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BREVET D'IMPORTATION vaporateur vertical à circulation accélérée pour la production du froid. Georges T R É P A U D
Les évaporateurs utilisés actuellement dans les appareils pour la production du froid sont de types différents suivant la quantité de frigories devant être générées.
Pour les petites puissances, le réfrigérant de saumure est constitué par un faisceau de tubes doubles concentriques, disposés horizontalement ; saumure circulant dans les tubes centraux tandis que le fluide frigorigène, ammoniaque par exemple, passe dans l'espace annulaire réservé entre les parois des tubes concentriques.
Pour les appareils de puissance, on utilise soit des appareils comportant un bac à saumure, soit des appareils pourvus d'un réfrigérant cylindrique. Dans le premier cas,
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on dispose, dans un bac, un serpentin évaporateur placé horizontalement et qui est immergé dans la saumure contenue dans le bac; la circulation de la saumure le long des parois du serpentin est obtenue le plue souvent au moyen d'une hélice actionnée par un dispositif approprié situé hors du bac.
Dans les appareils à réfrigérant cylindrique, la partie évaporatrice est constituée par un faiscea@ tubulaire horizontal, disposé dans une bâche cylindrique; des plaques situées à une certaine distance des fonds de cette bâche sont réunies par des tubes et au moyen de parois chicanes, disposées dans chaque chambre d'extrémité, augmentent le coefficient d'échange entre les deux fluides. La saumure est mise en circulation dans les tubes, tandis que le fluide frigorigène circule autour des tubes dans la bâche les entourant Les résultats obtenus avec ces deux types d'appareils ne sont pas toujourssatisfaisants.
L'appareil évaporateur objet de la présente invention étant disposé verticalement, la circulation des fluides s'opère beaucoup plus librement que dans les appareils horizontaux et d'une façon plus active, d'où. échange de température beaucoup plus rapide.
Cet appareil est essentiellement constitué par un corps tubulaire vertical, surmonté d'un dômo de vapeur et muni à sa partie inférieure d'un collecteur de liquide. Le corps cylindrique est relié au circuit de saumure par les appareils usuels et le faisceau tubulaire avec le compresseur de liquide frigorigène ou avec toute autre machine ou dispositif d'aspiration des vapeurs.
L'une des caractéristiques essentielles de l'invention réside, en outre, en ce que le faisceau tubulaire se combine avec un cloisonnement disposé dans le corps tubulaire le contenant de manière que le fluide circulant dans cet espace subisse un mouvement hélicoïdal le long des tubes.
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Dans le dessin annexé à titre d'exemple seulement :
La fig.l représente en coupa verticale un évaporateur construit selon l'invention.
La fig.2 est une coupe horizontale du faisceau tubulaire.
La fig. 3 montre schématiquement le circuit que parcourt la saumure dans le corps tubulaire.
La fig.4 est une vue en élévation et en plan .d'une chicane.
La fig. 5 est une coupe horizontale montrant une variante de construction.
L'évaporateur vertical à circulation accélérée pour la production du froid est constitué en trois parties : un corps tubulaire dans lequel s'effectue l'échange de température, un dôme collecteur des vapeurs du liquide frigorigène, de l'ammoniaque par exemple, et un collecteur dans' lequel vient se rassembler le liquide.
Le corps tubulaire est constitué par une virole verticale 1, fermée par deux plaques 2,3 dans lesquelles sont dudgeonnées les extrémités des tubes 4 du faisceau. Ces tubes 4 sont de faible diamètre, afin d'augmenter la surface de contact des fluides. Dans la partie centrale des plaques 2,3 est fixée l'extrémité d'un tube de grand diamètre 5. La virole 1 est munie à ses parties inférieure et supérieure de tubulures 6,7 permettant de la réunir au circuit de la saumure.
La saumure circule autour des tubes 4 dans les espaces annulaires compris entre des chicanes 8,9 et 9,8, etc.
Pendant son passage entre deux chicanes, la saumure rencontre la surface externe des tubes évaporateurs 4 au contact de laquelle l'échange de chaleur recherché se produit. La vitesse de circulation sur la paroi des tubes est accélérée par les chicanes.
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Le long parcours effectua par' la saumure autour des tubes contenant le liquide frigorigène fait perdre à celle-ci les calories accumulées pendant l'utilisation en provoquant une vaporisation rapide du liquide frigorigène.
L'ouverture 10, pratiquée dans chaque chicane, est décalée par rapport à la suivante d'un angle de 60 environ, afin que la saumure soit animée d'un mouvement continu comparable à un mouvement hélicoïdal autour du tube central 5. La figure 3 montre clairement le circuit effectué par la saumure entre les chicanes. L'ouverture 10, au lieu d'être radiale, pourrait être segmentaire et être opposée diamétralement lors du montage des chicanes afin de donner à la saumure un mouvement en serpentin.
L'écartement des chicanes est maintenu, d'une part, par la partie 8', pliée à angle droit (fig.4) et, d'autre part, au moyen d'entretoises tubulaires 11, disposées sur les tubes 4 ; quelques entretoises suffisent.
Le résultat obtenu avec les chicanes est sensiblement aussi satisfaisant que celui obtenu au.moyen d'une vis d'Archimède, avec cependant l'avantage d'être de construction plus simple et par suite moins coûteux.
Le corps tubulaire est surmonté d'un dôme 12 se fixant par une bride 13 et muni intérieurement d'un déflecteur 14, disposé en regard du faisceau tubulaire. Ce déflecteur est constitué par deux troncs de cône réunis par leur petite base ; il est destiné à arrêter le liquide en ébullition et à le diriger vars le tube central 5 afin qu'il puisse être repris par le circuit liquide qui circule dans le faisceau.
La vapeur entraînée avec le liquide en ébullition est dirigée vers la partie supérieure du dôme en traversant des chicaner; 14a, percées de trous qui la sèche complètement en arrêtant les gouttelettes de liquide qu'elle pourrait
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entrainer. Ces chicanes 14a servent également d'entretoises pour supporter le tuyau d'aspiration 15 du compresseur. La prise de vapeur est munie d'une crépine 16 qui divise la vapeur et retient les dernières particules liquides entrai- nées par la vapeur.
Le corps tubulaire est fermé à sa partie inférieure par un collecteur 17 dans la partie centrale duquel est dis- posé un séparateur 18, muni d'orifices 19, en communication avec un tuyau de purge 20. Ce séparateur est destiné à arrê- ter l'huile entraînée par l'ammoniaque en venant s'accumuler sous le séparateur, l'isolant ainsi du circuit du fluide frigorigène. Cette huile peut être enlevée très facilement par le tuyau de purge 20.
Le fluide frigorigène fait retour dans le corps tubulaire par le tuyau 21 au moyen d'un robinet à flotteur réglant automatiquement la hauteur du liquide contenu dans le dit corps tubulaire. Le collecteur 17 est' également en commu- nication avec le réservoir contenant le robinet à flotteur par le tuyau 22. Les vapeurs pouvant se produire dans le ré- servoir à liquide sont évacuées vers le dôme par le tuyau 23.
Sur la partie supérieure du dôme est disposé un tube de purge 24 permettant l'évacuation de l'air lors de la mise en mqrche de l'appareil.
Il est à remarquer que dans l'évaporateur décrit ci-dessus, le fluide frigorigène circule dans le faisceau tubulaire et que la saumure passe autour des parois des tubes dudit faisceau.
Cette conception est la solution rationnelle du refroidissement de la saumure qui se divise en deux parties : un circuit saumure et un circuit de vaporisation.
La vitesse de circulation de la saumure, qui est un facteur d'amélioration de la transmission de la chaleur,
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pourra être fixée à volonté, en partant du débit de la pompe en faisant varier le nombre de chicanes, cette vitesse étant d'autant plus élevée que lesdites chicanes sont plus nombreu- ses, toutefois, cette vitesse sera déterminée en tenant compte de la perte de charge de la saumure dans l'appareil, laquelle augmente parallèlement.
A vitesse de circulation égale, les conditions d'échange de température sont favorables à l'appareil objet de l'invention, la saumure ne rencontrant, en effet, dans son circuit, que des tubes disposés perpendiculairement, elle est constamment agitée et toutes ses molécules liquides entrent en contact avec les parois froides du faisceau tubulaire, uniformisant ainsi la température du liquide. De plus, les chicanes étant en contact avec le faisceau tubulaire augmen- tent la surface d'échange de chaleur, ces dernières jouant le rôle d'ailettes.
Le circuit de vaporisation réalisé ci-dessus est supérieur au circuit des réfrigérants cylindriques horizontaux dans lesquels l'ébullition est tumultueuse. Ce résultat est obtenu par la disposition verticale des tubes favorisant la vitesse de circulation accélérée de l'ammoniaque en voie d'ébullition, ce qui augmente considérablement l'échange de température,
La vapeur produite par le faisceau tubulaire est nettement séparée du liquide frigorigène ne risquant pas, ainsi, d'entraîner des particules liquides dans le compresseur.
Les avantages réalisés avec ledit appareil sont les suivants :
1 Une grande vitesse de circulation dans les petits tubes du faisceau tubulaire.
2 Toute la surface desdits tubes est mouillée par le liquide frigorigène.
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3 Charge négligeable du liquide frigorigène dans le faisceau tubulaire, la température efficace d'ébullition étant donc sensiblement la même que la température mesurée à l'aspiration du compresseur.
4 Aspiration par le compresseur de vapeur sèche.
5 Grande vitesse de circulation de la saumure au contact des parois des tubes vaporisateurs.
6 Augmentation de la surface réfrigérante par la disposition des chicanes du circuit de la saumure.
7 Alimentation en liquide frigorigène au moyen d'un robinet flotteur.
8 Faibles pertes de charge de la saumure dans le corps tubulaire.
9 Très faible encombrement, d'où faibles pertes de froid par les parois isolées, la saumure étant en contact avec la virole du corps tubulaire.
10 Rendement très élevé permettant le rapprochement des températures d'évaporation du liquide frigorigène de la température de la saumure, ce qui augmente le rendement des installations frigorifiques fonctionnant par la saumure.
Dans le cas où on devra constituer une réserve de froid en dehors du lieu d'utilisation, il suffira d'installer auprès de 11-évaporateur ou à proximité du lieu d'utilisation un réservoir dans lequel s'effectuera l'accumulation de saumure refroidie.
Pour réduire les frais d'usinage, on peut percer en même temps toutes les chicanes ainsi que les fonds du corps cylindrique.
Le tube central formant retour pour les courants du faisceau tubulaire peut être remplacé par plusieurs tubes 25, ainsi que le montre la figure 5.
Il va sans dire que la forme constructive décrite
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etreprésentée n'a été donnée qu'à titre d'exemple seulement et qu'elle peut varier dans ses détails sans sortir pour cela du cadre de l'invention.
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IMPORT PATENT vertical vaporizer with accelerated circulation for the production of cold. Georges T R É P A U D
Evaporators currently used in devices for the production of cold are of different types depending on the amount of frigories to be generated.
For small powers, the brine coolant is made up of a bundle of double concentric tubes, arranged horizontally; brine circulating in the central tubes while the refrigerant, ammonia for example, passes through the annular space reserved between the walls of the concentric tubes.
For power devices, either devices comprising a brine tank or devices provided with a cylindrical condenser are used. In the first case,
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an evaporator coil placed horizontally and which is immersed in the brine contained in the tank is placed in a tank; the circulation of the brine along the walls of the coil is most often obtained by means of a propeller actuated by a suitable device located outside the tank.
In cylindrical refrigerant apparatus, the evaporator part is constituted by a horizontal tubular bundle, arranged in a cylindrical tank; plates located at a certain distance from the bottoms of this sheet are joined by tubes and by means of baffle walls, arranged in each end chamber, increase the exchange coefficient between the two fluids. The brine is circulated in the tubes, while the refrigerant circulates around the tubes in the surrounding tank. The results obtained with these two types of apparatus are not always satisfactory.
The evaporator apparatus object of the present invention being arranged vertically, the circulation of fluids operates much more freely than in horizontal apparatuses and in a more active manner, hence. much faster temperature exchange.
This device is essentially constituted by a vertical tubular body, surmounted by a vapor dome and provided at its lower part with a liquid collector. The cylindrical body is connected to the brine circuit by the usual devices and the tube bundle with the refrigerant compressor or with any other machine or vapor suction device.
One of the essential characteristics of the invention resides, moreover, in that the tube bundle is combined with a partitioning arranged in the tubular body containing it so that the fluid circulating in this space undergoes a helical movement along the tubes. .
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In the accompanying drawing by way of example only:
The fig.l shows a vertical section of an evaporator constructed according to the invention.
Fig.2 is a horizontal section of the tube bundle.
Fig. 3 schematically shows the circuit through which the brine travels in the tubular body.
Fig.4 is an elevation and plan view of a baffle.
Fig. 5 is a horizontal section showing an alternative construction.
The accelerated circulation vertical evaporator for the production of cold consists of three parts: a tubular body in which the temperature exchange takes place, a dome that collects the vapors of the refrigerant, ammonia for example, and a collector in which collects the liquid.
The tubular body consists of a vertical shell 1, closed by two plates 2, 3 in which the ends of the tubes 4 of the bundle are expanded. These tubes 4 are of small diameter, in order to increase the contact surface of the fluids. In the central part of the plates 2, 3 is fixed the end of a tube of large diameter 5. The shell 1 is provided at its lower and upper parts with tubes 6, 7 allowing it to be joined to the brine circuit.
The brine circulates around the tubes 4 in the annular spaces between baffles 8.9 and 9.8, etc.
During its passage between two baffles, the brine meets the external surface of the evaporator tubes 4 in contact with which the desired heat exchange occurs. The speed of circulation on the wall of the tubes is accelerated by the baffles.
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The long journey made by the brine around the tubes containing the refrigerant causes it to lose the calories accumulated during use by causing rapid vaporization of the refrigerant.
The opening 10, made in each baffle, is offset with respect to the next by an angle of about 60, so that the brine is driven in a continuous movement comparable to a helical movement around the central tube 5. Figure 3 clearly shows the circuit made by the brine between the baffles. The opening 10, instead of being radial, could be segmental and be diametrically opposed when mounting the baffles in order to give the brine a serpentine movement.
The spacing of the baffles is maintained, on the one hand, by the part 8 ', bent at a right angle (fig.4) and, on the other hand, by means of tubular spacers 11, arranged on the tubes 4; a few spacers are sufficient.
The result obtained with the baffles is substantially as satisfactory as that obtained using an Archimedean screw, with however the advantage of being of simpler construction and consequently less expensive.
The tubular body is surmounted by a dome 12 fixed by a flange 13 and provided internally with a deflector 14, arranged opposite the tube bundle. This deflector consists of two truncated cones joined by their small base; it is intended to stop the boiling liquid and to direct it to the central tube 5 so that it can be taken up by the liquid circuit which circulates in the bundle.
The vapor entrained with the boiling liquid is directed towards the upper part of the dome by passing through baffles; 14a, pierced with holes that dry it completely by stopping the droplets of liquid that it could
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to train. These baffles 14a also serve as spacers to support the suction pipe 15 of the compressor. The steam outlet is provided with a strainer 16 which divides the steam and retains the last liquid particles carried by the steam.
The tubular body is closed at its lower part by a manifold 17 in the central part of which is disposed a separator 18, provided with orifices 19, in communication with a purge pipe 20. This separator is intended to stop l oil entrained by ammonia by accumulating under the separator, thus isolating it from the refrigerant circuit. This oil can be removed very easily through the drain pipe 20.
The refrigerant returns to the tubular body through pipe 21 by means of a float valve automatically adjusting the height of the liquid contained in said tubular body. The manifold 17 is also in communication with the reservoir containing the float valve through pipe 22. Vapors which may occur in the liquid reservoir are discharged to the dome through pipe 23.
On the upper part of the dome is arranged a purge tube 24 allowing the evacuation of the air when the appliance is put on.
It should be noted that in the evaporator described above, the refrigerant circulates in the tube bundle and that the brine passes around the walls of the tubes of said bundle.
This design is the rational solution for brine cooling which is divided into two parts: a brine circuit and a vaporization circuit.
The speed of circulation of the brine, which is a factor in improving the transmission of heat,
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can be fixed at will, starting from the pump output by varying the number of baffles, this speed being higher the more the said baffles are more numerous, however, this speed will be determined taking into account the loss load of brine in the device, which increases in parallel.
At the same circulation speed, the temperature exchange conditions are favorable for the apparatus which is the subject of the invention, since the brine only encounters in its circuit tubes arranged perpendicularly, it is constantly agitated and all its effects. liquid molecules come into contact with the cold walls of the tube bundle, thus uniforming the temperature of the liquid. In addition, the baffles being in contact with the tube bundle increase the heat exchange surface, the latter playing the role of fins.
The vaporization circuit produced above is superior to the circuit of horizontal cylindrical refrigerants in which the boiling is tumultuous. This result is obtained by the vertical arrangement of the tubes favoring the accelerated circulation speed of the boiling ammonia, which considerably increases the temperature exchange,
The vapor produced by the tube bundle is clearly separated from the refrigerant, thus avoiding the risk of dragging liquid particles into the compressor.
The advantages achieved with said device are as follows:
1 A high speed of circulation in the small tubes of the tube bundle.
2 The entire surface of said tubes is wetted by the refrigerant.
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3 Negligible charge of refrigerant in the tube bundle, the effective boiling temperature therefore being substantially the same as the temperature measured at the compressor suction.
4 Dry steam compressor suction.
5 High speed of circulation of the brine in contact with the walls of the vaporizer tubes.
6 Increase of the cooling surface by the arrangement of the baffles of the brine circuit.
7 Refrigerant liquid supply by means of a float valve.
8 Low pressure drops of the brine in the tubular body.
9 Very small footprint, resulting in low loss of cold through the insulated walls, the brine being in contact with the shell of the tubular body.
10 Very high efficiency allowing the temperatures of evaporation of the refrigerant liquid to be brought closer to the temperature of the brine, which increases the efficiency of refrigeration installations operating with brine.
In the event that a cold reserve must be built up outside the place of use, it will suffice to install near the 11-evaporator or near the place of use a tank in which the accumulation of cooled brine will take place. .
To reduce machining costs, all the baffles and the bottoms of the cylindrical body can be drilled at the same time.
The central return tube for the streams of the tube bundle can be replaced by several tubes 25, as shown in Figure 5.
It goes without saying that the constructive form described
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andrepresented has been given by way of example only and that it may vary in its details without thereby departing from the scope of the invention.