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Perfectionnements aux appareils frigorifiques à absorption.
Cette invention est relative aux appareils frigorifi- ques à absorption et elle concerne plus particulièrement les dispositifs pour y faire circuler des fluides. Le but de l'in- vention est de procurer des montages perfectionnés pour la circulation des fluides, assurant une circulation sûre aux allures voulues, et de favoriser ainsi une réfrigération effica- ce.
Suivant-la présente invention, un appareil frigorifi- que utilisant un gaz inerte comporte des dispositifs pour faire circuler le gaz inerte et des dispositifs pour dériver de la
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circulation de gaz inerte principale une fraction de ce gaz et utiliser cette fraction en vue de provoquer la circulation de la solution d'absorption.
Ainsi, dans une forme d'exécution de l'invention, un appareil frigorifique à absorption continue comporte une pompe à entraînement mécanique pour faire circuler un gaz iner- te égalisateur de pression entre un évaporateur et un absor- beur, une pompe à émulsion pour faire circuler une solution d'absorption entre un absorbeur et un bouilleur, et des dispo- sitifs pour dériver de la circulation principale une fraction du gaz inerte sous une pression produite par la pompe à entraî- nement mécanique et l'utiliser dans la pompe à émulsion en vue de provoquer la circulation de la solution d'absorption.
L'invention englobe aussi le procédé perfectionné pour faire fonctionner les appareils frigorifiques à absorption.
On peut faire circuler le liquide d'absorption à travers l'absorbeur en contrecourant par rapport au débit prin- cipal de gaz inerte.
Il est avantageux d'employer comme gaz inerte un gaz sensiblement plus lourd que l'hydrogène. Ainsi, on a trouvé qu'au moyen d'un gaz comme l'air ou l'azote une différence de pression équivalente à plusieurs pouces anglais d'eau ( 1 pouce = 2,54 cms. ) peut être obtenue en employant un ventilateur miniature entraîné à une vitesse modérée. La puissance requise est très notablement inférieure que celle qui serait nécessaire si l'on employait un gaz léger tel que l'hydrogène, de sorte que l'emploi d'un gaz plus lourd diminue tant le coût de construc- tion que le coût d'exploitation.
Etant donné que la quantité de solution d'absorption qui doit parcourir l'absorbeur pour assurer un fonctionnement efficace est très notablement inférieure à la quantité de gaz
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inerte, il suffit de dériver une faible fraction du gaz inerte et l'effet du prélèvement de cette fraction sur la circulation de gaz inerte est négligeable.
De préférence, on ramène le liquide d'absorption au bouilleur par un analyseur. L'emploi d'une pompe à émulsion actionnée par le gaz inerte pour faire circuler le liquide d'absorption permet d'utiliser un analyseur efficace en com- binaison avec un bouilleur monté de manière simple et peu coûteuse.
Dans une forme d'exécution de l'invention, la pompe à émulsion sert à élever le liquide allant du bouilleur à l'absorbeur, le gaz dérivé du circuit de gaz inerte étant ra- mené à ce circuit dans l'absorbeur. Dans ce cas, avantageuse- ment, la pompe à gaz actionnée mécaniquement aspire du gaz de l'absorbeur et le refoule à l'évaporateur, et le gaz inerte est dérivé du tuyau de refoulement de cette pompe.
A titre d'alternative, la pompe à émulsion peut servir à élever le liquide allant de l'absorbeur au bouilleur, et il est prévu une chambre de séparation de gaz d'où le liqui- de va au bouilleur, tandis que le gaz est ramené au circuit de gaz inerte. Dans ce cas, avantageusement, la pompe à gaz action- .née mécaniquement aspire du gaz de l'évaporateur et le refoule à l'absorbeur, et le gaz inerte est dérivé du tuyau de refou- lement de cette pompe et est ramené au tuyau d'aspiration de celle-ci.
La pompe à émulsion peut comporter un seul tuyau ou bien, dans certains cas, il peut être avantageux d'employer une pompe à émulsion double comprenant deux tuyaux élévatoires dont les entrées de gaz et de liquide communiquent entre elles. Avec cette disposition, le liquide est débité alternativement par les deux tuyaux et on trouve que le fonctionnement est alors plus régulier et efficace du fait qu'une plus grande hauteur
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peut être produite à l'aide de la même pression de gaz. Une pareille pompe à émulsion double peut être employée simplement comme une pompe ou elle peut aussi servir à diviser le li- quide en deux courants, par exemple pour alimenter une paire d'absorbeurs jumelés.
L'emploi de deux absorbeurs travaillant en parallèle présente un certain avantage en ce sens qu'il procure la surface d'absorption nécessaire dans un espace ver- tical minimum.
Le débit de fluide frigorigène condensé, allant du condenseur à l'évaporateur, peut être produit par gravité de la manière connue, ou bien il peut être produit par une pompe à émulsion comme celle décrite dans une demande de bre- vet de même date.
On décrira ci-après certaines formes d'exécution spécifiques de l'invention en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est un schéma d'une forme d'exécution d'un appareil frigorifique, montrant une pompe à émulsion double débitant dans une paire d'absorbeurs jumelés pour faire cir- culer le liquide d'absorption,
Fig.2 est un schéma d'un montage modifié utilisant un seul absorbeur,
Fig.3 est un schéma d'un montage utilisant une pompe à émulsion double pour pomper du liquide du bouilleur à un seul absorbeur, et
Fig. 4 est un schéma d'une disposition utilisant des pompes à émulsion tant pour élever du fluide frigorigène du fond d'un condenseur au sommet d'un évaporateur que pour éle- ver du liquide d'absorption passant du bouilleur à l'absorbeur.
Il faut observer que les dessins annexés sont sché- matiques et ne sont pas tracés à l'échelle, et bien que les
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divers récipients aient été représentés comme étant situés sensiblement à leur niveau correct, il est clair que, comme le fonctionnement de l'appareil dépend des niveaux de liquide dans les diverses parties de l'appareil, on doit disposer les récipients de manière appropriée conformément à la pratique connue.
L'appareil représenté sur la Fig. 1 comprend les parties principales usuelles, savoir une paire d'absorbeurs jumelés A, un bouilleur B, un condenseur C, un rectificateur D et un évaporateur E.
Ces récipients sont reliés entre eux par des con- duites en vue d'établir trois cycles de circulation de fluide, savoir celui du fluide frigorigène qui par exemple peut être de l'ammoniaque celui du liquide d'absorption qui par exemple peut être de l'eau, et celui du gaz inerte égalisateur de pression qui doit être un gaz relativement lourd, par exemple de l'air ou de l'azote.
On fait circuler le gaz inerte entre les absorbeurs et l'évaporateur, la circulation étant entretenue par un ven- tilateur ou pompe F qui peut être de toute construction appro- priée, mais de préférence est un ventilateur centrifuge en- traîné mécaniquement, par exemple par un moteur électrique F1 dont au moins la partie rotative est enfermée hermétiquement dans le système à fluides sous pression. Le ventilateur refou- le le gaz par un tuyau F3 dans l'extrémité inférieure de l'éva- porateur E qui de préférence est un récipient tubulaire verti- cal contenant des chicanes sur lesquelles ruisselle le fluide frigorigène. Quand le gaz inerte atteint le sommet de l'évapo- rateur et est enrichi de fluide frigorigène, il sort par un tuyau branché E4 ouvrant dans les extrémités inférieures des absorbeurs jumelés.
Ceux-ci ont de préférence la forme de réci-
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pients tubulaires inclinés contenant des chicanes ou déversoirs, sur lesquels peut ruisseler le liquide d'absorption, et comportant des ailettes de refroidissement sur leur surface extérieure pour favoriser le refroidissement de l'air. Les extrémités supérieures des absorbeurs sont reliées par un tuyau bifurqué A4 à l'entrée du ventilateur F. Les tuyaux F3 et E4 sont entre eux en relation d'échange thermique ou tra- versent un échangeur de chaleur de gaz.
Le liquide d'absorption, dans le bouilleur B, est chauffé de toute manière appropriée, par exemple au moyen d'une résistance de chauffage électrique ou au moyen d'un brûleur à combustible fluide, et la vapeur refoulée monte à travers un analyseur B2 et par un tuyau dont une partie est garnie d'ailettes de refroidissement pour constituer le recti- ficateur D, et entre dans le condenseur C qui peut se composer simplement d'un tuyau sinueux à ailettes de refroidissement.
En parcourant le condenseur la vapeur se condense et le conden- sat descend par gravité dans l'évaporateur E.
Le rendement de l'appareil décrit repose dans une large mesure sur l'emploi, comme milieu égalisateur de pression, d'un gaz relativement lourd. Il a été trouvé qu'une différence de pression équivalente à plusieurs pouces anglais d'eau (1 pou- ce = 2,54 cms. ) peut être obtenue au moyen d'un ventilateur miniature fonctionnant à des vitesses relativement peu élevées, quand le milieu égalisateur de pression est un gaz d'un poids moléculaire relativement grand (par exemple l'azote) soumis à une pression de l'ordre de celles employées dans un système frigorifique à trois fluides (par exemple de l'ordre de 20 atmosphères).
Si on emploie un gaz inerte d'un faible poids moléculaire,tel que l'hydrogène, il est nécessaire de recou- rir à un ventilateur beaucoup de fois plus grand qu'il n'est
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requis pour l'azote, et un pareil ventilateur de plus grandes dimensions exigerait la consommation d'une plus grande puis- sance que le ventilateur miniature et son moteur employés dans le montage décrit pour lequel, dans un appareil domes- tique ordinaire, il suffit généralement du plus petit moteur électrique que, d'habitude, on puisse fabriquer pratiquement.
De cette façon, l'emploi d'un gaz inerte dense permet de réa- liser une grande économie de frais d'exploitation et de cons- truction. Etant donné qu'il est avantageux d'employer aux fins de la réfrigération une circulation forcée de gaz inerte et que le volume de gaz mis en circulation est notablement plus grand que le débit de fluide frigorigène liquide, il est possible de dériver une faible fraction du gaz et de l'utili- ser pour faire circuler là solution d'absorption entre le bouilleur et l'absorbeur sans influencer sensiblement le dis- positif à circulation de gaz ou la puissance requise pour lui.
De cette façon, grâce à l'invention, il est possi- ble de se servir d'un simple bouilleur avec un analyseur ef- ficace B2, vu qu'on peut élever et introduire dans l'analy- seur le liquide d'absorption à un niveau relativement haut et qu'on peut retirer du bouilleur, au fond de celui-ci, la solution d'absorption pauvre. La vapeur s'élevant à travers la solution d'absorption en contrecourant par rapport à celle- ci, s'enrichit de fluide frigorigène et perd du liquide d'ab- sorption, et lorsque finalement elle quite l'analyseur, elle est en contact avec le liquide le plus riche en fluide frigori- gène, si bien que la concentration de fluide frigorigène dans la vapeur allant au rectificateur est maximum.
La solution d'absorption pauvre se rend du fond du bouilleur à un tuyau B3 se bifurquant en deux tuyaux L1 et L2 qui constituent des pompes à émulsion débouchant dans les
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extrémités supérieures des absorbeurs. Un tuyau M va du tuyau F3, constituant la conduite de refoulement du ventilateur, à deux branches M1 et M2 qui débouchent dans les tuyaux L1 et L2 pour y envoyer du gaz et pour les faire fonctionner comme des pompes à émulsion. Le liquide d'absorption s'élève ainsi dans les extrémités supérieures des absorbeurs et ruisselle sur les chicanes ou déversoirs y contenus.
De leurs extrémités infé- rieures, il passe par des tuyaux A2 dans un récepteur H d'où il gagne un tuyau H2 qui passe en relation d'échange thermique avec le tuyau B3 et qui ouvre dans l'analyseur B2 à un nota- ble niveau au-dessus de l'extrémité inférieure de celui-ci.
Dans certains cas le récepteur H peut être omis.
Le montage représenté sur la Fig. 2 est analogue à celui de la Fig.l excepté qu'on emploie un seul absorbeur; le ventilateur F agit sur le gaz allant de l'évaporateur à l'absorbeur, et la pompe à émulsion agit sur le liquide d'absorption allant de l'absorbeur au bouilleur. Le ventila- teur refoule le gaz par un tuyau F2 dans l'extrémité inférieu- re de l'absorbeur. De l'extrémité supérieure de l'absorbeur le gaz passe par un tuyau A1 dans l'extrémité inférieure de l'évaporateur. Du sommet de l'évaporateur, il repasse au ventilateur F par un tuyau E1. Une notable colonne de liquide est maintenue dans l'analyseur submergé B2 du bouilleur, de sorte que le liquide peut circuler directement par gravité dans le tuyau B4 ouvrant dans l'extrémité supérieure de l'ab- sorbeur.
Après avoir ruisselé d'en haut à travers l'absorbeur, le liquide passe de l'extrémité inférieure de l'absorbeur,par le tuyau A2., dans le récepteur H, puis parcourt un tuyau N en forme d'U, ouvrant dans un récipient séparateur P. Un tuyau à gaz Q part de la conduite de sortie F2 du ventilateur et dé- bouche dans le tuyau N légèrement en-dessous du niveau auquel
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le liquide s'y trouverait normalement, de manière à faire fonctionner le tuyau N comme une pompe à émulsion en vue d'élever la solution d'absorption et de la débiter dans le récipient séparateur.
La partie supérieure de ce récipient est reliée par un tuyau de sortie de gaz P1 au tuyau E1 bran- ché sur le côté aspiration du ventilateur F, de sorte que le gaz peut retourner au ventilateur, tandis que la partie in- férieure du récipient est reliée à un tuyau P2 qui, après avoir passé en relation d'échange thermique avec le tuyau B4, débouche dans la partie supérieure de l'analyseur B2, de sorte que le liquide élevé dans la chambre séparatrice P par la pompe à émulsion descend par gravité, par le tuyau P2, dans l'analyseur.
Le montage représenté sur la Fig.3 est analogue à celui de la Fig.l, mais dans ce cas on n'emploie qu'un seul absorbeur A bien qu'on conserve l'emploi d'une pompe à émul- sion double. Les lettres de référence sont les mêmes que sur la Fig.l.
On trouve que dans certaines conditions une pression de gaz uniforme appliquée à une pompe à émulsion ordinaire tend à produire dans la pompe une dépression de liquide non fluctuante. Aussi une caractéristique de la présente invention est l'emploi d'une pompe à émulsion double, et on constate que celle-ci assure un débit d'une allure plus constante ainsi qu'une plus grande hauteur d'élévation pour une pression de gaz donnée. Des oscillations du liquide et du gaz tendent à s'établir d'une branche à l'autre, le liquide étant débité alternativement par les deux branches.
La pompe à émulsion double peut servir simplement de pompe comme sur la Fig.3 ou elle peut aussi servir de moyen utile et sûr de diviser le liquide en deux courants comme sur la Fig.l.
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La Fig. 4 montre un montage où on emploie des pompes à émulsion tant pour élever au sommet de l'évaporateur le fluide frigorigène condensé que pour produire une circula- tion de la solution d'absorption. Le montage pour la circula- tion de la solution d'absorption est analogue à celui repré- senté sur les Figs. 1 et 3, excepté qu'on emploie un seul absorbeur et une seule pompe à émulsion.
Etant donné qu'une pompe à émulsion élève du fond du condenseur dans la partie supérieure de l'évaporateur le fluide frigorigène condensé, la partie inférieure du conden- seur peut être située sensiblement en-dessous de la partie supérieure de l'évaporateur.
Le liquide condensé dans le condenseur s'accumule dans la partie inférieure C1 de celui-ci, qui est coudée comme représenté, de manière à constituer un joint hydrauli- que, et passe ensuite par un tuyau J, faisant office de pom- pe à émulsion, dans la partie supérieure de l'évaporateur. Le tuyau J est alimenté de gaz par un tuyau K qui est branché sur le tuyau F3, monté du côté refoulement du ventilateur à gaz F, et qui ouvre dans la partie inférieure du tuyau J, de sorte que des fractions de liquide frigorigène sont entraînées de bas en haut dans le tuyau J et débitées dans la partie su- périeure de l'évaporateur E. Les niveaux du liquide dans le condenseur et dans la pompe à émulsion doivent être légèrement au-dessus du point où le tuyau K ouvre dans le tuyau J.
Pour égaliser les niveaux et chasser du condenseur tout gaz qui pourrait s'y accumuler , un tuyau de sortie de gaz C2 relie un point intermédiaire du condenseur à la partie supérieure du tuyau K, tandis que pour empêcher le niveau de condensat de s'élever exagérément, un tuyau de trop-plein C3 va d'un point du condenseur, situé légèrement plus bas, au tuyau H2.
La construction du condenseur doit être telle que toute la
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vapeur de fluide frigorigène se condense au-dessus de la partie supérieure du tuyau C3.
On observera que les montages décrits, et notamment celui représenté sur la Fig. 4 où la circulation de tous les fluides est conjuguée et dépend du fonctionnement du moteur électrique F1, présentent de notables avantages. Par une cons- truction judicieuse des diverses parties de l'appareil, on peut proportionner entre eux les débits de gaz inerte, de li- quide d'absorption et de fluide frigorigène condensé, de ma- nière à assurer un rendement élevé. En outre, un moyen de réglage perfectionné est fourni par la possibilité de varier la vitesse du ventilateur F.
Les rapports des allures de dé- bit de's diverses substances peuvent rester sensiblement les mêmes quels que soient les changements de la vitesse du venti- lateur et ils ne sont que peu influencés par des conditions arbitraires telles que la température ambiante, à la différence des montages où la circulation de gaz inerte est produite par une différence de densité entre deux colonnes de gaz. De même , la circulation n'est guère influencée par des changements d'apport de chaleur au bouilleur comme dans le cas où une pom- pe à émulsion utilise de la vapeur de fluide frigorigène du bouilleur. Si on le désire, l'allure de circulation peut se régler automatiquement, par exemple thermostatiquement, selon la température d'une certaine partie de l'appareil.
On voit qu'on peut dériver le gaz inerte, faisant fonctionner la pompe à émulsion, de manière à contourner dans certains cas l'évaporateur, dans certains cas l'absorbeur et dans certains cas l'un et l'autre. Le montage exact dépend des circonstances.
Quand on emploie une pompe à émulsion pour élever le liquide frigorigène, il se produit généralement une certaine @
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évaporation, de sorte que la pompe à émulsion peut être consi- dérée comme un évaporateur auxiliaire miniature provoquant un refroidissement préliminaire du liquide frigorigène. Si on le désire, on peut réduire au minimum cette évaporation en déri- vant du gaz inerte déjà riche en fluide frigorigène.
Un mon- tage utilisant un gaz inerte est plus efficace que ne serait une pompe à émulsion actionnée à la vapeur de fluide frigori- gène, étant donné que, primo, la vapeur de fluide frigorigène serait gaspillée en ce qui concerne la production du froid, et que, secundo, la pompe à émulsion actionnée à la vapeur ne produirait pas un refroidissement préalable du liquide, mais au contraire cesserait de fonctionner à moins qu'on ne main- tienne la température du liquide.
Lorsqu'on dérive un gaz inerte pour produire la circulation de solution d'absorption, non seulement on peut employer un analyseur efficace, mais encore on peut exécuter l'absorption avec le liquide et le gaz (excepté le gaz dérivé) en contrecourant.
Il faut observer que diverses modifications peuvent être apportées aux montages représentés sur les dessins. Par exemple, on peut employer une pompe à émulsion double en com- binaison avec une seule chambre d'évaporation ou on peut em- ployer une pompe à émulsion pour n'élever dans le sommet de l'évaporateur qu'une fraction du fluide frigorigène condensé, tandis que la fraction restante entre par gravité dans une partie de l'évaporateur située plus bas.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Improvements to absorption refrigeration devices.
This invention relates to absorption refrigeration apparatus and more particularly relates to devices for circulating fluids therein. The object of the invention is to provide improved arrangements for the circulation of fluids, assuring safe circulation at the desired rates, and thus to promote efficient refrigeration.
According to the present invention, a refrigeration apparatus using inert gas comprises devices for circulating the inert gas and devices for deriving the inert gas.
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circulation of inert gas main a fraction of this gas and use this fraction in order to cause the circulation of the absorption solution.
Thus, in one embodiment of the invention, a continuous absorption refrigeration apparatus comprises a mechanically driven pump for circulating a pressure-equalizing inert gas between an evaporator and an absorber, an emulsion pump for circulating an absorption solution between an absorber and a boiler, and devices for diverting from the main circulation a fraction of the inert gas under a pressure produced by the mechanically driven pump and using it in the pump to emulsion for the purpose of causing circulation of the absorption solution.
The invention also encompasses the improved method of operating absorption refrigeration apparatus.
The absorption liquid can be circulated through the absorber countercurrent to the main inert gas flow rate.
It is advantageous to use as inert gas a gas which is substantially heavier than hydrogen. Thus, it has been found that by means of a gas such as air or nitrogen a pressure difference equivalent to several English inches of water (1 inch = 2.54 cms.) Can be obtained by employing a fan. miniature driven at moderate speed. The power required is considerably less than that which would be required if a light gas such as hydrogen were used, so that the use of a heavier gas decreases both the cost of construction and the cost of construction. 'exploitation.
Since the amount of absorption solution which must pass through the absorber to ensure efficient operation is very significantly less than the amount of gas
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inert, it suffices to derive a small fraction of the inert gas and the effect of removing this fraction on the circulation of inert gas is negligible.
Preferably, the absorption liquid is returned to the boiler by an analyzer. The use of an emulsion pump actuated by the inert gas to circulate the absorption liquid allows the use of an efficient analyzer in combination with a boiler mounted in a simple and inexpensive manner.
In one embodiment of the invention, the emulsion pump serves to lift the liquid going from the boiler to the absorber, the gas derived from the inert gas circuit being returned to this circuit in the absorber. In this case, advantageously, the mechanically actuated gas pump sucks gas from the absorber and delivers it to the evaporator, and the inert gas is bypassed from the delivery pipe of this pump.
Alternatively, the emulsion pump can be used to lift the liquid from the absorber to the boiler, and a gas separation chamber is provided from which the liquid goes to the boiler, while the gas is provided. returned to the inert gas circuit. In this case, advantageously, the mechanically actuated gas pump sucks gas from the evaporator and delivers it to the absorber, and the inert gas is bypassed from the delivery pipe of this pump and is returned to the pipe. suction thereof.
The emulsion pump may have a single pipe or, in certain cases, it may be advantageous to use a double emulsion pump comprising two riser pipes, the gas and liquid inlets of which communicate with each other. With this arrangement, the liquid is discharged alternately through the two pipes and it is found that the operation is then more regular and efficient due to the fact that a greater height
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can be produced using the same gas pressure. Such a double emulsion pump can be used simply as a pump or it can also be used to divide the liquid into two streams, for example to feed a pair of twin absorbers.
The use of two absorbers working in parallel has a certain advantage in that it provides the necessary absorption surface in a minimum vertical space.
The flow of condensed refrigerant from the condenser to the evaporator can be produced by gravity in known manner, or it can be produced by an emulsion pump such as that described in a patent application of the same date.
Certain specific embodiments of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a diagram of an embodiment of a refrigeration apparatus, showing a double emulsion pump delivering through a pair of twin absorbers to circulate the absorption liquid,
Fig. 2 is a diagram of a modified assembly using a single absorber,
Fig. 3 is a diagram of an arrangement using a double emulsion pump to pump liquid from the boiler with a single absorber, and
Fig. 4 is a schematic of an arrangement using emulsion pumps both to lift refrigerant from the bottom of a condenser to the top of an evaporator and to lift absorption liquid from the boiler to the absorber.
It should be observed that the appended drawings are schematic and are not drawn to scale, and although the
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Various vessels have been shown to be located substantially at their correct level, it is clear that, as the operation of the apparatus depends on the liquid levels in the various parts of the apparatus, the vessels must be properly disposed in accordance with known practice.
The apparatus shown in FIG. 1 comprises the usual main parts, namely a pair of twin absorbers A, a boiler B, a condenser C, a rectifier D and an evaporator E.
These receptacles are interconnected by conduits in order to establish three fluid circulation cycles, namely that of the refrigerant which for example can be ammonia that of the absorption liquid which for example can be water, and that of the inert pressure equalizing gas which must be a relatively heavy gas, for example air or nitrogen.
The inert gas is circulated between the absorbers and the evaporator, the circulation being maintained by a fan or pump F which may be of any suitable construction, but preferably is a mechanically driven centrifugal fan, for example. by an electric motor F1, at least the rotating part of which is hermetically sealed in the pressurized fluid system. The fan returns the gas through a pipe F3 to the lower end of the evaporator E which is preferably a vertical tubular receptacle containing baffles on which the refrigerant flows. When the inert gas reaches the top of the evaporator and is enriched with refrigerant, it exits through a connected pipe E4 opening in the lower ends of the twin absorbers.
These are preferably in the form of reci-
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Inclined tubular pients containing baffles or weirs, on which the absorption liquid can flow, and having cooling fins on their outer surface to promote cooling of the air. The upper ends of the absorbers are connected by a bifurcated pipe A4 to the inlet of the fan F. The pipes F3 and E4 are in heat exchange relationship with each other or pass through a gas heat exchanger.
The absorption liquid, in boiler B, is heated in any suitable manner, for example by means of an electric heating resistor or by means of a fluid fuel burner, and the discharged vapor rises through an analyzer B2 and by a pipe, part of which is lined with cooling fins to constitute the rectifier D, and enters the condenser C which may consist simply of a sinuous pipe with cooling fins.
As it passes through the condenser, the vapor condenses and the condensate descends by gravity into the evaporator E.
The efficiency of the apparatus described is based to a large extent on the use, as pressure equalizing medium, of a relatively heavy gas. It has been found that a pressure difference equivalent to several English inches of water (1 inch = 2.54 cms.) Can be achieved by means of a miniature fan operating at relatively low speeds, when the pressure equalizing medium is a gas of relatively large molecular weight (e.g. nitrogen) subjected to a pressure of the order of those employed in a three-fluid refrigeration system (e.g. of the order of 20 atmospheres) .
If an inert gas of low molecular weight, such as hydrogen, is used, it is necessary to use a fan many times larger than it is.
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required for nitrogen, and such a fan of larger dimensions would require the consumption of a greater power than the miniature fan and its motor employed in the assembly described for which, in an ordinary domestic appliance, it is sufficient usually the smallest electric motor that can usually be produced in practice.
In this way, the use of a dense inert gas makes it possible to achieve a great saving in operating and construction costs. Since it is advantageous to employ a forced circulation of inert gas for refrigeration and the volume of gas circulated is significantly greater than the flow rate of liquid refrigerant, it is possible to derive a small fraction gas and use it to circulate the absorption solution between the boiler and the absorber without materially influencing the gas circulating device or the power required for it.
In this way, thanks to the invention, it is possible to use a simple boiler with an efficient analyzer B2, since the absorption liquid can be raised and introduced into the analyzer. at a relatively high level and that the poor absorption solution can be removed from the boiler at the bottom thereof. The vapor rising through the absorption solution countercurrently to it, becomes enriched with refrigerant and loses absorption liquid, and when it finally leaves the analyzer it is in contact. with the liquid richest in refrigerant, so that the concentration of refrigerant in the vapor going to the rectifier is maximum.
The lean absorption solution goes from the bottom of the boiler to a pipe B3 branching off into two pipes L1 and L2 which constitute emulsion pumps opening into the
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upper ends of absorbers. A pipe M goes from pipe F3, constituting the discharge pipe of the fan, to two branches M1 and M2 which open into pipes L1 and L2 to send gas therein and to make them function as emulsion pumps. The absorption liquid thus rises in the upper ends of the absorbers and trickles down the baffles or weirs contained therein.
From their lower ends, it passes through pipes A2 in a receiver H from where it gains a pipe H2 which passes in heat exchange relation with the pipe B3 and which opens in the analyzer B2 to a notable level above the lower end of it.
In some cases the H receptor can be omitted.
The assembly shown in FIG. 2 is similar to that of Fig.l except that a single absorber is used; the fan F acts on the gas going from the evaporator to the absorber, and the emulsion pump acts on the absorption liquid going from the absorber to the boiler. The ventilator delivers the gas through a pipe F2 in the lower end of the absorber. From the upper end of the absorber the gas passes through a pipe A1 in the lower end of the evaporator. From the top of the evaporator, it passes back to fan F via a pipe E1. A notable column of liquid is maintained in the submerged analyzer B2 of the boiler, so that the liquid can flow directly by gravity in the pipe B4 opening in the upper end of the absorber.
After trickling from above through the absorber, the liquid passes from the lower end of the absorber, through pipe A2., Into receiver H, then passes through a U-shaped N pipe, opening into a separating vessel P. A gas pipe Q leaves from the outlet pipe F2 of the fan and opens into pipe N slightly below the level at which
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the liquid would normally be there, so as to operate the pipe N as an emulsion pump in order to raise the absorption solution and to deliver it into the separator vessel.
The upper part of this container is connected by a gas outlet pipe P1 to the pipe E1 connected on the suction side of the fan F, so that gas can return to the fan, while the lower part of the container is connected to a pipe P2 which, after having passed into a heat exchange relation with the pipe B4, opens into the upper part of the analyzer B2, so that the liquid raised in the separating chamber P by the emulsion pump goes down through gravity, through pipe P2, into the analyzer.
The assembly shown in Fig. 3 is similar to that of Fig. 1, but in this case only one absorber A is used, although the use of a double emulsion pump is retained. The reference letters are the same as in Fig.l.
It has been found that under certain conditions a uniform gas pressure applied to an ordinary emulsion pump tends to produce a non-fluctuating liquid vacuum in the pump. Also a feature of the present invention is the use of a double emulsion pump, and it is found that this ensures a flow of a more constant rate as well as a greater height of elevation for a gas pressure. given. Oscillations of the liquid and the gas tend to be established from one branch to another, the liquid being discharged alternately by the two branches.
The double emulsion pump can serve simply as a pump as in Fig. 3 or it can also serve as a useful and safe means of dividing the liquid into two streams as in Fig.l.
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Fig. 4 shows an arrangement in which emulsion pumps are employed both to raise the condensed refrigerant to the top of the evaporator and to produce a circulation of the absorption solution. The assembly for the circulation of the absorption solution is analogous to that shown in Figs. 1 and 3, except that a single absorber and a single emulsion pump are used.
Since an emulsion pump lifts condensed refrigerant from the bottom of the condenser into the upper part of the evaporator, the lower part of the condenser may be located substantially below the upper part of the evaporator.
The liquid condensed in the condenser accumulates in the lower part C1 of the latter, which is bent as shown, so as to form a hydraulic seal, and then passes through a pipe J, acting as a pump. emulsion, in the upper part of the evaporator. Pipe J is supplied with gas through pipe K which is connected to pipe F3, mounted on the discharge side of gas fan F, and which opens in the lower part of pipe J, so that refrigerant fractions are entrained from bottom to top in pipe J and discharged into the upper part of evaporator E. The liquid levels in the condenser and in the emulsion pump should be slightly above the point where pipe K opens into the pipe J.
To equalize the levels and remove any gas that may accumulate from the condenser, a C2 gas outlet pipe connects an intermediate point of the condenser to the top of the K pipe, while to prevent the condensate level from rising Exaggeratedly, a C3 overflow pipe runs from a point on the condenser, located slightly lower, to the H2 pipe.
The construction of the condenser must be such that the entire
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refrigerant vapor condenses above the top of the C3 pipe.
It will be observed that the arrangements described, and in particular that shown in FIG. 4 where the circulation of all the fluids is combined and depends on the operation of the electric motor F1, have notable advantages. By judicious construction of the various parts of the apparatus, the flow rates of inert gas, absorption liquid and condensed refrigerant can be proportioned to each other, so as to ensure a high efficiency. In addition, an improved adjustment means is provided by the possibility of varying the speed of the fan F.
The ratios of the flow rates of various substances can remain much the same regardless of the changes in fan speed and are only slightly influenced by arbitrary conditions such as ambient temperature, unlike the mounting arrangements. where the circulation of inert gas is produced by a density difference between two columns of gas. Likewise, the circulation is hardly influenced by changes in heat input to the boiler as in the case where an emulsion pump uses refrigerant vapor from the boiler. If desired, the flow rate can be adjusted automatically, for example thermostatically, according to the temperature of a certain part of the device.
It can be seen that the inert gas can be diverted, making the emulsion pump operate, so as to bypass in some cases the evaporator, in some cases the absorber and in some cases both. The exact fit depends on the circumstances.
When an emulsion pump is used to lift the refrigerant, there is usually a certain amount of @
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evaporation, so that the emulsion pump can be thought of as a miniature auxiliary evaporator causing preliminary cooling of the refrigerant. If desired, this evaporation can be reduced to a minimum by deriving inert gas which is already rich in refrigerant.
An assembly using an inert gas is more efficient than an emulsion pump driven by refrigerant vapor, since, first, the refrigerant vapor would be wasted in the production of refrigeration, and that, second, the steam driven emulsion pump would not pre-cool the liquid, but instead would cease to operate unless the temperature of the liquid was maintained.
When an inert gas is bypassed to produce the absorption solution circulation, not only can an efficient analyzer be employed, but also the absorption with the liquid and the gas (except the bypass gas) can be performed in counterflow.
It should be noted that various modifications can be made to the arrangements shown in the drawings. For example, a double emulsion pump can be used in combination with a single evaporator chamber, or an emulsion pump can be used to lift only a fraction of the refrigerant to the top of the evaporator. condensed, while the remaining fraction enters by gravity into a part of the evaporator located below.
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