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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.