagement de vapeur à la période d'absorption.
La partie supérieure 11a du récipient d'emmaga- sinage est en communication, à travers un conduit 49 de faible diamètre, avec un récipient d'équilibrage 21, le- quel est de préférence construit de forme cylindrique et est entouré par une chemise isolatrice appropriée 50. Le niveau libre du liquide au-dessus du récipient d'emmagasi- nage se trouve ainsi logé dans le récipient d'équilibrage non refroidi 21 dont la capacité est de préférence plus faible que celle dudit récipient d'emm&gasinage 11. De la partie supérieure du récipient 21 ,part un conduit 51 qui débouche dans la chambre de vapeur du bouilleur où règne la pression du récipient 36.
L'embouchure de ce conduit 51 peut ainsi déboucher directement au-dessus du niveau du liquide dans le bouilleur ou au-dessus d'un dis- positif rectificateur de .type convenable (non représenté), ou bien au-dessus des plateaux-chicanes 34. Ce conduit
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51 assure que la pression au-dessus du niveau du liquide dans le récipient 21 reste toujours,¯au cours des deux cycles, la même que la pression au-dessus du niveau du liquide dans le bouilleur. Il est simplement indispensa- ble que le conduit 51 communique avec une zone de l'ap- pareil, dans laquelle, quand on supprime le chauffage du bouilleur, la pression s'abaisse rapidement ; ce qui s'ob- tient par exemple à l'aide du récipient agrandi 35, dans l'exemple de réalisation représenté.
Ce récipient d'équi- librage 21 assure que la réduction de pression dans la zone du récipient 36 et du conduit 16 se trouve trans- mise au récipient 21, et, par là, au récipient d'emmagasi- nage 11.
Quand la période de dégagement de vapeur est terminée, et quand se produit la réduction de pression dans le récipient 36 et dans le bouilleur 13 ainsi que dans le récipient d'équilibrage 21 qui communique avec ce dernier, de la vapeur sortant de l'évaporateur, et qui produit du froid lors de sa formation, s'écoule à travers le conduit 18, le récipient 41 et le conduit 42, vers le conduit 11d, et s'élève en bulles dans ledit conduit lld, le bouchon de liquide dans les conduits 39 et 40 em- pêchant ces vapeurs d'entrer dans la zone du récipient 36 et dans le bouilleur. Les colonnes de liquide formées dans les conduits 39 et 40 équilibrent la pression de cette vapeur.
La vapeur qui entre dans la partie 11a du récipient d'emmagasinage, laquelle dans l'exemple de réa- lisation représenté constitue l'élément absorbeur, est ra- pidement absorbée, vu que le liquide, dans les deux élé- ments 11a et 11b, a été refroidi au cours de la période de chauffage. L'absorption et par conséquent la production de froid commence bien plus rapidement dans cet appareil que cela n'est possible dans des machines du type où la quantité totale de liquide d'absorption doit tout d'abord être refroidie depuis la température du buuilleur jusqu'à
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la température d'absorption.
La vapeur d'agent réfrigéra- teur qui passe dans le conduit non refroidi lld provoque aussi, au cours de la période d'absorption, une circulation de la solution, entre les éléments 11a et 11b du récipient d'emmagasinage, l'élément lla servant d'élément absorbeur qui rejette la chaleur d'absorption par l'intermédiaire .des ailettes de refroidissement 33 refroidi par l'air.
La vapeur d'agent réfrigérant détermine d'autre part une circulation de liquide, à l'intérieur des différentes par- ties du récipient d'emmagasinage 11 lui-même, par l'inter- médiaire du conduit llc. Le récipient d'emmagasinage renferme ainsi, au cours de la période d'absorption, un système de circulation du liquide en circuit fermé - diffé- rent du système de circulation au cours des périodes d'ex- pulsion, lequel comporte le bouilleur 13 - et dans lequel les vapeurs d'agent réfrigérant venant de l'évaporateur,du fait de cette circulation, sont continuellement en contact avec de la solution fraîche diluée.
La chaleur résultante d'absorption est éliminée par les ailettes de refroidisse- ment 33 constamment exposées à l'action de l'air refroi- disseur ; mais le refroidissement de l'absorbeur et aussi celui du condenseur peuvent, si on le désire, être assurés soit par un refroidissement à eau soit par un système re- froidisseur indirect.
Les points où débouchent, dans le récipient d'em- magasinage, les conduits lld, 11c, 19 et 20 sont de pré- férence choisis de telle façon qu'au cours de la période d'absorption, de la solution enrichie puisse tout d'abord s'écouler de bas en haut dans le conduit 11d, uniquement quand le contenu total du récipient d'emmagasinage est déjà devenu concentré; d'où il résulte qu'automatiquement on évi- te entièrement ou presque entièrement tout mélange des so- lutions d'absorption dans le récipient d'emmagasinage.
Ceci peut par exemple s'obtenir en construisant le récipient d'emmagasinage lui-même non, comme dans l'exemple représenté,
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sous la forme de deux cylindres avec des conduits de liai- son, mais bien sous la forme d'an récipient unique dont le contenu est forcé de suivre un trajet déterminé à l'avan- ce, par exemple par l'emploi de cloisons perforées ou bien en construisant ledit récipient sous la forme d'un serpen- tin dont le diamètre est réduit, de manière à empêcher dans ledit récipient d'emmagasinage tout mélange de solution de concentrations différentes.
Il est particulièrement important que le conduit
49, lequel constitue une communication de liquide ouverte, entre le récipient d'emmagasinage 11 et le récipient d'é- quilibrage 21, soit établi avec un diamètre assez petit pour qu'il ne se produise pas de courants de confection entre le récipient d'emmagasinage et ledit récipient 21.
L'objet du récipient d'équilibrage 21, le récipient qui peut être disposé en tout endroit convenable du système de circulation de liquide mais qui¯se trouve, conformément à l'invention, éloigna et thermiquement séparé de la partie des éléments 33 qui rejettent la chaleur, cet objet est, comme cela a été dit plus haut, tout d'abord de transférer au récipient d'emmagasinage la réduction de pression, qui se produit lors de la suppression de l'apport de chaleur au bouilleur entre le niveau dans le bouilleur et le ni- veau dans le récipient 41, et de faciliter pour ainsi di- re par cet effet de succion, la rupture du bouchon de li- quide 42, à l'aide de la vapeur venant de l'évaporateur, et son passage dans le récipient d'emmagasinage 11 ou dans l'élément absorbeur 11a,
Le récipient équilibreur 21 sert également à absorber toute variation qui pourrait- se produire dans le niveau du liquide tant pendant la dé- gazéification qu'au cours de l'absorption du liquide. Alors que, comme cela a été dit ci-dessus, l'appareil est origi- nairement rempli jusqu'au niveau I, le niveau dans le ré- cipient 21 s --abaisse au cours du dégagement de vapeur, jusqu'au niveau 11 La quantité de liquide correspondant à
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ces différences de niveau: existe, à la fin de la période de dégagement, sous la forme de liquide réfrigérateur dans l'évaporateur.
En d'autres termes l'élément absorbeur proprement dit 11a est, au cours des périodes de dégage- ment de vapeur, séparé de la chambrede vapeur dans le bouilleur, par le niveau de liquide dans le récipient 21 et'deux colonnes de liquide 42, dont l'une est amenée à se rompre quand la période de dégagement est remplacée par une période d'absorption, tandis que l'autre colonne (dans le récipient 21) est amenée à s'élever, ce qui répond au changement de période du dégagement de vapeur, c'est-à-dire au passage de la période de dégagement à la période d'ab- sorption.
La hauteur de cette colonne de liquide, c'est- à-dire la différence entre le niveau dans le récipient 21 et l'endroit où s'opère l'absorption dans le récipient 11a, est variable proportionnellement à la quantité varia- ble de liquide emmagasinée dans l'évaporateur au cours du dégagement de vapeur ou absorbée pendant les périodes d'ab- sorption ; la couche superficiellede cette colonne de li- quide 21 étant, au cours des périodes de dégagement, maintenue à une température plus élevée que la température de condensation. Le récipient 21 est entouré par la chemise d'isolation thermique 50. Ce récipient est par suite maintenu, pendant les périodes de dégagement, à une température intermédiaire entre celle des parties chauf- fées et celle des parties non chauffées de la solution d'absorption.
Ce même récipient peut toutefois aussi être disposé en relation d'échange de chaleur avec le conduit 16 qui constitue un prolongement du bouilleur ; dans tous les cas il doit être maintenu, autant que possible à l'aide d'un chauffage séparé, à une température suffisam- ment élevée pour empêcher toute condensation de vapeur émanant du bouilleur et qui s'écoule à travers le conduit 16.
Quand l'arrivée de chaleur à la chaudière ou au
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bouilleur est supprimée, une pression basse est, comice cela a été mentionné ci-dessus, créée du fait de la pro- duction automatique de colonnes de liquide, dans les con- duits 39 et 40, dans le conduit 16 et dans le réci- pient 36, par suite de la condensation des vapeurs conte- nues dans ces espaces.
Dans le cas où les dispositifs rectificateurs représentés sont pourvus de plateaux-chica- nes 34 ou 38 disposés à un niveau différent de celui du niveau dans le bouilleur, et si ces plateaux sont d'une na- ture telle qu'ils retiennent sur eux une certaine quanti- té de la solution d'absorption qui au cours des périodes de dégagement est maintenue à une température plus basse que celle du bouilleur, la réduction de température due au refroidissement de ces plateaux-chicanes à l'aide des ailettes extérieures constamment refroidies 35 ou 37, oc- casionne une chute particulièrement rapide de la pression qui s'exerce sur cette solution d'absorption retenue sur les plateaux et qui diffère de la pression de la couche superficielle tant dans le bouilleur que sur la solution dans le récipient d'emmagasinage;
si bien qu'en outre de la condensation il s'opère une absorption de la vapeur d'agent réfrigérateur dans la chambre de vapeur du bouil- leur, sur ces plateaux qui sont établis de manière à as- surer un contact intime entre les vapeurs du bouilleur et la solution d'absorption emmagasinée dur lesdits platea .
Cette réduction de pression .occasionne, comme il a été dit ci-dessus, une admission de l'agent réfrigérateur va- porisé, dans la pompe 11d, en même temps qu'il détermine un refoulement de liquide de bas en haut depuis le réci- pient 41 dans les conduits 39 et 40; il se fcrme de la sorte un bouchon liquide 39, 40 empêchant les vapeurs de l'évaporateur d'entrer dans la zone du bouilleur 13, dans le récipient équilibreur 21 et dans la solution accumu- lée sur les plateaux chicanes 38, les vapeurs de l'évapo- rateur pouvant ainsi se frayer un passage à travers le
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conduit 42 vers un corps de liquide d'absorption diffé- rent de celui accumulé sur les plateaux 38, c'est-à-dire vers la solution d'absorption emmagasinée dans l'élément absorbeur proprement dit lla.
Afin d'être certain qu'en cas de rapide réduction de pression, dans le système com- portant le récipient 36, le conduit 16 et la chaudière, le liquide ne puisse pas être refoulé hors des bouchons 1i quides 39,40 et retourné au bouilleur, le récipient 36 est tout d'abord pourvu des plateaux-chicanes 38 qui em- pêchent le reflux de liquide vers le bouilleur, et d'autre part le conduit 40 est relié aux récipients 36 et 41 de telle manière que, lorsque le bouchon de liquide est brisé à travers le conduit 39, le liquide évacué puisse retour- ner à travers le conduit 40 et reconstituer le boue-ion liquide.
Le récipient 41 dont le contenu en liquide cons- titue un bouchon de liquide permanent entre la chambre de vapeur du récipient 21 et le condenseur et l'évaporateur ou bien le récipient 21 et uniquement l'évaporateur, ce récipient 41 peut recevoir son contenu de liquide soit du fait de la condensation des vapeurs venant du bouilleur et allant au condenseur ou bien, et ainsi que cela est re- présenté sur la figure, il peut être disposé à une hauteur qui correspond sensiblement au niveau I, si bien que, quand on charge l'appareil, ledit récipient est en même temps chargé de solution.
Comme cela est évident, le récipient 41 est relié à l'évaporateur par l'intermédiaire d'un con- duit 18, et le conduit 16 est relié au bouilleur à tra- vers les conduits 39 ou 40; il est relié au récipient d'emmagasinage à travers le conduit 42, lequel sert en même temps de conduit de purge pour le récipient 41 ainsi que, si on le désire, pour la purge automatique de l'évapo- teur à travers le conduit 46', le récipient 47 et le con- duit 48.
Quand la période de dégagement des vapeurs est
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terminée, les vapeurs de l'évaporateur, qui s'échappent travers le conduit 18, refoulent le contenu liquide du récipient 41, de bas en haut, dans les conduits 39 et 40, et en même temps elles refoulent, dans le récipient d'emma- gasinage, la solution logée dans le conduit 42 ; sorte que le conduit 42, au cours des périodes de dégagement, se trouve chargé de liquide, tandis qu'au cours des périodes d'absorption il est charge de vapeur. La quantité de liqui- de dans le conduit 42, ainsi refoulée dans le récipient d'emmagasinage, provoque une légère élévation de niveau dans le récipient 21 et dans la chaudière, le niveau de celle-ci tendant à s'élever sous l'effet de la basse pres- siun dans le récipient 36 et dans le conduit 16.
En d'autres termes l'élément d'absorbeur proprement dit lla a deux tuyauteries de communication avec l'évaporateur, la première de ces tuyauteries de communication (lld, 41,4P) sert à convoyer de la vapeur d'agent réfrigérant de l'éva- porateur dans l'élément absorbeur, pendant les périodes d'adsorption, tandis que la seconde tuyauterie de communi- cation (49,21, 16, 36, 39, 41,18) contient des moyens (qui dans l'exemple représenté sont constitués par le bouchon li- quide 39, 40) pour maintenir automatiquement la différence de pression entre l'évaporateur et l'élément absorbeur au cvurs de la période d'aosorption.
La dernière des tuyaute- ries ci-dessus mentionnées peut aussi être considérée comme une liaison entre l'évaporateur et le bouilleur, vu que la chambre à gaz du récipient 21 se trouve en perma- nence en communication ouverte de gaz avec la chambre à gaz du bouilleur, à travers le conduit 51.
D'autre part une phase de basse pression, de cour- te durée, peut aussi être engendrée, tant dans le conduit 18 que dans le condenseur 14, quand les vapeurs qui s'y trouvent contenues se condensent. Ici toutefois la pres- sion ne peut jamais descendre plus bas que la pression de condensation de l'agent réfrigérateur, à la température qui
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règne dans la partie supérieure de l'évaporateur 15.
Quand la pression, dans le réci.pient 36 et dans le conduit 16 est descendue à une valeur suffisamment basse, l'évaporation commence dans l'évaporateur, et les vapeurs qui en résultent brisent le bouchon de liquide logé dans le conduit 42 et dans le conduit 11d et pénètrent dans le conduit lld où elles agissent avec l'effet d'une pompe à bulles de gaz et déterminent une circulation intense dans le système de circulation actif, durant la période d'absorp- tion, au cours de laquelle est circulée une partie différen- te de la solution d'absorption, différente de celle mise en circulation dans le système circulatoire qui existe au cours de la période de dégagement de vapeur, vu que dans la forme de réalisation représentée,
le liquide contenu dans le bouilleur n'est pas mis en circulation à travers le réci- pient d'emmagasinage pendant que dure la période d'absorp- tion. Une partie de la vapeur qui entre dans le conduit lld non refroidi est déjà absorbée dans ce conduit sous la forme de liquide faisant partie du bouchon de liquide brisé., Cette absorption, conjointement avec l'absorption ultérieu- re de vapeur d'agent réfrigérant dans la solution contenue dans l'élément absorbeur proprement dit 11a qui est thermi- quement séparée de la solution accumulée sur les plateaux 38, détermine une nouvelle chute de pression dans l'appa- reil, au delà de la chute de pression mise en jeu par l'ab- sorption de vapeurs chaudes du bouilleur dans la solution d'absorption refroidie par l'air et qui se trouve sur les plateaux-chicanes 38.
La colonne de pression III', entre l'évaporateur et le bouilleur, et qui est formée dans les conduits 39 et 40 à raison de la basse pression dans le récipient 36 et dans le conduit 16, prend alors une va- leur qui est plus élevée que celle de la différence de pres- sion entre' l'évaporateur et l'élément d'absorbeur lla et plus grande que la colonne III qui désigne la différence entre le niveau du liquide dans le récipient 21 (maintenu,
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durant les périodes d'échappement, au-dessus de la tempéra- ture de condensation) et le point où débouche le conduit
42 dans le conduit 11b En d'autres termes, la pression dans l'évaporateur est, au cours des périodes d'absorptior, plus élevée que la pression au-dessus du niveau du liquide dans le récipient équilibreur 21 et dans sa zone.
La différence de pression entre les colonnes III' et III indi- que la pression avec laquelle les gaz de l'évaporateur s'écoulent, dans le récipient d'emmagasinage 11 et dans l'élément d'absorbeur proprement dit 11a, respectivement, et qui produit la circulation de la solution d'absorption.
Comme on le voit par la description qui précède, l'une des caractéristiques essentielles de l'appareil conforme à l'invention, consiste en ce que du fait d'un changement dans le chauffage et du non chauffage de l'ap- pareil, les colonnes de liquide (42, 21, 39, 40) dans l'ap- pareil sont amenées à changer de longueur, et en ce que des vapeurs d'agent réfrigérateur* produites, tant pendant les périodes de dégagement de vapeur que dans les périodes d'absorption, sont automatiquement contraintes de suivre des parcours différents et de faire ainsi circuler de la solution d'absorption suivant des trajets différents dûs aux changements subis par lesdites colonnes.
En ce qui concerne les capacités des éléments individuels de l'appareil, on supposera que l'évaporateur est établi pour contenir par exemple un kilogramme d'ammo- niaque. Dans ces conditions le récipient d'emmagasinage recevra des dimensions telles qu'il contienne de préférence au moins trois kilogrammes de solution étendue. Le réci- pient 21 est construit de manière à être apte à absorber un volume différentiel correspondant à un kilogramme d'am- moniaque, en sorte que l'évaporateur puisse être automati- quement purgé avant que le récipient équilibreur ne soit entièrement vide. Le bouilleur est de préférence construit de façon à pouvoir contenir environ un dixième du volume du
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récipient d'emmagasinage.
La capacité du bouilleur peut toutefois être choisie plus petite par rapport à celle du récipient d'emmagasinage et de l'échangeur de chaleur et être par exemple d'un vingtième au moins de la capacité du récipient d'emmagasinage. Plus la différence de volume en- tre le bouilleur et le récipient d'emmagasinage est grande, plus les périodes de dégagement de vapeur et les périodes d'absorption peuvent alterner rapidement, vu que, dans l'appareil construit conformément à l'invention, le dégage- ment de chaleur commencera immédiatement dès le début du chauffage et que l'absorption se produira immédiatement après la séparation de l'arrivée de chaleur, attendu que de grandes quantités de solution étendue à la température d'absorption sont toujours disponibles quand la chaleur est supprimée.
Les périodes peuvent par conséquent être inversées plusieurs fois par jour, en général toutes les demi-heures, à des intervalles approximativement égaux ; bien une courte période d'ébullition, d'un quart d'heure par exemple, peut succéder à une période d'ébullition de plusieurs heures, jusqu'à ce que tout l'agent réfrigérateur expulsé soit évaporé. Un changement volontaire, de cette nature, dans la durée de la période de dégagement, nécessi- te une méthode simple de réglage de l'effet réfrigérateur.
Il est bien évident que l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation représentée. Toute cons- truction appropriée d'évaporateur, tous dispositifs conve- nables de rectification, tout comme d'autres perfectionne- ments connus dans les appareils intermittents, et autres que ceux figurant dans le schéma, pourront être utilisés.
Le récipient d'emmagasinage qui, dans la forme d'exécution représentée, agit en partie comme élément absorbeur et constitue en lui-même un système de circulation en circuit fermé, pourra également être utilisé dans les appareils à fonctionnement continu.
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Method and device for intermittent absorption refrigeration.
The present invention relates to a method and apparatus for intermittent absorption refrigeration, in which a period of refrigerant vapor evolution from an absorbent alternates with a period in which liquid refrigerant. refrigerator is evaporated while the vapors are absorbed into the absorbent.
In the usual form of apparatus of this type, the total quantity of absorbent is generally heated to a relatively high temperature in order to release or expel the refrigerant vapors therefrom. At the end of the period of release or expulsion, the absorbent must be cooled in order to make the reabsorption of the cooling agent vapors possible, while the heat of absorption generated must be. continuously eliminated. Similar machines therefore have a poor thermal efficiency, in that the total quantity of absorbent must first be heated and the total quantity of heat which remains in the absorbent at the start of the period of absorption. absorption must again be eliminated, this quantity of heat thus representing a total loss.
In order to eliminate this drawback, it has already been proposed to heat only part of the absorbent at a time, to the release or expulsion temperature and to insert a heat exchanger.
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such as those which are used, for example, in assemblies which operate continuously by absorption and which are arranged between the heated parts and the unheated parts. All the devices thus constructed up to now however require a periodic cooling since due to their construction continuous cooling of the unheated portion of the absorbent would determine immediate absorption of the refrigerant released from the heated portion during the release period.
The object of the present invention is firstly to provide an improved method of producing cold in an intermittently operated absorption refrigeration apparatus, and secondly to provide a novel construction of such apparatus. .
According to the present invention the mode of operation of the apparatus consists in heating only a fraction of the quantity of absorption solution at a time during the period of release, in causing the heated solution to exchange, during the period. to release heat with the unheated solution, in a heat exchanger disposes of the heating point and a storage area of the unheated solution, to subject this storage location, in a continuous manner , to the cooling action of an external agent, and to circulate part of the absorption solution through this cooled storage place,
during the aosprtion period
This method provides a considerable improvement in yield or efficiency, since the heat content of the part of the absorption solution which is heated to the release temperature is, to a large extent, recovered in the heat exchanger. heat exchanger, and that in addition the time interval which elapses between the heating of one of the phases such as that of heating and the beginning of the other phase such as those of evaporation and absorption, is considerably shortened due to the considerable amount of cold absorption solution which is immediately made available for starting absorption
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The characteristic,
which consists in continuously cooling the quantity of unheated and stored absorption solution, essentially simplifies the apparatus, since it avoids the use of any mechanically movable member for the start-up, and that 'it avoids the stopping of the cooling action, stopping which, if it presents a safety and is relatively expensive, so that ultimately the costs inherent in the production of cold are reduced. Currently, the possibility of this continuous cooling of the apparatus makes possible, for the first time, the realization of a practical apparatus of the type considered, where the absorption solution exchanges heat during the periods of release or expulsion, and which is cooled by the air.
The apparatus according to the invention comprises means for circulating an absorption solution both during the periods of release and during the periods of absorption, and it also comprises a cooling device, constantly exposed to the influence of water. An external cooling agent, for the removal of the heat of absorption. The method of operation of the invention also involves the means of maintaining, during the period of release, another part of the solution of the invention. absorption at a temperature intermediate between the temperature of the heated part and that of the unheated part, and which is furthermore above the prevailing condensation temperature of the refrigerating agent.
For this purpose the apparatus comprises, in combination, a periodically heated boiler element, a second element where variations in the volume of the solution and subsequent to the accumulation of condensate are absorbed, and a third element for the solution. The removal of heat of absorption, this third element being thermally separated from the second element. Preferably the boiler will be of relatively small dimensions, while the storage vessel, separated and continuously cooled, where the solution is collected. absorption, will have a large volume compared to that of the boiler.
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The invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawing, which shows by way of example one embodiment of an intermittent operation absorption refrigerator appliance, the operation being according to the invention. method which characterizes the present invention.
In the accompanying drawing, 11 designates an absorption agent storage container, this container not being heated; 12 is a liquid heat exchanger; 13 is the generator or boiler; 14 is the condenser and 15 is the evaporator of the device. It will be assumed, by way of example, that the operating agents in the apparatus consist of water as an absorbing agent and of ammonia as a cooling agent; but ¯ it remains understood that these agents can be replaced by any other known and appropriate refrigeration and absorption agents. The appliance is initially loaded up to the level indicated by I in the drawing.
The absorbent storage container is thus charged with liquid before the apparatus is turned on, and remains charged, particularly during periods when the apparatus is being turned off.
The operation of the apparatus is as follows: During the period of boiling or vapor evolution, heat is supplied to the buuilleur 13 in any suitable manner, for example by means of an electric heater, d 'a gas flame, an oil burner, a steam jacket or the like.
Due to the supply of heat to the boiler, which is, in the known way, provided with an isolation device 30, the liquid contained in said boiler becomes, under the influence of the action of thermo-siphon, lighter than the liquid in the absorber storage vessel or in one of the branches of the heat exchanger 12, so that the level in the boiler
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rises and circulating energy is generated between the boiler and the absorber reservoir.
In order to increase this energy, it is possible to use a pumping coil 13a, that is to say a gas bubble pump, as shown in the figure, which pump is heated in the known manner by the pump. supply of heat to the boiler and circulates the solution between the boiler 13 and the unheated container 11 by a thermosphon effect. It is preferable, especially when employing this latter construction, to provide a chimney 31 which passes through the insulating body 30 and which is first surrounded by the heating coil 13a and secondly is in good contact. metallic with the boiler 13 which has for example a tubular shape.
Preferably, a metal mass which is a good conductor of heat is cast between the two tubes, so that the chimney and the boiler are connected to each other by large metal surfaces.
The concentrated liquid which, in the example shown, is sucked in by means of the pumping coil 13a, is freed of gas by the supply of heat in the boiler 13, the latter being established in the form of a pipe. relatively narrow, and said liquid thus flows through conduit 20 to heat exchanger 12 which, like the boiler, is surrounded by an insulating device 32. The latter device preferably consists of a cork casing. or the like, while the insulation for the boiler 13 and the pumping coil 13a will preferably be made in the form of a laminated insulator or a vacuum insulator, so as to minimize its capacity. calorific.
From heat exchanger 12 the solution flows through conduit 20 to the upper part 11a of the storage vessel. The element or body 11a of this storage container is formed
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here by a cylindrical container, which is connected, by two conduits 11c and 11d, to the lower element of said container, the latter element also being established in the form of a cylindrical body. The liquid contents of elements 11a and 11b of the storage vessel may be subjected to the influence of a cooling element which, during periods of release and absorption, will be exposed to an external agent. cooling.
In the example shown in the drawing, elements 11a and
11b are for this purpose both provided with cooling fins 23, and are offset with respect to each other in vertical planes, so that the cooling fins of element 11b as well as those of the cylindrical body 11a can receive the contact action of the fresh air, by natural draft. The cooling element 33, necessary for the removal of the heat of absorption from the apparatus, during the absorption periods, is, in the example shown, directly connected to the storage vessel. 11.
The concentrated solution is directed, from the lower element 11b of the storage vessel, through the conduit 19, and through the insulated heat exchanger 12 to the pumping coil 13a, to be of there raised towards the boiler.
The refrigerant vapor, given off by the heating of the boiler 13, rises through the duct 16. This duct 16 may be provided, in the known manner, with baffle plates 34, and if so required. desires, cooling fins 35; but any other suitable rectifying device or other equivalent means preventing the boiling of the liquid in the narrow boiling tube can also be used. The duct 16 is flattened so as to form a receptacle 36 which is provided on the outside with cooling fins 37 and comprises, inside, perforated baffle plates 3a.
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From the receptacle 36 leave two conduits 39 and 40 going to a receptacle 41 disposed lower, the conduit 39 opening into the receptacle 36 at a point somewhat higher than that where the conduit 40 opens.
Also in the container 41, the mouth of the duct 39 is located above that of the duct 40 which, in any case, must extend downwards below the mouth of the duct 39. In operation, a certain quantity of liquid condenses in the container 36, this liquid consisting essentially of pure absorbent, ie water. This water accumulates on the baffle plates 38. Any excess liquid flows into the container 41, where it accumulates. The excess amounts of liquid accumulated in the receptacle 41 can be withdrawn through a duct 42 going to the absorber system, and opening, for example, into the duct 11d. The mass of liquid which accumulates in the receptacle 41 plays a role which will be indicated below.
From vessel 41 the vapor released from the boiler passes through a conduit 18 to the condenser 14, which may be constructed in any suitable known manner. The refrigerant liquefied in the condenser flows, in the embodiment shown, by gravity, into the evaporator 15, the upper part 15a of which, shown as a collecting vessel for the evolved condensate, is preferably surrounded by an insulator 43. To this element 15a of the evaporator is connected, to the interior part, the actual evaporator element 15b itself connected to the cooling chamber. .
In the exemplary embodiment shown, this evaporator element is established in the form of a cylindrical container 44, from the bottom of which descend duct branches 45 in which it is possible to accommodate ice-cream or ice-cream drawers. other articles intended to be cooled rapidly, Any other suitable type of evaporator
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However, it can be used without the essence of the invention being affected in any way. The evaporator is preferably provided with an automatic purging device or drains; but the automatic purging of the evaporator is not an indispensable feature of the invention either, since this purging can also be effected by means of valves of a known type, operated by hand or periodically controlled.
In the example shown, the automatic purging of the evaporator is effected by means of a U-tube 46 which opens into a container 47. Like the residual water, which remains in the evaporator after a period of time. absorption, is heavier than the fresh ammonia which arrives there and which is given off during the subsequent boiling period, and since this water is in the lower part of the evaporator, it is therefore discharged during recharging, from bottom to top, in duct 46; at the end of said boiling period, it floats in container 47.
This overflow water is drawn off through a conduit 48, from where it goes into the conduit 18, into the receptacle 41 and into the conduit 42; but the conduit 48 'can also be supplied directly to the liquid in the storage vessel 11 or to any other body of unheated liquid present in the apparatus. The purging or the withdrawal can be carried out in any other suitable way.
The construction of the evaporator, that of the rectifying devices 34, 35 in the duct 16, and that of the container 36 are of course not limited to the shapes shown in the drawing and can be varied at will. Thus, for example, instead of using the rectifying device shown in the drawing, it will be possible to rectify the steam released from the boilers, before entering the condenser, by means of its own condensate, or else the steam coming from the boil can be made to bubble through a solution
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concentrate or extent of absorption agent (solution shown in container 41) and thus be rectified;
or else the steam may be made to undergo any other heat exchange with a concentrated or weak solution. The upper element 15a of the evaporator can, as shown in the drawing, be insulated by means of an insulator of low heat capacity; Preferably, laminated insulation or vacuum insulation will be employed.
Any other suitable means could however be used to prevent the uncondensed vapor from passing into the evaporator during the boiling period. The evaporator could, for example, be partially charged with an auxiliary liquid which is lighter in weight than the refrigerant, in such a way that this liquid, at the start of the boiling period, fills the elements 44 and 45 of the evaporator, but is gradually pushed back upwards during the arrival of the condensate.
In the apparatus shown, as soon as the heating begins, and due to the small quantity of liquid to be heated present in the boiler, there will immediately be a strong evacuation of vapor out of this small mass of liquid, if although it will only take a very short time for the first part of the refrigerant vapor to flow to the condenser.
Since the cooling element which removes the heat of absorption out of the apparatus by means of the cooling fins 33, i.e. the heat-removing absorber element itself 11a, is , in the embodiment shown, combined with the storage vessel 11 and is charged with liquid during the periods of release, neither can occur in the cold part of the absorption liquid, nor condensate. - tion, ni. '. absorption of vapors from the boiler.
The liquid, in the pipe 42, constitutes a means for keeping the vapors of the boiler out of contact with the cold part,
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of the absorption solution and to immediately direct the vapors from the boiler to the condenser, so as to make maximum use of the condenser, during the entire evacuation period.
Thanks to the action of the circulation device provided, for example by a thermo-siphon effect in the boiler due to the differences in the specific weights of the liquids in the boiler and in the storage vessel, as in the con - products interconnecting said receptacles, or else, as shown, by virtue of the thermosiphon pump 13a, the content of the boiler free of gas is gradually replaced, and the heat removed by the liquid in the boiler is used in the heat exchanger 12 to preheat fresh concentrated solution flowing to the boiler.
During the vapor development periods, and by means of the cooling fins 33, heat absorbed in the broth is removed from the liquid which enters the storage vessel 11 from the outlet. heat exchanger ; said fins 33 rejecting the heat of absorption during periods of absorption. As a result, some of the circulating liquid during periods of release is always kept available for immediate absorption, and the cooling fins 33 constantly reject heat during both cycles.
When the totality of the solution, contained in the elements 11a and 11b as well as in the heat exchanger 12, is sufficiently deprived of gas, for example because of its original concentration of 40% to 18% for example, the heat is eliminated in known manner, for example by means of a thermostatic device which can be regulated, in also known manner, either by the temperature or by the pressure prevailing in any part of the apparatus.
As soon as the heating is removed, the
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pressure, in the container 36 and in the duct 16, drops very quickly due to the action of the cooling fins 37 provided on the container 36, and, in the example shown, also due to the action of cooling fins 35; this more particularly because the product of the boiler is extremely small in relation to the total mass of liquid of the apparatus. The reduction in pressure in the conduit 16 and in the container 36 has the effect of causing the liquid in the container 41 to rise in the conduits 39 and 40.
The rise of the liquid in the conduits 39 and 40 automatically determines the formation of a liquid column which prevents the gases coming from the evaporator from entering the conduit which on the one hand connects the evaporator to the boiler. and on the other hand do not enter the parts cooled by the cooling fins 35 and 37, as soon as the heat input to the apparatus is changed or when the period of vapor release has passed. during the absorption period.
The upper part 11a of the storage container is in communication, through a duct 49 of small diameter, with a balancing container 21, which is preferably constructed in a cylindrical shape and is surrounded by a suitable insulating jacket. 50. The free level of the liquid above the storage vessel is thus housed in the uncooled balancing vessel 21, the capacity of which is preferably lower than that of said storage vessel 11. From the part upper part of the container 21, a conduit 51 opens out into the steam chamber of the boiler where the pressure of the container 36 prevails.
The mouth of this duct 51 can thus open directly above the level of the liquid in the boiler or above a rectifier device of suitable type (not shown), or else above the baffle plates. 34. This conduit
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51 ensures that the pressure above the level of the liquid in the container 21 always remains, ¯ during the two cycles, the same as the pressure above the level of the liquid in the boiler. It is simply essential that the conduit 51 communicates with a zone of the apparatus, in which, when the heating of the boiler is removed, the pressure drops rapidly; which is obtained, for example, with the aid of the enlarged container 35, in the illustrated embodiment.
This balancing vessel 21 ensures that the pressure reduction in the region of vessel 36 and conduit 16 is transmitted to vessel 21, and thereby to storage vessel 11.
When the vapor release period is over, and when the pressure reduction occurs in the vessel 36 and in the boiler 13 as well as in the balancing vessel 21 which communicates with the latter, steam leaving the evaporator , and which produces cold during its formation, flows through the conduit 18, the container 41 and the conduit 42, towards the conduit 11d, and rises in bubbles in the said conduit lld, the liquid plug in the conduits 39 and 40 preventing these vapors from entering the area of the container 36 and the boiler. The liquid columns formed in conduits 39 and 40 balance the pressure of this vapor.
The vapor which enters the part 11a of the storage vessel, which in the illustrated embodiment constitutes the absorber element, is rapidly absorbed, since the liquid, in the two elements 11a and 11b , has been cooled during the heating period. The absorption and therefore the production of cold begins much more rapidly in this apparatus than is possible in machines of the type where the total quantity of absorption liquid must first be cooled from the temperature of the buuilleur to 'at
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absorption temperature.
The refrigerant vapor which passes through the uncooled conduit 11d also causes, during the absorption period, a circulation of the solution, between the elements 11a and 11b of the storage vessel, the element 11a. serving as an absorber element which rejects the heat of absorption via the air-cooled cooling fins 33.
The refrigerant vapor also determines a circulation of liquid, inside the various parts of the storage vessel 11 itself, through the conduit 11c. The storage receptacle thus contains, during the absorption period, a closed-circuit liquid circulation system - different from the circulation system during the expulsion periods, which comprises the boiler 13 - and wherein the refrigerant vapors from the evaporator, due to this circulation, are continuously in contact with the fresh dilute solution.
The resulting heat of absorption is removed by the cooling fins 33 constantly exposed to the action of the cooling air; but the cooling of the absorber and also that of the condenser can, if desired, be provided either by water cooling or by an indirect cooling system.
The points at which the conduits 11d, 11c, 19 and 20 open into the storage container are preferably chosen such that during the absorption period, the enriched solution can all d first flow from bottom to top in line 11d, only when the total contents of the storage container have already become concentrated; as a result, automatically, any mixing of the absorption solutions in the storage vessel is avoided entirely or almost entirely.
This can for example be obtained by constructing the storage container itself not, as in the example shown,
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in the form of two cylinders with connecting conduits, but in the form of a single receptacle the contents of which are forced to follow a predetermined path, for example by the use of perforated partitions or else by constructing said container in the form of a coil, the diameter of which is reduced, so as to prevent in said storage container any mixing of solution of different concentrations.
It is particularly important that the duct
49, which constitutes an open liquid communication, between the storage vessel 11 and the balancing vessel 21, is established with a diameter small enough that no build-up currents occur between the vessel d. storage and said container 21.
The object of the balancing container 21, the container which can be placed in any suitable place of the liquid circulation system but which is, according to the invention, remote and thermally separated from the part of the elements 33 which reject heat, this object is, as was said above, first of all to transfer to the storage vessel the pressure reduction, which occurs when removing the heat input to the boiler between the level in the boiler and the level in the receptacle 41, and thus to facilitate by this suction effect, the breaking of the liquid plug 42, with the aid of the vapor coming from the evaporator, and its passage in the storage container 11 or in the absorber element 11a,
The balancing vessel 21 also serves to absorb any variation which might occur in the level of the liquid both during de-gasification and during absorption of the liquid. While, as stated above, the apparatus is originally filled to level I, the level in vessel 21 s - drops during the evolution of steam, to level 11 The quantity of liquid corresponding to
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these level differences: exist, at the end of the release period, in the form of refrigerating liquid in the evaporator.
In other words, the absorber element itself 11a is, during periods of vapor evolution, separated from the vapor chamber in the boiler, by the level of liquid in the vessel 21 and two columns of liquid 42. , one of which is caused to rupture when the release period is replaced by an absorption period, while the other column (in vessel 21) is caused to rise, which responds to the change of period the evolution of vapor, that is to say the transition from the period of vaporization to the period of absorption.
The height of this column of liquid, that is to say the difference between the level in the container 21 and the place where absorption takes place in the container 11a, is variable in proportion to the variable quantity of liquid stored in the evaporator during the evolution of vapor or absorbed during periods of absorption; the surface layer of this column of liquid 21 being, during the periods of release, maintained at a temperature higher than the temperature of condensation. The receptacle 21 is surrounded by the thermal insulation jacket 50. This receptacle is consequently maintained, during the periods of release, at a temperature intermediate between that of the heated parts and that of the unheated parts of the absorption solution. .
This same receptacle can however also be placed in a heat exchange relationship with the pipe 16 which constitutes an extension of the boiler; in all cases it should be maintained, as far as possible by means of separate heating, at a temperature sufficiently high to prevent any condensation of steam emanating from the boiler and flowing through duct 16.
When the arrival of heat to the boiler or
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boiler is removed, a low pressure is, as mentioned above, created by the automatic production of liquid columns, in lines 39 and 40, in line 16 and in vessel. pient 36, as a result of the condensation of the vapors contained in these spaces.
In the case where the rectifying devices shown are provided with chicano plates 34 or 38 arranged at a level different from that of the level in the boiler, and if these plates are of a nature such that they retain on them a certain quantity of the absorption solution which during the periods of release is maintained at a temperature lower than that of the boiler, the reduction in temperature due to the cooling of these baffle plates using the outer fins constantly cooled 35 or 37, there is a particularly rapid drop in the pressure exerted on this absorption solution retained on the trays and which differs from the pressure of the surface layer both in the boiler and on the solution in the receptacle storage;
so that in addition to the condensation there takes place an absorption of the cooling agent vapor in the steam chamber of the boil- er, on these trays which are established in such a way as to ensure an intimate contact between the vapors of the boiler and the absorption solution stored in said platea.
This pressure reduction causes, as has been said above, an admission of the vaporized cooling medium, into the pump 11d, at the same time as it determines a discharge of liquid from the bottom upwards from the container. - pole 41 in conduits 39 and 40; a liquid stopper 39, 40 is thus closed, preventing the vapors from the evaporator from entering the boiler zone 13, the balancing vessel 21 and the solution accumulated on the baffle plates 38, the vapors of the evaporator can thus clear a passage through the
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leads 42 to a body of absorption liquid different from that accumulated on the trays 38, i.e. to the absorption solution stored in the absorber element itself 11a.
In order to be certain that in the event of a rapid reduction in pressure, in the system comprising the vessel 36, the pipe 16 and the boiler, the liquid cannot be forced out of the stoppers 1i quides 39,40 and returned to the boiler. boiler, the receptacle 36 is first of all provided with baffle plates 38 which prevent the reflux of liquid towards the boiler, and secondly the conduit 40 is connected to the receptacles 36 and 41 in such a way that, when the A liquid plug is broken through line 39, the discharged liquid can flow back through line 40 and replenish the slurry-liquid ion.
The receptacle 41, the liquid content of which constitutes a permanent liquid plug between the vapor chamber of the receptacle 21 and the condenser and the evaporator or else the receptacle 21 and only the evaporator, this receptacle 41 can receive its contents from liquid either due to the condensation of the vapors coming from the boiler and going to the condenser or else, and as is shown in the figure, it can be arranged at a height which corresponds substantially to level I, so that, when the apparatus is loaded, said container is at the same time loaded with solution.
As is evident, the container 41 is connected to the evaporator via a conduit 18, and the conduit 16 is connected to the boiler through the conduits 39 or 40; it is connected to the storage vessel through conduit 42, which at the same time serves as a purge conduit for receptacle 41 as well as, if desired, for automatic venting of the evaporator through conduit 46 ', the container 47 and the pipe 48.
When the vapor development period is
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completed, the vapors of the evaporator, which escape through the conduit 18, push the liquid contents of the container 41, from bottom to top, in the conduits 39 and 40, and at the same time they push back, into the container of storage, the solution housed in line 42; so that the conduit 42, during the periods of release, is charged with liquid, while during the absorption periods it is charged with vapor. The quantity of liquid in the conduit 42, thus discharged into the storage container, causes a slight rise in level in the container 21 and in the boiler, the level of the latter tending to rise under the effect. of the low pressure in the receptacle 36 and in the duct 16.
In other words the absorber element proper lla has two communication pipes with the evaporator, the first of these communication pipes (lld, 41,4P) serves to convey refrigerant vapor from the 'evaporator in the absorber element, during the adsorption periods, while the second communication pipe (49,21,16,36,39,41,18) contains means (which in the example shown are formed by the liquid plug 39, 40) to automatically maintain the pressure difference between the evaporator and the absorber element during the aosorption period.
The last of the above-mentioned pipes can also be considered as a connection between the evaporator and the boiler, since the gas chamber of the vessel 21 is permanently in open gas communication with the gas chamber. of the boiler, through pipe 51.
On the other hand, a low pressure phase of short duration can also be generated, both in line 18 and in condenser 14, when the vapors contained therein condense. Here, however, the pressure can never drop lower than the condensing pressure of the cooling agent, at the temperature which
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reigns in the upper part of the evaporator 15.
When the pressure in the vessel 36 and in the pipe 16 has dropped to a sufficiently low value, evaporation begins in the evaporator, and the resulting vapors break the liquid plug housed in the pipe 42 and in the conduit 11d and enter the conduit lld where they act with the effect of a gas bubble pump and determine an intense circulation in the active circulation system, during the absorption period, during which is circulated a different part of the absorption solution, different from that circulated in the circulatory system which exists during the period of vapor evolution, since in the embodiment shown,
the liquid in the boiler is not circulated through the storage vessel while the absorption period lasts. Part of the vapor entering the uncooled line 11 is already absorbed in this line as liquid forming part of the broken liquid plug. This absorption, together with the subsequent absorption of refrigerant vapor. in the solution contained in the absorber element itself 11a which is thermally separated from the solution accumulated on the plates 38, determines a new pressure drop in the apparatus, beyond the pressure drop involved by the absorption of hot vapors from the boiler into the absorption solution cooled by air and which is on the baffle plates 38.
The pressure column III ', between the evaporator and the boiler, and which is formed in the conduits 39 and 40 at the rate of the low pressure in the receptacle 36 and in the conduit 16, then takes a value which is greater. higher than that of the pressure difference between the evaporator and the absorber element 11a and greater than column III which denotes the difference between the level of the liquid in the vessel 21 (maintained,
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during exhaust periods, above the condensing temperature) and the point where the duct opens
42 in the conduit 11b In other words, the pressure in the evaporator is, during the absorptior periods, higher than the pressure above the level of the liquid in the balancing vessel 21 and in its zone.
The pressure difference between columns III 'and III indicates the pressure with which the gases from the evaporator flow, in the storage vessel 11 and in the absorber element itself 11a, respectively, and which produces the circulation of the absorption solution.
As can be seen from the foregoing description, one of the essential characteristics of the apparatus according to the invention consists in that due to a change in the heating and non-heating of the apparatus, the liquid columns (42, 21, 39, 40) in the apparatus are caused to change length, and in that cooling agent vapors * produced, both during periods of vapor evolution and in absorption periods, are automatically constrained to follow different paths and thus to circulate the absorption solution along different paths due to the changes undergone by said columns.
With regard to the capacities of the individual elements of the apparatus, it will be assumed that the evaporator is set up to contain, for example, one kilogram of ammonia. Under these conditions the storage container will be sized such that it preferably contains at least three kilograms of extended solution. The vessel 21 is constructed so as to be able to absorb a differential volume corresponding to one kilogram of ammonia, so that the evaporator can be automatically purged before the balancing vessel is completely empty. The boiler is preferably constructed so that it can contain about one tenth of the volume of the boiler.
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storage container.
The capacity of the boiler can, however, be chosen to be smaller in relation to that of the storage vessel and the heat exchanger and, for example, be at least one twentieth of the capacity of the storage vessel. The greater the difference in volume between the boiler and the storage vessel, the more rapidly the periods of vapor evolution and the absorption periods can alternate, since, in the apparatus constructed in accordance with the invention, heat generation will begin immediately upon commencement of heating and absorption will occur immediately after separation from the heat input, since large quantities of solution extended to absorption temperature are still available when the heat is removed. heat is removed.
The periods can therefore be reversed several times a day, generally every half hour, at approximately equal intervals; although a short boiling period, of a quarter of an hour for example, can follow a boiling period of several hours, until all the expelled cooling agent has evaporated. A voluntary change of this nature in the length of the release period requires a simple method of adjusting the cooling effect.
It is obvious that the invention is not limited to the embodiment shown. Any suitable evaporator construction, any suitable rectifying devices, as well as other known improvements in intermittent apparatus, and other than those shown in the diagram, may be used.
The storage container which, in the embodiment shown, acts in part as an absorber element and in itself constitutes a closed-circuit circulation system, may also be used in devices with continuous operation.