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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Perfectionnements aux appareils frigorifiques à absorption.
Cette invention est relative aux appareils frigo- rifiques à absorption et un des buts de l'invention est de procurer un moyen perfectionné de faire circuler un liquide dans ces appareils.
Suivant la présente invention, un appareil frigori- fique à absorption comprend une conduite pour la circulation de liquide et de gaz, appelée ci-après conduite de balayage, et un dispositif pour produire dans cette conduite un courant de gaz à une vitesse telle qu'une circulation du liquide, à une vitesse notablement inférieure à celle du gaz, soit produite dans la conduite par l'effet de balayage ou d'entraînement du gaz circulant sur le liquide.
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Dans une forme d'exécution de l'invention, l'appareil comprend une conduite montante, faisant office de conduite de balayage, et un dispositif pour produire dans cette conduite un courant de gaz ascendant, à une vitesse telle que le li- quide soit entrafné de bas en haut, dans un état de turbulence, à une vitesse sensiblement inférieure à celle du gaz.
Dans une autre forme d'exécution de l'invention, l'appareil comprend une conduite sensiblement horizontale, faisant office de conduite de balayage, dans laquelle des courants de gaz et de liquide distincts circulent en contact l'un avec l'autre, et un dispositif pour produire dans cette conduite un courant de gaz à une vitesse suffisante pour entrafner le liquide à travers la conduite par l'effet d'entraînement ou de balayage du gaz circulant sur sa surface, même si l'appareil est légèrement incliné de manière à s'op- poser à ce courant.
Il est avantageux que le trajet commun du liquide et du gaz dans la conduite de balayage soit tortueux et comporte deux ou plusieurs étages ou couches sensiblement horizontaux raccordés entre eux par des parties montantes par lesquelles le courant de gaz élève le liquide.
De préférence, le gaz employé est un gaz ayant un poids moléculaire beaucoup plus élevé que celui de l'hydrogène, par exemple l'azote, et soumis à une pression de l'ordre de 20 atmosphères ou davantage, et le courant de gaz est produit par un ventilateur ou une pompe entraînés par moteur.
On a trouvé qu'un liquide peut être entraîné par le courant du gaz de bas en haut à travers la conduite de balayage et être amené en contact intime avec le gaz, tandis que le volume de gaz parcourant la conduite en un temps donné peut être de l'ordre du centuple ou davantage du volume de liquide. L'emploi d'un gaz lourd est avantageux pour assurer
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la puissance de levage nécessaire et il présente l'avantage supplémentaire que pour produire la circulation voulue il suffit d'un ventilateur notablement plus petit.
Toutefois, l'invention n'est point limitée à remploi du gaz pour élever un liquide, étant donné que l'effet de balayage ou d'entraf'nement du gaz circulant sur du liquide peut aussi être utilisé pour faire circuler le liquide dans une conduite horizontale. Il ne faut pas con- fondre cette forme d'exécution de l'invention avec des dis- positions connues dans lesquelles un courant parallèle de liquide et de gaz se produit sous l'effet de la gravité.
.Ainsi, quand la circulation est produite par 'gravité, une légère inclinaison de l'appareil fait cesser la circulation ou amène le liquide à boucher la conduite, tandis que dans un appareil conforme à l'invention la circulation continue en dépit d'une légère inclinaison. Dans des cas où l'action du gaz n'est pas appelée à élever le liquide,'mais sert sim- plement à le faire avancer dans une conduite horizontale, l'invention est particulièrement utile pour des conduites lon- gues et,tortueuses, par exemple quand l'ensemble de l'évapora- teur est contenu dans un rayon situé entre les compartiments supérieur et inférieur d'une armoire frigorifique.
L'invention peut être exécutée de diverses manières et on en décrira à titre d'exemple certaines formes d'exécu- tion spécifiques en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est un schéma d'un appareil frigorifique à absorption continu conforme à l'invention, l'évaporateur étant représenté en perspective et à plus grande échelle,
Fig. 2 est une coupe, à plus grande échelle, faite suivant la ligne 2-2 de la fig.l montrant un détail, Figs. 3 à 5 sont des schémas, analogues à la fig.l,
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d'appareils comportant des évaporateurs d'une autre forme,
Fig. 6 est une vue en perspective d'une autre forme d'exécution d'évaporateur associé à un ventilateur et à un condenseur,
Fig. 7 est un schéma d'un appareil comportant un absorbeur conforme à l'invention, et
Figs.
8 et 9 sont des schémas de deux formes d'exé- cution d'un appareil dont tant l'absorbeur que l'évaporateur ont une construction conforme à l'invention.
Dans le montage représenté sur la fig.l, l'appareil comporte les éléments usuels, savoir un absorbeur A, un bouilleur B, un condenseur C, un analyseur D et un évaporateur E. L'appareil est du type utilisant un gaz égalisateur de pression qu'on fait circuler entre l'évaporateur et l'absor- beur, et à cet effet il est prévu un ventilateur F qui est entraîné par un moteur électrique G hermétiquement clos.
L'appareil est chargé de fluides appropriés; par exemple on emploie l'ammoniac comme fluide frigorigène et l'eau comme solution d'absorption, tandis que comme gaz inerte on emploie de préférence une substance ayant un poids moléculaire notablement supérieur à celui de l'hydrogène, par exemple l'azote, pour les raisons déjà mentionnées.
Pendant le fonctionnement, trois cycles de circu- lation de fluide s'établissent, La solution d'absorption contenue dans le bouilleur B est chauffée par un élément de chauffe approprié tel qu'une cartouche de chauffe électri- que ou un brûleur à gaz, et la vapeur de fluide frigorigène chassée de la solution traverse de bas en haut l'analyseur D en contrecourant par rapport à la solution d'absorption riche se rendant au bouilleur, puis elle parcourt de bas en haut le tuyau 11, dont une partie est garnie d'ailettes pour cons- tituer un rectificateur R, et entre dans la partie supérieure
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du condenseur C qui comporte de préférence des ailettes pour être refroidi par l'air. Ici le fluide frigorigène se liquéfie et le condensat se rend du fond du condenseur dans l'évaporateur par un tuyau 12.
Dans l'évaporateur, qu'on décrira plus en détail ci-après,, le fluide frigorigène condensé s'évapore au sein du gaz inerte égalisateur de pression avec lequel il sort de la partie supérieure de l'évaporateur pour entrer dans le tuyau 13 qui fait partie d'un échangeur de chaleur
14. Par le tuyau 13 le mélange de gaz se rend dans le fond de l'absorbeur A où il circule en contrecourant par rapport à la solution d'absorption qui le débarrase du fluide frigo- rigène. Du dessus de l'absorbeur le gaz inerte est aspiré par le tuyau d'admission 15 du ventilateur F et est débité par le tuyau de refoulement 16 et par l'échangeur de chaleur pour retourner au fond de l'évaporateur et compléter ainsi le cycle.
La solution d'absorption riche en fluide frigori- gène passe du fond de l'absorbeur., par le tuyau 17, dans un réservoir 18 pour la solution d'absorption riche et se rend ensuite par le tuyau 19 et 1'échangeur de chaleur 20 dans l'analyseur D. La solution d'absorption pauvre quitte le fond du bouilleur par un tuyau 21 qui traverse 1'échangeur de chaleur 20. De l'échangeur de chaleur elle passe à la partie supérieure de l'absorbeur par un tuyau vertical 22 constituant une pompe à émulsion. La pompe à émulsion 22 est alimentée de gaz inerte dérivé du tuyau de refoulement 16 du ventila- teur F et débité par un tuyau 23 à un point approprié du tuyau de la pompe à émulsion 22. De cette façon, la solution d'absorption est élevée à la partie supérieure de l'absor- beur et sa circulation est entretenue.
L'évaporateur est représenté en perspective dans la partie supérieure de la fig.l, plus en détail que les autres parties et à une plus grande échelle. La majeure
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partie de l'évaporateur est constituée par une tuyauterie coudée de manière à procurer au fluide un trajet long et tortueux. Cette.tuyauterie est coudée de manière à cons- tituer trois étages ou couches sensiblement horizontaux 25, 26, 27 dont l'étage supérieur 27 débouche dans un tube droit 28 de plus grande section transversale, pourvu d'ai- lettes rectangulaires 29, qui constitue une conduite de refroidissement à ailettes.
Chacun des étages 25 et 26 comporte quatre bran- ches parallèles 30, 31, 32 et 33 dont les branches 30 et 31 et les branches 32 et 33 sont raccordées entre elles à une extra- mité, appelée ci-après extrémité avant pour constituer deux éléments en forme d'U juxtaposés, tandis que les branches extérieures 30 et 33 sont raccordées entre elles par une branche arrière 34. De cette façon, chaque étage comporte une double boucle de tuyaux dont l'entrée et la sortie sont constituées par les extrémités des branches intérieures 31 et 32.
Le gaz inerte quitte l'échangeur de chaleur 14 en un point situé légèrement en-dessous de la partie supérieure de l'évaporateur et descend par une partie 35 de la tuyau- terie, qui est orientée de haut en bas et est raccordée à la branche 31 de l'étage inférieur. Après avoir parcouru cet étage, le gaz inerte passe de la branche 32,par la par- tie montante 36 de la tuyauterie, dans la branche 32 de l'étage médian. Après avoir traversé cet étage, il quitte la branche 31 de cet étage et se rend par la partie montante 37 de la tuyauterie dans l'étage supérieur 27.
L'étage supérieur est analogue aux étages de dessous 26 et 25, excepté qu'il ne comporte pas de branche 32 et que de la branche extérieure 33 le gaz passe par une partie mon- tante 38 de la tuyauterie dans l'extrémité avant de la conduite
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de refroidissement à ailettes 28. L'extrémité arrière de la conduite de refroidissement à ailettes est raccordée au tuyau 13 conduisant le gaz par l'échangeur de chaleur de gaz à la partie inférieure de l'absorbeur. La conduite de refroidissement à ailettes 28 est légèrement inclinée, de sorte que le liquide y coule par gravité et que tout excédent se rend dans le tuyau 13.
On voit ainsi que le gaz inerte suit le trajet tortueux constitué par l'évaporateur, en le parcourant depuis le dessous jusqu'au dessus.
Le tuyau 12 servant à débiter du fluide frigorigène condensé du condenseur à l'évaporateur débouche dans celui-ci en un point situé près de la partie inférieure du tube 35, de manière à introduire le liquide dans le gaz avant que celui-ci traverse l'étage inférieur de l'évaporateur.
Pour empêcher la conduite constituant 1'évaporateur de s'engorger complètement de fluide frigorigène quand l'ap- pareil s'arrête, une conduite de purge 24 part d'un point de l'étage inférieur pour ramener ce liquide au circuit de la solution d'absorption. De préférence, ce tuyau débouche dans le tuyau 19 par lequel la solution d'absorption riche re- tourne du réservoir 18 au bouilleur.
L'appareil est généralement pourvu de dispositifs pour le mettre en marche et l'arrêter automatiquement, selon que le refroidissement est nécessaire ou non. Toutefois, le liquide frigorigène continue à se rendre dans l'évaporateur pendant une courte durée après que l'appareil s'arrête, abstraction faite d'une certaine quantité de liquide qui s'y trouve déjà, et si ce liquide retourne au bouilleur, l'éner- gie requise pour l'engendrer est perdue. En outre, quand l'appareil se remet en marche, un certain temps s'écoule avant qu'un débit de'liquide frigorigène.devienne disponible dans l'évaporateur.
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Par suite,on fait de préférence en sorte qu'une certaine quantité de liquide frigorigène s'emmagasine dans l'évaporateur quand l'appareil s'arrête temporairement, afin qu'immédiatement après que le ventilateur F se remet en marche, le refroidissement commence, cette quantité de liquide frigorigène étant suffisante pour produire le re- froidissement jusqu'à ce que le bouilleur s'échauffe et que le fluide frigorigène condensé soit débité du condenseur à l'évaporateur. A cet effet, la conduite de purge 24 peut être disposée de manière à ne déboucher que dans la partie supérieure du tuyau 32, comme c'est indiqué à plus grande échelle, en coupe, sur la fig. 2.
De cette façon une certaine quantité de liquide reste dans la partie inférieure du tuyau, sur toute l'étendue de la couche inférieure 25, tout en livrant passage au gaz qui parcourt la partie su- périeure du tuyau.
Dans certains cas la conduite de refroidissement à ailettes 28 peut être omise, l'étage supérieur de la tuyauterie, de plus petite section, étant raccordé directe- ment au tuyau 13 de l'échangeur de chaleur à gaz 14. De même, on peut employer d'autres dispositions d'étages de tuyauterie ou d'autres formes d'étages distincts.
Lorsqu'on met l'appareil en marche, le ventilateur F fait circuler le gaz inerte à travers l'évaporateur, et du liquide frigorigène est débité à l'évaporateur par le tuyau 12. On trouve qu'avec une construction appropriée le gaz inerte transporte le liquide frigorigène dans chacun des étages 25, 26 et 27 et de chaque étage, de bas en haut, par les conduites montantes 36, 37 et 38, à l'étage suivant situé plus haut, où à la conduite de refroidissement à ailettes 28, selon le cas considéré. Le liquide se déplace à une vitesse notablement moins élevée que le gaz et le volume de gaz passant
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en un temps donné peut être.plusieurs centaines de fois plus grand que le volume du liquide. Le gaz et le liquide sont amenés en contact intime et il se produit une évaporation du liquide dans le gaz.
De cette façon, non seulement l'invention permet de faire circuler le liquide de bas en haut d'un étage à un autre, ce qui serait évidemment impossible par l'effet de la gravité, mais encore elle assure une circulation sans aléa dans chacun dés étages, ce qui dans certains cas ne se produirait que difficilement sous l'action de la gravité seule.
C'est ainsi que, dans le cas d'un étage de forme assez tortueuse et compliquée, si l'on se fiait à la gravité, l'action pourrait être interrompue par suite de la plus légère inclinaison de l'appareil dans l'un ou l'autre sens, et même si l'appareil était exactement d'aplomb, la profon- deur du liquide devrait être plus grande à l'extrémité d'entrée qu'à l'extrémité de sortie, pour produire la cir- aulation, et le liquide pourrait boucher la conduite quand celle-ci est de faible diamètre.
L'action du courant de gaz inerte sur le liquide frigorigène est supposée avoir un caractère variable. Dans la partie horizontale, le liquide frigorigène peut circuler plus ou moins uniformément sur le fond de la conduite, en contact continu avec le courant de gaz inerte parcourant la partie supérieure de la conduite, le liquide frigorigène étant mû par l'effet de friction du gaz sur le liquide qui peut être légèrement remué par le gaz.
Dans les conduites montantes 36, 37 et 38, il se produit selon toutes les apparences une légère accumulation de liquide frigorigène et le gaz inerte forme des bulles ou se fraye un chemin à travers ce liquide, en emportant des parties de liquide.
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L'effet du gaz inerte varie avec sa densité, sa pression et sa vitesse de circulation dans la conduite de l'évaporateur. En général, un accroissement de l'un ou l'autre ou de plusieurs des facteurs précités a pour effet d'augmenter la puissance de levage du gaz inerte. Toutes autres choses étant égales, la vitesse du gaz inerte varie avec la section transversale effective de son trajet de cir- culation ; un accroissement de la section transversale de ce trajet a pour effet une augmentation de la vitesse du gaz.
Ainsi, on a trouvé'que lorsque le gaz inerte est l'azote, un courant d'azote propulsé fait circuler de bas en haut de l'ammoniaque liquide dans une conduite d'évaporateur constituée de tubes d'environ 12,5 mm. de diamètre intérieur et ayant une hauteur verticale d'environ 25 centimètres, sous une différence de pression de 5 à 10 centimètres d'eau entre les raccords d'entrée et de sortie de la conduite d'évaporateur et avec une pression totale du système com- prise entre 19 et 28 atmosphères. Dans ces conditions, la vitesse du gaz pourrait être de l'ordre de 60 à 90 centi- mètres par seconde, c'est-à-dire notablement plus élevée que celle employée dans les systèmes frigorifiques ordinaires connus du type en question. Les particularités ci-dessus ne sont citées qu'à titre d'exemple et non à titre de limitation.
Il est clair que ces facteurs dépendent les uns des autres et qu'on peut faire varier certains facteurs individuellement, quitte à modifier de manière appropriée les autres facteurs.
La conduite de purge 24 est aménagée à titre de sûreté et en fonctionnement normal il n'y passe pas de liquide.
Toutefois, si pour une raison quelconque le moteur de cir- culation G refuse de démarrer quand le mécanisme de réglage envoie de l'énergie au système, le liquide frigorigène pro- venant du condenseur peut tendre à engorger l'étage inférieur de la tuyauterie de l'évaporateur. Dans ces cas le ventilateur-
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F pourrait, en démarrant, être incapable de refouler le courant de gaz inerte à travers le système et aucun refroi- dissement ne se produirait. Dans certains cas le tuyau de purge 24 peut être omis,.la vitesse du gaz inerte étant suffisante pour lui permettre de balayer dehors le liquide frigorigène non évaporé ou tout autre liquide étranger tel que la solution d'absorption qui pourrait se frayer un passage dans l'évaporateur.
Le liquide contenu dans la conduite d'évaporateur et notamment dans les conduites;montantes 36, 57 et 38 exerce un effet d'étranglement marqué sur le courant de gaz inerte et cet effet d'étranglement est plus sensible aux basses pressions qu'aux hautes pressions. Ceci fournit au système un moyen de réglage automatique en fonction des variations de la température atmosphérique extérieure. Ainsi, quand la température atmosphérique s'élève, le rendement de l'absorbeur diminue et, par suite, la pression de vapeur d'ammoniaque du courant de gaz inerte débité par l'absorbeur diminue. Ceci signifie qu'une quantité donnée de gaz inerte recueille une plus faible quantité de vapeur d'ammoniaque, ce qui diminue la quantité de frigories disponibles.
D'autre part, une élévation de la température atmosphérique provoque un notable accroissement de la pression des fluides dans le système et un accroissement de la densité du gaz inerte.
Lorsque la densité du gaz inerte augmente, le ventilateur de circulation le fait circuler à une vitesse plus élevée.
Par suite, une élévation de la température at- mosphérique a pour effet de diminuer le rendement de l'absorbeur, mais provoque automatiquement la circulation d'une plus grande quantité de gaz inerte dans l'évaporateur, si bien que la capacité de réfrigération est maintenue dans toutes les conditions atmosphériques.
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En fonctionnement normal il n'est débité qu'une quantité de liquide frigorigène suffisante pour produire la quantité de frigories voulue dans l'évaporateur E, mais tout liquide qui peut ne pas être évaporé est emporté par la con- duite 13 vers le fond de l'absorbeur A où il se joint à la solution d'absorption concentrée.
La forme d'exécution de l'évaporateur représenté sur la fig.l est simple à fabriquer, étant donné que, comme le montre la fig.l, la conduite 35 et la conduite d'évaporateur comprenant les étages 25,26 et 27 et les éléments de conduite montants 36, 37 et 38 peuvent être faits d'un seul tuyau par une série d'opérations de cintrage. Des plateaux laté- raux et des rayons peuvent être attachés aux étages de la tuyauterie afin de recevoir des baquets pour la fabrication de glace et pour des fins analogues.
Au fur et à mesure que le gaz parcourt l'évaporateur de bas en haut et se charge progressivement de fluide fri- gorigène, l'intensité du refroidissement diminue et la tempé- rature s'élève. De cette façon, tandis qu'une température très basse convenant pour la formation de blocs de glace peut régner dans le fond de l'évaporateur, la température de la conduite de refroidissement à ailettes peut être au- dessus du point de congélation, de manière à diminuer ou empêcher la formation de givre.
L'appareil représenté sur la fig. 3 est dans ses grandes lignes analogue à celui représenté sur la fig.l et les éléments qui sont les mêmes dans les deux appareils ne seront pas décrits à nouveau. En outre, la forme générale de l'évaporateur est analogue à celle de la fig.l à cette exception près que l'étage inférieur 25 de la tuyauterie est remplacé par un étage 39 de tuyauterie de plus grande section , transversale. La forme de cet étage est la même que celle de
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l'étage 25., et il comprend comme l'autre,quatre branches parallèles 40, 41,, 42 et 43 raccordées entre elles pour former une double boucle.
L'autre différence entre l'évapora- teur de la fig.3 et celui de la fig.l consiste en ce que le tuyau 12 partant du condenseur débouche non plus dans le tuyau d'entrée 35 de l'évaporateur, mais dans le tuyau éléva- teur 36 situé entre l'étage inférieur et l'étage médian. En raison de la plus grande section transversale de l'étage inférieur 38 du tuyau, la vitesse du gaz dans cet étage est réduite et le liquide frigorigène peut y circuler en contre- courant par rapport au gaz.
De cette façon le liquide frigorigène arrivant du tuyau 12 se divise, une partie du liquide descendant dans l'étage inférieur en contrecourant par rapport au gaz inerte et l'autre partie étant entraînée de bas en haut par le gaz, à travers l'étage médian 26 et l'étage supérieur 27, dans la conduite de refroidissement à ailettes 28. La partie montante 36 du tuyau, située entre les étages médian et inférieur, est prolongée de haut en bas dans le tuyau de plus grans diamètre 42 de l'étage inférieur, suffisamment loin pour permettre au gaz inerte de supporter une colonne liquide dans la partie montante, de manière à assurer que le fluide frigorigène se divise dans les proportions appropriées.
Comme dans le montage de la fig.l, il peut être prévu un tuyau de purge 24 pour l'étage inférieur ou, comme alternative, la circulation de gaz peut suffire à évacuer de l'évaporateur tout liquide frigorigène ou liquide étranger et l'entraîner dans la conduite de refroidissement à ailettes 28 d'où il peut retourner à l'absorbeur.
La forme d'exécution de l'évaporateur représenté sur la fig. 3 convient pour être employée dans des cas où l'action du gaz inerte ne peut commodément être rendue
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suffisante pour élever le fluide frigorigène de la hauteur en- tière, du fond au sommet de l'évaporateur. Dans un tel cas la partie inférieure de l'évaporateur est située en-dessous du niveau du condenseur et le liquide y circule de haut en bas par gravité, tandis que la partie supérieure de l'évaporateur est alimentée de liquide entrafné à travers cette partie de bas en haut par le gaz.
L'appareil représenté sur la fig. 4 et la forme générale de l'évaporateur sont analogues à ceux représentés sur la fig.l et les éléments qui sont les mêmes sur les deux figures ne seront pas décrits à nouveau. Comme sur la fig.l, les trois étages 25, 26 et 27 ont tous la même section trans- versale, mais dans ce cas le tuyau 12 partant du fond du conden- seur débouche dans la branche arrière 34 de l'étage médian 26.
En outre,un tuyau de retour 45 va de haut en bas depuis l'extré- mité de sortie de la conduite de refroidissement à ailettes 28 jusqu'en-dessous de l'étage inférieur où on peut former un joint hydraulique, puis remonte à l'extrémité d'entrée de l'étage médian 26. Un tuyau d'embranchement 46 en forme d'U raccorde la partie inférieure du tuyau de retour 45 au tuyau d'entrée 35 de l'étage inférieur.
En fonctionnement normal le tuyau de retour 45 et le tuyau d'embranchement 46 en forme d'U sont tous deux obstrués par du liquide, de sorte qu'il n'y circule pas de gaz. Le liquide frigorigène est débité du condenseur, par le tuyau 12, dans l'étage médian 26 sensiblement en son milieu, et ce liquide est entraîné à travers la moitié de cet étage et l'étage supé- rieur 27 dans la conduite de refroidissement à ailettes 28.
Le liquide qui atteint l'extrémité de sortie de la conduite de refroidissement à ailettes 28, descend par le tuyau de retour 45, et comme la sortie du tuyau d'embranchement 46, débouchant dans l'entrée 35 de l'étage inférieur, est située plus bas que la
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sortie du tuyau de retour 45, débouchant dans l'étage médian, ce liquide frigorigène entre dans le tuyau d'entrée 35 et est entraîné à travers l'étage inférieur.
Lorsque l'appareil se met en marche aprèsque l'éva- porateur est devenu chaud, le tuyau de retour 45 et le tuyau d'embranchement en U 46 constituent une dérivation de gaz ser- vant à dériver une certaine quantité de gaz inerte qui autre- ment passerait à l'évaporateur. En raison de cette division du courant de gaz inerte en deux parties, la vitesse du gaz dans l'évaporateur est relativement faible et, par conséquent, le liquide frigorigène débité dans la branche arrière 34 de l'étage médian peut circuler dans les deux sens, une partie du liquide circulant en contrecourant par rapport au gaz jusqu'à ce qu'elle atteigne l'extrémité du tuyau de retour 45.
Le liquide afflue dans ce tuyau jusqu'à ce qu'il déborde dans le tuyau d'embranchement en U et, par delà celui-ci, dans l'étage inférieur de l'évaporateur.
Aussitôt que le liquide remplit le tuyau d'embranche- ment en U, il constitue un joint hydraulique fermant la dériva- tion pour le gaz inerte et obligeant le gaz à circuler à pleine vitesse à travers l'évaporateur. Le gaz tend alors à évaporer le liquide frigorigène dans l'étage inférieur de l'évaporateur et ensuite dans les étages suivants plus élevés, et emporte de bas en haut le liquide, débité par le tuyau 12, dans l'étage médian, dans l'étage supérieur et dans la conduite de refroidissement à ailettes 28. Pour assurer que tout liquide frigorigène soit évacué de cette conduite, elle peut être légè- rememt inclinée vers l'extrémité à laquelle est raccordé le tuyau de retour 45.
Dans le fonctionnement de cette forme d'exécution de l'évaporateur il a été observé que celui-ci se recouvre de givre uniformément sur toute son étendue, y compris la partie
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en forme d'U constituée par les branches 32 et 33 de l'étage médian et située entre les points de raccordement de cet étage avec le tuyau 12 partant du condenseur G et avec le tuyau de retour 45, encore que le fonctionnement exact de la réfrigération dans cette partie en forme d'U ne soit pas connu de manière certaine.
Si on le désire, un petit barrage 47 peut être disposé dans la branche 32 de l'étage 26 près du point de raccordement de cette branche avec une des extrémités du tuyau de retour 45. Ce barrage a pour effet d'accumuler une certaine quantité de liquide frigorigène quand l'appareil se met en marche et il sert aussi à accumuler du liquide contenu dans l'évaporateur et du liquide débité par le tuyau 12 après que le moteur G s'arrête. Sans ce barrage, le liquide descendrait dans l'étage inférieur 25 et quitterait celle-ci par le tuyau de purge 24.
Quand le mécanisme de réglage réenclenche l'élément de chauffe du bouilleur B et le moteur G du ventilateur F, cette quantité de liquide frigorigène accumulé s'évapore et produit ainsi un refroidissement pendant l'intervalle de temps compris entre l'actionnement du mécanisme de réglage et le moment où le système bouilleur-condenseur entre en plein fonctionnement.
Il est à observer que le liquide frigorigène est débité d'abord à l'étage médian 26 et que le gaz inerte pauvre est débité à l'étage inférieur 25. Ces deux étages fonction- nent en fait à de très basses températures. D'autre part, au moment où il atteint l'étage supérieur 27, le courant de gaz inerte est riche en fluide frigorigène en raison de re- froidissement qui s'est produit dans les étages plus bas 25 et 26. Par suite, l'évaporation se produit dans l'étage supérieur à une température plus élevée que dans les étages plus bas 25 et 26. La pression de vapeur y croft encore
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davantage, de sorte que l'évaporation qui se produit dans la conduite à ailettes 28 a lieu à une température encore plus élevée.
Il faut noter que seulement une fraction du liquide frigorigène atteint chaque fois l'étage inférieur 25. Le liquide qui atteint cet étage 25 s'évapore habituellement avant d'atteindre le tuyau de purge 24 qui, comme déjà in- diqué, est raccordé près de son extrémité de sortie. Tout liquide étranger, comme la solution d'absorption, ou tout excédent de liquide frigorigène atteint toutefois le tuyau de purge 24 et est évacué, comme d'ailleurs aussi tout li- quide frigorigène restant non évaporé dans l'étage inférieur
25, quand on ouvre le commutateur de l'appareil.
Le fait que seulement une fraction du liquide fri- gorigène atteint l'étage inférieur 25 aide aussi à régler les gammes de température dans les différents étages, étant donné que le gaz très pauvre entrant dans l'étage inférieur 25 n'est habituellement débité qu'avec la quantité de fluide frigori- gène requise pour produire le degré de refroidissement voulu, empêchant ainsi la. production de températures exagérément basses dans cet étage. Le gaz inerte atteignant l'étage médian
26 est suffisamment riche en vapeur frigorigène pour empêcher l'évaporation d'une trop grande quantité de liquide frigo- rigène débité à. cet étage. Par suite, dans cette forme d'exécution de l'évaporateur, la différence de température entre les étages 25, 26 est très faible.
Les formes d'exécution de l'évaporateur représentées sur les figs. 3 et 4 présentent toutes deux l'avantage de permettre de réduire au minimum la longueur de la conduite
12 dans les cas où il est utile que l'évaporateur soit pro- longé à une notable profondeur en-dessous du condenseur.
Les figs. 5 et 6 montrent des dispositions dans lesquelles le liquide ne s'élève pas sous l'action du gaz \
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dans l'évaporateur, mais est simplement propulsé à travers une conduite d'égal niveau et circule dans ses grandes lignes de haut en bas.
Sur la fig. 5, la disposition générale est la même que celle représentée sur les figures précédentes et on ne la décrira pas davantage. Toutefois, dans ce cas le condenseur est situé entièrement au-dessus de l'évaporateur et alimente par gravité la conduite de refroidissement à ailettes 28 qui est inclinée de manière à produire la circulation de liquide voulue sous l'effet de la gravité. En-dessous de la conduite de refroidissement à ailettes est situé un tuyau tortueux comprenant quatre parties horizontales ou étages 48, 49, 50 et 51 raccordés entre eux par des parties montantes 52, 53 et 54 et raccordés à la conduite de refroidissement à ailettes par la partie montante 55.
Le tuyau 35 partant de l'échangeur de chaleur de gaz mène à l'étage horizontal 48 de plus bas niveau, tandis que la sortie de la conduite de refroidissement à ailettes 28 est raccordée au tuyau 13 de l'échangeur de chaleur. De cette façon, le gaz est entrarné généralement de bas en haut à travers l'évaporateur et traverse tour à tour les étages horizontaux. Près de l'extrémité de sortie de gaz de chaque étage est aménagé un tuyau de raccordement en forme de J pour livrer passage au liquide vers les couches situées en-dessous. Ainsi, le liquide provenant de l'extrémité droite de la conduite de refroidissement à ailettes se rend par un de ces tuyaux de raccordement 56 dans l'étage supérieur 51 à travers lequel il est entraîné de droite à gauche.
A l'extrémité gauche de cet étage, il se rend de haut en bas, par un tuyau de raccordement 58 en forme de J, dans l'étage
50 où il est balayé de gauche à droite pour passer par le tuyau 56 en forme de J dans l'étage 49. Dans celui-ci, à nouveau, il est balayé par le gaz de droiteà gauche et se
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rend par un tuyau de raccordement 58 en forme de J dans l'étage inférieur 48 où il est balayé de gauche à droite, et tout liquide atteignant l'extrémité droite de l'étage infé- rieur est évacué par le tuyau de purge 24.
Dans chacun des tuyaux de raccordement en forme de J il se forme un joint hydraulique, et près de l'extrémité inférieure de chacun d'eux il est prévu, dans la conduite de balayage, un barrage 57 empêchant le liquide de descendre directement dans l'étage. situé en-dessous.
La disposition représentée sur la fig. 6 est dans , ses grandes lignes analogue à celle représentée sur la fig.5, excepté que l'évaporateur est représenté comme ayant deux étages coudés chacun en forme d'U, et que le liquide arrivant du condenseur est débité au plus haut de ces étages et monte à la conduite de refroidissement à ailettes sous l'action d'une pompe à émulsion. L'étage inférieur 59 et l'étage supérieur -60 de la conduite de balayage sont représentés comme comprenant chacun deux branches latérales 30 et 33 et une branche arrière 34.
Ils communiquent entre eux par une partie montante 61, tandis que l'étage supérieur com- munique avec la conduite de refroidissement à ailettes par une partie montante 62 en forme de L.,Le tuyau 12 partant du condenseur débouche dans la branche arrière 34 de l'étage supérieur où débouche également une des extré- mités 65 d'un tuyau 64 en forme de J, faisant office de pompe à émulsion allant à l'extrémité supérieure de la conduite de refroidissement à ailettes 28. La pompe à émulsion est alimentée par un tuyau 66 communiquant avec le tuyau de refoulement 16 du ventilateur.
De cette façon, lorsque du liquide frigorigène est débité par le tuyau 12, une certaine partie en est abalayée à travers la branche 33 de l'étage supérieur, tandis que le restant est élevé par la pompe à
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émulsion dans la conduite de refroidissement à ailettes 28.
L'extrémité inférieure de cette conduite est raccordée par un tuyau 67, faisant en fait office de tuyau de raccordement en forme de J, à l'extrémité de l'étage supérieur, près du tuyau montant 61, de manière à débiter du liquide frigorigène dans l'extrémité d'entrée de gaz de cet étage. Le liquide attei- gnant l'extrémité de sortie de cet étage se rend par le tuyau de raccordement 68 en forme de J dans l'étage inférieur à travers lequel il est balayé par le gaz vers l'extrémité de sortie où tout liquide restant passe à l'extérieur par le tuyau 24.
Dans les dispositions des figs. 5 et 6, comme déjà mentionné ci-dessus, le liquide n'est pas élevé par l'action de balayage ou d'entraînement du gaz inerte circulant sur le liquide, mais il est simplement balayé à travers une conduite d'égal niveau. Une pareille disposition peut être particuliè- rement utile quand la conduite d'égal niveau est anormalement longue et tortueuse, et il faut observer qu'au lieu de la disposition relativement simple représentée sur les figs. 5 et 6, chaque étage pourrait comporter une double boucle tubu- laire comme sur les figs. 1 à 4 ou même avoir une forme plus longue, compliquée et tortueuse. Dans certains cas l'évapora- teur peut être aménagé dans un rayon séparant entre eux des compartiments supérieur. et inférieur d'une armoire frigo- rifique.
Dans ce cas il est généralement avantageux d'em- ployer un serpentin évaporateur horizontal qui est si long et tortueux qu'il ne serait guère possible de compter sur la gravité pour y produire une circulation de liquide adéquate.
Grâce à la présente invention, on peut faire circuler le liquide efficacement dans un tel serpentin sous l'effet de balayage ou d'entraînement du gaz inerte circulant sur le liquide, et l'évaporateur continue à fonctionner de manière
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satisfaisante même quand on l'incline de quelques degrés sur l'horizontale.
Les figs. 7, 8 et 9 montrent des dispositions dans lesquelles l'invention.est appliquée à l'absorbeur. L'appareil comporte les mêmes éléments principaux que dans les disposi- tions déjà décrites.
Dans la disposition représentée sur la fig. 7, la solution d'absorption riche provenant de l'absorbeur 1 passe à travers un échangeur de chaleur 69 et un tuyau 70 dans l'analyseur D. Depuis le bouilleur la solution d'absorption pauvre circule dans un tuyau 71 qui traverse l'échangeur de chaleur 69 et qui peut aussi comporter des ailettes de re- froidissement aérées 72, puis la solution d'absorption entre dans un réservoir de solution d'absorption pauvre 73.
Du réservoir 73 la solution est entraînée de bas en haut à travers l'absorbeur A conformément au principe de l'invention. A cet effet, le tuyau de refoulement 74'-du venti- lateur F se termine par une tuyère courbe 75 disposée en- dessous du niveau de liquide normal dans le réservoir 73 et faisant saillie dans l'extrémité inférieure d'une conduite d'absorbeur 76. Le ventilateur débite un courant de gaz inerte à vitesse élevée par la tuyère 75 et ce gaz entraîne de bas en haut la solution d'absorption pauvre à travers la conduite d'absorbeur 76 jusque son extrémité supérieure.
En cet endroit le gaz se sépare du liquide et s'élève par un tuyau 77 menant à un échangeur de chaleur 78 d'où il passe dans 1'-extrémité inférieure de l'évaporateur. Entretemps le liquide descend par un tuyau 79 dans l'échangeur de chaleur de liquide 69 et par delà celui-ci, retourne à l'analyseur et au bouilleur..Le gaz inerte sortant de l'évaporateur retourne au ventilateur F par un tuyau 80.
Dans la disposition représentée sur la fig.7, l'éva- porateur ne constitue pas une forme d'exécution de l'invention,
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mais pour permettre d'employer une disposition dans laquelle le fond du condenseur est situé plus bas que le sommet de l'évaporateur, il est prévu une pompe à émulsion. Par exemple, un tuyau 81 raccordé au tuyau de refoulement 74 du ventilateur mène au tuyau montant 82 reliant le fond du condenseur au sommet de l'évaporateur. De cette façon on dérive du gaz qui sert à élever du liquide frigorigène du fond du conden- seur au sommet de l'évaporateur.
Le tuyau 81 est coudé de manière à avoir une partie 84 en forme d'U renversé, comme indiqué, afin d'empêcher le liquide frigorigène de retour- ner dans le circuit de la solution d'absorption et d'être soufflé dans l'absorbeur, et le tuyau 82 est coudé de manière à constituer un joint hydraulique en vue d'empêcher le gaz inerte de passer dans le condenseur. Un raccord égalisateur de pression ou évent 83 est disposé entre une partie du condenseur et le point le plus élevé du tuyau 81 pour évacuer du condenseur tout gaz inerte. Un tuyau de purge 86 mène de la partie inférieure du condenseur à une partie du circuit de liquide d'absorption oà la solution est riche, de manière à empêcher que le niveau de liquide dans le condenseur s'élève au-dessus du point le plus haut du tuyau 81.
La solution d'absorption pauvre contenue dans le réservoir 73 est entraînée de bas en haut à travers la con- duite d'absorbeur 76 sous l'action du gaz inerte parcourant la conduite, la solution circulant dans le même sens que le gaz, mais à une vitesse moins élevée. La solution pauvre subit une très forte agitation et a souvent la forme de particules relativement fines qui sont projetées par reprises les unes contre les autres et contre la paroi de la conduite d'absorbeur 76.
Si on le désire, un petit orifice de réglage 86 peut être ménagé dans l'extrémité inférieure de la conduite
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d'absorbeur 76 près de la tuyère 32 pour régler l'allure de circulation du fluide égalisateur de pression et du liquide d'absorption dans la conduite d'absorbeur 76.
La fig. 8 montre une disposition dans laquelle tant l'évaporateur que l'absorbeur constituent des formes d'exécution de l'invention. L'évaporateur comporte un tuyau tortueux représenté schématiquement en 87, dans l'extrémité inférieure duquel le tuyau 12 débite du liquide frigorigène du condenseur. Un petit barrage 88 est représenté à l'extré- mité inférieure de l'évaporateur et il sert à empêcher le liquide de s'échapper en fonctionnement normal et à en accu- muler une certaine quantité quand l'appareil est arrêté.
Le ventilateur débite le gaz inerte par un tuyau 89 dans l'extré- mité inférieure de l'évaporateur d'où il entraîne le liquide de bas en haut dans la conduite de refroidissement à ailettes 28 pour parcourir ensuite le tuyau 90 qui est en relation d'échange thermique avec le tuyau 89. En pratique, l'évapora- teur peut être le même que celui représenté sur la fig.l, 3 ou 4.
Le tuyau 90 débouche dans l'extrémité inférieure d'une des sections de l'absorbeur, constituée par un tuyau tortueux à ailettes 91, de section transversale relativement importante, dans lequel le gaz circule en contrecourant par rapport à la solution d'absorption. De l'extrémité supérieure de cette section le gaz descend par un tuyau 93, qui peut être garni d'ailettes de refroidissement, dans un réservoir de solution d'absorption 73 par lequel il se rend dans l'extrémité inférieure d'une autre section de l'absorbeur constituée par un tuyau tortueux 92 de section transversale relativement petite.
La solution d'absorption pauvre quittant le bouilleur est débitée par le tuyau 72 dans le réservoir 73. Le gaz parcourant ce réservoir emporte le liquide dans la conduite
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d'absorbeur 92 où la circulation de gaz amène le liquide à se rendre de bas en haut à l'extrémité supérieure de l'absorbeur, conformément au principe de l'invention. A l'extrémité supérieure de l'absorbeur le gaz est aspiré par le ventilateur F et débité par le tuyau 89 dans l'évaporateur, comme déjà spécifié. Le liquide se sépare du gaz dans une chambre séparatrice de gaz 95 adjacente au ventilateur, de laquelle il passe par un tuyau 96 dans la partie ou section
91 de l'absorbeur, où il descend en contrecourant par rapport au gaz, comme déjà spécifié.
Du fond de la section 91 de l'absorbeur le liquide retourne à l'analyseur par un tuyau
94 qui est en relation d'échange thermique avec le tuyau 72.
La section 92 de l'absorbeur fait office d'absor- beur préalable et de pré-refroidisseur pour la solution en raison du très grand rapport de sa surface d'élimination de chaleur à la quantité de chaleur à dissiper. La section
91 de l'absorbeur porte le conduit d'absorption principal et fonctionne à une température plus élevée que la section 92.
La fig. 9 montre un absorbeur à deux sections dis- posé un peu autrement dans un appareil qui sous d'autres rapports est analogue à celui de la fig. 6. Dans ce cas le gaz inerte riche quittant le sommet de l'évaporateur par le tuyau 90 se rend directement dans le réservoir de solution pauvre 73 auquel la solution pauvre est débitée du bouilleur comme sur la fig. 6 par un tuyau 72. Ce tuyau peut être garni d'ailettes 97 refroidies par l'air. Du réservoir de solution pauvre, le liquide est emporté par le courant de gaz de bas en haut à travers une section 98 de l'absorbeur, cons- tituée par un tuyau coudé sinueusement, et entre dans une chambre séparatrice de gaz 99.
De cette chambre le gaz descend par un tuyau 100 dans l'extrémité inférieure d'une deuxième section 101. de l'absorbeur, constituée par un tuyau coudé
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sinueusement et ayant une plus grande section transversale.
De l'extrémité supérieure de cette section de l'absorbeur le gaz est aspiré par un tuyau 103 dans l'entrée du ventilateur qui le débite par le tuyau'89 dans l'évaporateur, comme sur la fig. 8.
Le liquide quittant la chambre séparatrice de gaz 99 se rend par un tuyau 102 dans l'extrémité supérieure de la section 101 de l'absorbeur, à travers laquelle il descend en contrecourant par rapport au gaz jusqu'au fond où il entre dans un tuyau 94 retournant à l'analyseur et au bouilleur.
La section 98 de l'absorbeur fait office d'absor- beur à température élevée, et du fait que la solution d'absorption pauvre provenant du bouilleur s'y mélange inti- mement au gaz inerte riche provenant de l'évaporateur, une notable partie de l'absorption a lieu dans cette section, qui est construite pour rejeter une importante proportion de la chaleur d'absorption. De cette façon, le procédé d'absorption peut s'effectuer complètement à une température relativement peu élevée dans la deuxième section 101 de l'absorbeur dans laquelle le gaz et le liquide circulent en contrecourant.
Sur les deux figs. 8 et 9 le réservoir de solution pauvre 73 est aménagé pour retenir une masse de solution d'absorption peu profonde et à grande surface, en vue d'em- pêcher que de légères fluctuations du niveau de la solution dans-le système bouilleur analyseur fassent descendre le niveau de la solution en-dessous de l'extrémité inférieure de la conduite d'absorbeur et arrêtent ainsi la circulation de la solution d'absorption et l'absorption de la vapeur frigorigène. En outre.. chaque réservoir 73 comporte une partie effilée 104 pour assurer qu'il y ait à tout moment de la solution d'absorption dans une région de vitesse de
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gaz relativement élevée, indépendamment des faibles fluctu- ations de niveau.
Grâce à la construction, à la disposition et à la capacité du réservoir 73, des conditions anormales passagères du système, influant sur le niveau dans le bouilleur, n'exercent que peu ou pas d'effet sur le niveau de liquide dans le réservoir, et par conséquent l'allure de circulation de la solution d'absorption est sensiblement constante et n'est influencée que par la vitesse du ventilateur et par la pression régnant dans le système.
Dans la conduite d'absorbeur de la fig. 7 et dans les conduites d'absorbeur constituant les sections 92 et 98 de l'absorbeur des figs. 8 et 9, l'action du courant de gaz inerte est, comme on l'a déjà spécifié notamment à propos de la conduite d'évaporateur de la fig.l, une fonction de la densité, de la pression et de la vitesse de circulation dans la conduite. Ainsi, quand le gaz inerte est l'azote, on a constaté qu'un courant d'azote propulsé fait circuler le liquide de bas en haut dans une conduite d'absorbeur ayant un diamètre intérieur d'environ 12,7 mm.,sous une différence de pression comprise entre 5 et 10 centimètres d'eau entre les raccords d'entrée et de sortie de la conduite d'absorbeur, et avec une pression totale du système comprise entre 19 et
28 atmosphères.
Dans les conditions qui viennent d'être citées il a été trouvé que le liquide circule en contrecourant par rapport au courant d'azote dans une conduite telle que la section d'absorbeur à contrecourant 91 de la fig.8 et dans la section 101 de la fig. 9 si la conduite dont est constituée cette section d'absorbeur a un diamètre intérieur d'environ
25 mm. ou davantage. C'est pourquoi, comme on l'a déjà indiqué, la conduite constituant les sections d'absorbeur à contrecourant 91 (fig. 8) et 101 (fig. 9) a une plus grande section transversale que la conduite d'absorbeur constituant les sections d'absorbeur 92 (fig.8) et 98 (fig.9).
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Il n'est pas nécessaire que la conduite dans laquelle le liquide est entraîné de bas en haut par le gaz soit de section transversale constante sur toute sa longueur. La conduite peut avoir une section transversale variable et peut, en certains endroits, avoir une si grande section transversale que la circulation de gaz n'exerce que peu ou pas d'effet sur le liquide. Le liquide peut traverser ces endroits par gravité ou sous l'effet de la force vive qui lui a été imprimée dans la partie précédente de la conduite, dont la section transversale est suffisamment faible pour obliger la circulation de gaz à agir sur le liquide de manière à lui imprimer le mouvement.
Sur les dessins annexés le liquide est représenté comme étant entraîné de bas en haut par la circulation de gaz dans un absorbeur ou dans un évaporateur, ou dans les deux, mais dans certains cas l'effet produit par le gaz sur le liquide pourrait revenir simplement à déplacer le liquide d'un endroit de l'appareil vers un autre, notamment pour l'élever depuis un endroit de l'appareil jusqu'en un endroit plus élevé.
Il est à noter que l'invention n'est pas limitée à la construction et à la disposition particulières décrites à titre d'exemple, ni aux fluides spécialement indiqués pour y être employés; par exemple, la vapeur d'un second fluide frigorigène, comme le propane, peut être employée comme fluide égalisateur de pression et propulseur de fluide fri- gorigène, ou l'hydrogène peut être employé comme gaz inerte, encore qu'il faudrait alors une vitesse ou unepression notablement plus élevée pour exercer le même effet d'en- traînement sur le liquide.
D'autre part, l'un ou l'autre des évaporateurs balayés de gaz, représentés sur les figs. 1 à 6, peuvent
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être employés en combinaison avec l'un ou l'autre des absor- beurs balayés de gaz, représentés sur les figs. 7 à 9.
REVENDICATIONS
1.- Appareil frigorifique à absorption, comportant une conduite pour la circulation de liquide et de gaz, dite conduite de balayage, et un dispositif pour produire dans cette conduite une circulation du gaz à une vitesse telle qu'une circulation du liquide, à une vitesse inférieure à celle du gaz, soit produite dans la conduite par l'effet de balayage ou d'entraînement du gaz circulant sur le liquide.
2. - Appareil frigorifique à absorption, comportant une conduite montante pour la circulation de liquide et de gaz, dite conduite de balayage, et un dispositif pour produire dans cette conduite un courant de gaz ascendant, à une vitesse telle que le liquide soit entraîné de bas en haut, dans un état de turbulence, à une vitesse sensiblement inférieure à celle du gaz.
3.- Appareil frigorifique à absorption, comportant une conduite sensiblement horizontale, dite conduite de balayage, dans laquelle des courants de gaz et de liquide distincts circulent en contact l'un avec l'autre, et un dispositif pour produire dans cette conduite un courant de gaz à une vitesse suffisante pour entrafner le liquide à travers la conduite par l'effet d'entraînement ou de balayage du gaz circulant sur sa surface, même si l'appareil est légèrement incliné de manière à s'opposer à ce courant.
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DESCRIPTIVE MEMORY
SUBMITTED IN SUPPORT OF A REQUEST
OF INVENTION PATENT Improvements to absorption refrigeration devices.
This invention relates to absorption refrigeration appliances and one of the objects of the invention is to provide an improved means of circulating a liquid in these appliances.
According to the present invention, an absorption refrigeration apparatus comprises a pipe for the circulation of liquid and gas, hereinafter referred to as a purge pipe, and a device for producing in this pipe a stream of gas at a speed such that a circulation of the liquid, at a speed notably lower than that of the gas, is produced in the pipe by the effect of sweeping or entrainment of the gas circulating on the liquid.
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In one embodiment of the invention, the apparatus comprises a riser pipe, acting as a scavenging pipe, and a device for producing in this pipe an ascending stream of gas, at a rate such that the liquid is entrafed from bottom to top, in a state of turbulence, at a speed appreciably slower than that of the gas.
In another embodiment of the invention, the apparatus comprises a substantially horizontal pipe, acting as a scavenging pipe, in which separate gas and liquid streams circulate in contact with one another, and a device for producing in this pipe a stream of gas at a speed sufficient to entrain the liquid through the pipe by the effect of driving or sweeping the gas flowing on its surface, even if the apparatus is slightly inclined so to oppose this current.
It is advantageous that the common path of the liquid and the gas in the scavenging line is tortuous and has two or more substantially horizontal stages or layers connected to each other by rising parts through which the gas stream raises the liquid.
Preferably, the gas employed is a gas having a much higher molecular weight than that of hydrogen, for example nitrogen, and subjected to a pressure of the order of 20 atmospheres or more, and the gas stream is produced by a motor driven fan or pump.
It has been found that a liquid can be entrained by the gas flow from the bottom upward through the purge line and come into intimate contact with the gas, while the volume of gas flowing through the line in a given time can be. of the order of a hundredfold or more of the volume of liquid. The use of a heavy gas is advantageous to ensure
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lifting power and has the added advantage that a significantly smaller fan is sufficient to produce the desired circulation.
However, the invention is not limited to the re-use of gas to raise a liquid, given that the effect of sweeping or entraf'nement of the gas circulating on the liquid can also be used to circulate the liquid in a horizontal pipe. This embodiment of the invention should not be confused with known arrangements in which a parallel flow of liquid and gas occurs under the effect of gravity.
Thus, when the circulation is produced by gravity, a slight inclination of the apparatus stops the circulation or causes the liquid to clog the pipe, while in an apparatus according to the invention the circulation continues despite a slight inclination. In cases where the action of the gas is not called upon to raise the liquid, but merely serves to advance it in a horizontal pipe, the invention is particularly useful for long and tortuous pipes. for example when the entire evaporator is contained in a shelf located between the upper and lower compartments of a refrigeration cabinet.
The invention may be carried out in various ways and certain specific embodiments thereof will be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a diagram of a continuous absorption refrigeration appliance according to the invention, the evaporator being shown in perspective and on a larger scale,
Fig. 2 is a section, on a larger scale, taken along line 2-2 of fig.l showing a detail, Figs. 3 to 5 are diagrams, similar to fig.l,
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devices comprising evaporators of another form,
Fig. 6 is a perspective view of another embodiment of an evaporator associated with a fan and a condenser,
Fig. 7 is a diagram of an apparatus comprising an absorber according to the invention, and
Figs.
8 and 9 are diagrams of two embodiments of an apparatus of which both the absorber and the evaporator have a construction according to the invention.
In the assembly shown in fig.l, the apparatus comprises the usual elements, namely an absorber A, a boiler B, a condenser C, an analyzer D and an evaporator E. The apparatus is of the type using an equalizing gas of pressure which is circulated between the evaporator and the absorber, and for this purpose a fan F is provided which is driven by a hermetically sealed electric motor G.
The device is loaded with suitable fluids; for example ammonia is used as refrigerant and water as absorption solution, while as inert gas is preferably used a substance having a molecular weight significantly greater than that of hydrogen, for example nitrogen, for the reasons already mentioned.
During operation, three fluid circulation cycles are established. The absorption solution contained in boiler B is heated by a suitable heating element such as an electric heating cartridge or a gas burner, and the refrigerant vapor expelled from the solution passes through the analyzer D from the bottom upwards in counter-current with respect to the rich absorption solution going to the boiler, then it travels from the bottom up the pipe 11, part of which is furnished with fins to constitute a rectifier R, and enters the upper part
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of the condenser C which preferably comprises fins to be cooled by the air. Here the refrigerant liquefies and the condensate goes from the bottom of the condenser into the evaporator through a pipe 12.
In the evaporator, which will be described in more detail below, the condensed refrigerant evaporates within the inert pressure equalizing gas with which it leaves the upper part of the evaporator to enter pipe 13 which is part of a heat exchanger
14. Via pipe 13, the gas mixture goes to the bottom of absorber A where it circulates countercurrently with respect to the absorption solution which frees it from the refrigerant fluid. From above the absorber, the inert gas is drawn in through the inlet pipe 15 of the fan F and is delivered through the delivery pipe 16 and by the heat exchanger to return to the bottom of the evaporator and thus complete the cycle .
The refrigerant-rich absorption solution passes from the bottom of the absorber, through pipe 17, into a reservoir 18 for the rich absorption solution and then passes through pipe 19 and the heat exchanger. 20 in analyzer D. The lean absorption solution leaves the bottom of the boiler through a pipe 21 which passes through the heat exchanger 20. From the heat exchanger it passes to the upper part of the absorber through a pipe. vertical 22 constituting an emulsion pump. The emulsion pump 22 is supplied with inert gas derived from the discharge pipe 16 of the fan F and delivered through a pipe 23 to a suitable point on the pipe of the emulsion pump 22. In this way the absorption solution is obtained. raised to the upper part of the absorber and its circulation is maintained.
The evaporator is shown in perspective in the upper part of fig.l, in more detail than the other parts and on a larger scale. The major
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part of the evaporator consists of a pipe bent so as to provide the fluid with a long and tortuous path. This pipe is bent so as to constitute three stages or substantially horizontal layers 25, 26, 27 of which the upper stage 27 opens into a straight tube 28 of larger cross section, provided with rectangular fins 29, which constitutes a finned cooling line.
Each of the stages 25 and 26 comprises four parallel branches 30, 31, 32 and 33 of which the branches 30 and 31 and the branches 32 and 33 are connected to one another at an end, hereinafter called the front end to form two U-shaped elements juxtaposed, while the outer branches 30 and 33 are connected to each other by a rear branch 34. In this way, each stage has a double loop of pipes whose inlet and outlet are formed by the ends inner branches 31 and 32.
The inert gas leaves the heat exchanger 14 at a point slightly below the top of the evaporator and descends through a portion 35 of the pipe, which is oriented from top to bottom and is connected to the pipe. branch 31 of the lower floor. After having passed through this stage, the inert gas passes from the branch 32, through the rising part 36 of the piping, into the branch 32 of the middle stage. After having crossed this stage, he leaves the branch 31 of this stage and goes via the rising part 37 of the pipe in the upper stage 27.
The upper stage is similar to the lower stages 26 and 25, except that it does not have a branch 32 and that from the outer branch 33 the gas passes through a rising part 38 of the piping in the front end of the pipe. the driving
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cooling fin 28. The rear end of the cooling fin pipe is connected to pipe 13 leading the gas through the gas heat exchanger to the lower part of the absorber. The finned cooling line 28 is slightly inclined so that the liquid flows through it by gravity and any excess goes to the pipe 13.
It is thus seen that the inert gas follows the tortuous path formed by the evaporator, traveling it from below to above.
The pipe 12 serving to deliver condensed refrigerant from the condenser to the evaporator opens into the latter at a point located near the lower part of the tube 35, so as to introduce the liquid into the gas before the latter passes through it. lower stage of the evaporator.
To prevent the line constituting the evaporator from becoming completely clogged with refrigerant when the apparatus stops, a drain line 24 starts from a point in the lower stage to return this liquid to the solution circuit. absorption. Preferably, this pipe opens into the pipe 19 through which the rich absorption solution returns from the reservoir 18 to the boiler.
The appliance is generally provided with devices to switch it on and off automatically, depending on whether cooling is required or not. However, the refrigerant continues to flow into the evaporator for a short time after the device stops, regardless of a certain amount of liquid already there, and if this liquid returns to the boiler, the energy required to generate it is lost. In addition, when the unit is switched on again, it will take some time before a flow of refrigerant becomes available in the evaporator.
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As a result, it is preferably arranged that a certain quantity of refrigerant is stored in the evaporator when the apparatus is temporarily stopped, so that immediately after the fan F turns on again, cooling begins. , this quantity of refrigerant being sufficient to produce the cooling until the boiler heats up and the condensed refrigerant is discharged from the condenser to the evaporator. For this purpose, the purge pipe 24 can be arranged so as to open out only in the upper part of the pipe 32, as indicated on a larger scale, in section, in FIG. 2.
In this way a certain quantity of liquid remains in the lower part of the pipe, over the entire extent of the lower layer 25, while giving passage to the gas which passes through the upper part of the pipe.
In some cases the finned cooling line 28 may be omitted, the upper stage of the piping, of smaller section, being connected directly to the pipe 13 of the gas heat exchanger 14. Likewise, it is possible to use other layouts of piping or other forms of separate stages.
When the appliance is started, the fan F circulates the inert gas through the evaporator, and refrigerant liquid is delivered to the evaporator through the pipe 12. It is found that with a suitable construction the inert gas transports the refrigerant in each of the stages 25, 26 and 27 and of each stage, from bottom to top, by the risers 36, 37 and 38, to the next stage located above, or to the finned cooling line 28, depending on the case. Liquid moves at a significantly slower speed than gas and the volume of gas passing
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in any given time can be several hundred times greater than the volume of the liquid. The gas and the liquid are brought into intimate contact and there is evaporation of the liquid into the gas.
In this way, not only does the invention make it possible to circulate the liquid from bottom to top from one stage to another, which would obviously be impossible by the effect of gravity, but also it ensures a circulation without hazard in each one. dice floors, which in some cases would hardly occur under the action of gravity alone.
Thus, in the case of a stage of quite tortuous and complicated shape, if one relied on gravity, the action could be interrupted by the slightest inclination of the apparatus in the one direction or the other, and even if the apparatus were exactly plumb, the depth of the liquid should be greater at the inlet end than at the outlet end, to produce the cir- aulation, and the liquid could clog the pipe when it is of small diameter.
The action of the inert gas stream on the refrigerant is believed to be variable. In the horizontal part, the refrigerant can circulate more or less uniformly on the bottom of the pipe, in continuous contact with the stream of inert gas passing through the upper part of the pipe, the refrigerant being moved by the friction effect of the pipe. gas over liquid which can be slightly stirred by gas.
In the risers 36, 37 and 38, there appears to be a slight build-up of refrigerant liquid and the inert gas bubbles or makes its way through this liquid, carrying parts of the liquid.
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The effect of the inert gas varies with its density, pressure and speed of circulation in the evaporator pipe. In general, an increase in one or more of the above factors has the effect of increasing the lifting power of the inert gas. All other things being equal, the velocity of the inert gas varies with the effective cross section of its flow path; an increase in the cross section of this path results in an increase in gas velocity.
Thus, it has been found that when the inert gas is nitrogen, a propelled stream of nitrogen circulates liquid ammonia from the bottom upwards in an evaporator line consisting of tubes of about 12.5 mm. of internal diameter and having a vertical height of about 25 centimeters, under a pressure difference of 5 to 10 centimeters of water between the inlet and outlet connections of the evaporator line and with total system pressure com - taken between 19 and 28 atmospheres. Under these conditions, the gas velocity could be of the order of 60 to 90 centimeters per second, that is to say significantly higher than that employed in known ordinary refrigeration systems of the type in question. The above features are cited only by way of example and not by way of limitation.
It is clear that these factors depend on each other and that certain factors can be varied individually, even if it means modifying the other factors appropriately.
The purge line 24 is fitted out as a safety measure and in normal operation no liquid passes through it.
However, if for some reason the circulation motor G refuses to start when the regulating mechanism sends energy to the system, the refrigerant from the condenser may tend to clog the lower stage of the condenser piping. the evaporator. In these cases the fan
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F might, on starting, be unable to force the flow of inert gas through the system and no cooling would occur. In some cases the purge pipe 24 may be omitted, the velocity of the inert gas being sufficient to allow it to sweep out the unvaporated refrigerant liquid or any other foreign liquid such as absorption solution which could make its way through. the evaporator.
The liquid contained in the evaporator pipe and in particular in the risers 36, 57 and 38 exerts a marked throttling effect on the stream of inert gas and this throttling effect is more sensitive at low pressures than at high pressures. This provides the system with a means of automatic adjustment according to variations in the outside atmospheric temperature. Thus, as the atmospheric temperature rises, the efficiency of the absorber decreases and, as a result, the ammonia vapor pressure of the stream of inert gas supplied by the absorber decreases. This means that a given quantity of inert gas collects a smaller quantity of ammonia vapor, which decreases the quantity of available frigories.
On the other hand, an increase in the atmospheric temperature causes a notable increase in the pressure of the fluids in the system and an increase in the density of the inert gas.
As the density of the inert gas increases, the circulation fan circulates it at a higher speed.
Consequently, an increase in the atmospheric temperature has the effect of reducing the efficiency of the absorber, but automatically causes the circulation of a greater quantity of inert gas in the evaporator, so that the refrigeration capacity is reduced. maintained in all atmospheric conditions.
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In normal operation, only a sufficient quantity of refrigerant liquid is delivered to produce the desired quantity of refrigeration in evaporator E, but any liquid which may not be evaporated is carried through line 13 to the bottom of the tank. absorber A where it joins the concentrated absorption solution.
The embodiment of the evaporator shown in fig.l is simple to manufacture, since, as shown in fig.l, the pipe 35 and the evaporator pipe comprising stages 25, 26 and 27 and the upright pipe elements 36, 37 and 38 can be made of a single pipe by a series of bending operations. Side trays and shelves may be attached to the floors of the piping to receive tubs for ice making and the like.
As the gas travels through the evaporator from bottom to top and gradually becomes charged with refrigerant, the intensity of the cooling decreases and the temperature rises. In this way, while a very low temperature suitable for the formation of ice blocks can prevail in the bottom of the evaporator, the temperature of the finned cooling line can be above freezing point, so to reduce or prevent the formation of frost.
The apparatus shown in FIG. 3 is broadly similar to that shown in fig.l and the elements which are the same in the two devices will not be described again. In addition, the general shape of the evaporator is similar to that of fig.l with the exception that the lower stage 25 of the piping is replaced by a stage 39 of piping of larger cross section. The shape of this stage is the same as that of
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stage 25., and it comprises, like the other, four parallel branches 40, 41 ,, 42 and 43 connected together to form a double loop.
The other difference between the evaporator of fig. 3 and that of fig.l consists in that the pipe 12 leaving the condenser no longer opens into the inlet pipe 35 of the evaporator, but into the elevator pipe 36 located between the lower floor and the middle floor. Due to the larger cross section of the lower stage 38 of the pipe, the speed of the gas in this stage is reduced and the refrigerant can flow therein countercurrently to the gas.
In this way the refrigerant coming from the pipe 12 is divided, one part of the liquid going down into the lower stage counter-current with respect to the inert gas and the other part being carried from the bottom up by the gas, through the stage. middle 26 and upper stage 27, in the finned cooling line 28. The rising part 36 of the pipe, located between the middle and lower stages, is extended from top to bottom in the larger diameter pipe 42 of the pipe. lower stage, far enough to allow the inert gas to support a liquid column in the riser, so as to ensure that the refrigerant divides in the appropriate proportions.
As in the assembly of fig. 1, a purge pipe 24 can be provided for the lower stage or, as an alternative, the gas circulation can be sufficient to evacuate from the evaporator any refrigerant or foreign liquid and the entrained in the finned cooling line 28 from where it can return to the absorber.
The embodiment of the evaporator shown in FIG. 3 is suitable for use in cases where the action of the inert gas cannot conveniently be rendered
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sufficient to raise the refrigerant to the full height from the bottom to the top of the evaporator. In such a case the lower part of the evaporator is located below the level of the condenser and the liquid circulates there from top to bottom by gravity, while the upper part of the evaporator is supplied with liquid entrafed through this part. from bottom to top by gas.
The apparatus shown in FIG. 4 and the general shape of the evaporator are similar to those shown in fig.l and the elements which are the same in the two figures will not be described again. As in fig. 1, the three stages 25, 26 and 27 all have the same cross-section, but in this case the pipe 12 starting from the bottom of the condenser opens into the rear branch 34 of the middle stage 26 .
In addition, a return pipe 45 runs up and down from the outlet end of the finned cooling line 28 to below the lower stage where a water seal can be formed, and then back up. the inlet end of the middle stage 26. A U-shaped branch pipe 46 connects the lower portion of the return pipe 45 to the inlet pipe 35 of the lower stage.
In normal operation the return pipe 45 and the U-shaped branch pipe 46 are both clogged with liquid, so that no gas flows through them. The refrigerant liquid is discharged from the condenser, through pipe 12, into the middle stage 26 substantially in the middle, and this liquid is carried through half of this stage and the upper stage 27 in the cooling line at fins 28.
The liquid which reaches the outlet end of the finned cooling line 28, descends through the return pipe 45, and like the outlet of the branch pipe 46, opening into the inlet 35 of the lower stage, is located lower than the
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outlet of the return pipe 45, opening into the middle stage, this refrigerant liquid enters the inlet pipe 35 and is entrained through the lower stage.
When the apparatus is turned on after the evaporator has become hot, the return pipe 45 and the U-shaped branch pipe 46 constitute a gas bypass for bypassing a certain quantity of inert gas which further - ment would go to the evaporator. Due to this division of the inert gas stream into two parts, the gas velocity in the evaporator is relatively low and, therefore, the refrigerant discharged into the rear branch 34 of the middle stage can flow in both directions. , part of the liquid flowing countercurrently with respect to the gas until it reaches the end of the return pipe 45.
Liquid flows through this pipe until it overflows into the U-shaped branch pipe and beyond it into the lower stage of the evaporator.
As soon as the liquid fills the U-shaped branch pipe, it forms a water seal closing the bypass for the inert gas and causing the gas to flow at full speed through the evaporator. The gas then tends to evaporate the refrigerant liquid in the lower stage of the evaporator and then in the following higher stages, and carries from the bottom up the liquid, delivered by the pipe 12, in the middle stage, in the upper stage and into the finned cooling line 28. To ensure that any refrigerant is discharged from this line, it can be tilted slightly towards the end to which the return pipe 45 is connected.
In the operation of this embodiment of the evaporator it has been observed that the latter is covered with frost uniformly over its entire extent, including the part
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U-shaped formed by the branches 32 and 33 of the middle stage and located between the points of connection of this stage with the pipe 12 leaving the condenser G and with the return pipe 45, although the exact operation of the refrigeration in this U-shaped part is not known for sure.
If desired, a small dam 47 can be arranged in branch 32 of stage 26 near the point of connection of this branch with one of the ends of return pipe 45. This dam has the effect of accumulating a certain quantity. of refrigerant liquid when the appliance starts up and it is also used to accumulate liquid contained in the evaporator and liquid discharged through pipe 12 after engine G stops. Without this barrier, the liquid would descend into the lower stage 25 and leave it through the purge pipe 24.
When the adjustment mechanism resets the heating element of the boiler B and the motor G of the fan F, this amount of accumulated refrigerant evaporates and thus produces cooling during the time interval between the actuation of the cooling mechanism. setting and when the boiler-condenser system comes into full operation.
It should be observed that the refrigerant is supplied first to the middle stage 26 and that the lean inert gas is supplied to the lower stage 25. These two stages in fact operate at very low temperatures. On the other hand, by the time it reaches the upper stage 27, the inert gas stream is rich in refrigerant due to the cooling which has taken place in the lower stages 25 and 26. As a result, l evaporation occurs in the upper stage at a higher temperature than in the lower stages 25 and 26. The vapor pressure increases further.
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more, so that the evaporation which occurs in the finned pipe 28 takes place at an even higher temperature.
It should be noted that only a fraction of the refrigerant liquid reaches the lower stage 25 each time. The liquid which reaches this stage 25 usually evaporates before reaching the purge pipe 24 which, as already indicated, is connected near from its outlet end. Any foreign liquid, such as the absorption solution, or any excess refrigerant, however, reaches the purge pipe 24 and is discharged, as is also any refrigerant remaining not evaporated in the lower stage.
25, when the switch of the device is opened.
The fact that only a fraction of the refrigerant reaches the lower stage 25 also helps to control the temperature ranges in the different stages, since the very lean gas entering the lower stage 25 is usually only supplied to the lower stage. 'with the amount of refrigerant required to produce the desired degree of cooling, thereby preventing. production of excessively low temperatures in this stage. Inert gas reaching the middle stage
26 is sufficiently rich in refrigerant vapor to prevent evaporation of too much refrigerant liquid delivered to. this floor. Consequently, in this embodiment of the evaporator, the temperature difference between the stages 25, 26 is very small.
The embodiments of the evaporator shown in figs. 3 and 4 both have the advantage of reducing the length of the pipe to a minimum
12 in cases where it is useful for the evaporator to be extended to a considerable depth below the condenser.
Figs. 5 and 6 show arrangements in which the liquid does not rise under the action of the gas \
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in the evaporator, but is simply propelled through an equal level pipe and circulates in its outline up and down.
In fig. 5, the general arrangement is the same as that shown in the preceding figures and will not be described further. However, in this case the condenser is located entirely above the evaporator and feeds by gravity the finned cooling pipe 28 which is inclined so as to produce the desired circulation of liquid under the effect of gravity. Below the finned cooling pipe is located a tortuous pipe comprising four horizontal parts or stages 48, 49, 50 and 51 interconnected by risers 52, 53 and 54 and connected to the finned cooling pipe by the rising part 55.
The pipe 35 from the gas heat exchanger leads to the lower level horizontal stage 48, while the outlet of the finned cooling pipe 28 is connected to the pipe 13 of the heat exchanger. In this way, the gas is generally supplied from bottom to top through the evaporator and passes through the horizontal stages in turn. Near the gas outlet end of each stage is a J-shaped connecting pipe to provide passage for the liquid to the layers below. Thus, the liquid coming from the right end of the finned cooling pipe goes through one of these connecting pipes 56 into the upper stage 51 through which it is driven from right to left.
At the left end of this floor, it goes from top to bottom, through a J-shaped connection pipe 58, into the floor
50 where it is swept from left to right to pass through the J-shaped pipe 56 in stage 49. In this, again, it is swept by gas from right to left and
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returns through a J-shaped connection pipe 58 into the lower stage 48 where it is swept from left to right, and any liquid reaching the right end of the lower stage is discharged through the purge pipe 24.
In each of the J-shaped connecting pipes a hydraulic seal is formed, and near the lower end of each of them there is provided, in the sweeping pipe, a barrier 57 preventing the liquid from falling directly into the pipe. 'floor. located below.
The arrangement shown in FIG. 6 is in its outline similar to that shown in fig. 5, except that the evaporator is shown as having two bent stages each in the shape of a U, and that the liquid arriving from the condenser is delivered to the highest of these stages and ascends to the finned cooling line under the action of an emulsion pump. The lower stage 59 and the upper stage -60 of the sweeping duct are shown as each comprising two side branches 30 and 33 and a rear branch 34.
They communicate with each other through a rising part 61, while the upper stage communicates with the finned cooling pipe through an L-shaped rising portion 62. The pipe 12 from the condenser opens into the rear branch 34 of the upper stage where one of the ends 65 of a J-shaped pipe 64 also opens, acting as an emulsion pump going to the upper end of the finned cooling line 28. The emulsion pump is supplied with power. by a pipe 66 communicating with the delivery pipe 16 of the fan.
In this way, when refrigerant is discharged from the pipe 12, a certain part of it is swept up through the branch 33 of the upper stage, while the remainder is raised by the pump.
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emulsion in the finned cooling line 28.
The lower end of this pipe is connected by a pipe 67, acting as a J-shaped connecting pipe, at the end of the upper stage, near the riser pipe 61, so as to deliver refrigerant liquid into the gas inlet end of this stage. Liquid reaching the outlet end of this stage passes through the J-shaped connection pipe 68 into the lower stage through which it is swept by gas to the outlet end where any remaining liquid passes. outside through pipe 24.
In the arrangements of figs. 5 and 6, as already mentioned above, the liquid is not lifted by the sweeping or entraining action of the inert gas flowing over the liquid, but is simply swept through an equal level line. Such an arrangement can be particularly useful when the level pipe is unusually long and tortuous, and it should be noted that instead of the relatively simple arrangement shown in Figs. 5 and 6, each stage could include a double tubular loop as in figs. 1 to 4 or even have a longer, complicated and tortuous shape. In some cases the evaporator can be fitted in a radius separating the upper compartments between them. and bottom of a refrigerator cabinet.
In this case it is generally advantageous to employ a horizontal evaporator coil which is so long and tortuous that it would hardly be possible to rely on gravity to produce adequate liquid circulation through it.
By virtue of the present invention, the liquid can be circulated efficiently in such a coil under the effect of sweeping or entrainment of the inert gas flowing over the liquid, and the evaporator continues to operate in such a manner.
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satisfactory even when tilted a few degrees to the horizontal.
Figs. 7, 8 and 9 show arrangements in which the invention is applied to the absorber. The apparatus comprises the same main elements as in the arrangements already described.
In the arrangement shown in FIG. 7, the rich absorption solution from the absorber 1 passes through a heat exchanger 69 and a pipe 70 into the analyzer D. From the boiler the lean absorption solution circulates in a pipe 71 which passes through the boiler. heat exchanger 69 and which may also include aerated cooling fins 72, then the absorption solution enters a lean absorption solution tank 73.
From the reservoir 73 the solution is entrained from the bottom upwards through the absorber A in accordance with the principle of the invention. For this purpose, the delivery pipe 74'-of the fan F terminates in a curved nozzle 75 disposed below the normal liquid level in the reservoir 73 and protruding into the lower end of a pipe. absorber 76. The ventilator delivers a high velocity stream of inert gas through nozzle 75 and this gas carries lean absorption solution from bottom to top through absorber line 76 to its upper end.
At this point the gas separates from the liquid and rises through a pipe 77 leading to a heat exchanger 78 from where it passes into the lower end of the evaporator. In the meantime, the liquid goes down through a pipe 79 into the liquid heat exchanger 69 and beyond it returns to the analyzer and to the boiler. The inert gas leaving the evaporator returns to the fan F through a pipe 80 .
In the arrangement shown in FIG. 7, the evaporator does not constitute an embodiment of the invention,
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but to enable an arrangement to be employed in which the bottom of the condenser is located lower than the top of the evaporator, an emulsion pump is provided. For example, a pipe 81 connected to the discharge pipe 74 of the fan leads to the riser pipe 82 connecting the bottom of the condenser to the top of the evaporator. In this way we derive the gas which serves to raise the refrigerant liquid from the bottom of the condenser to the top of the evaporator.
The pipe 81 is bent so as to have an inverted U-shaped portion 84, as shown, to prevent refrigerant from flowing back into the absorption solution path and blowing into it. absorber, and pipe 82 is bent so as to provide a water seal to prevent inert gas from passing into the condenser. A pressure equalizer or vent 83 is disposed between a portion of the condenser and the highest point of the pipe 81 to discharge any inert gas from the condenser. A drain pipe 86 leads from the bottom of the condenser to a part of the absorption liquid circuit where the solution is rich, so as to prevent the liquid level in the condenser from rising above the highest point. top of pipe 81.
The lean absorption solution contained in the reservoir 73 is entrained from the bottom up through the absorber line 76 under the action of the inert gas passing through the line, the solution flowing in the same direction as the gas, but at a slower speed. The poor solution undergoes very strong agitation and often takes the form of relatively fine particles which are thrown against each other and against the wall of the absorber line 76.
If desired, a small adjustment hole 86 can be made in the lower end of the pipe.
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absorber 76 near the nozzle 32 to adjust the rate of flow of the pressure equalizing fluid and absorption liquid in the absorber line 76.
Fig. 8 shows an arrangement in which both the evaporator and the absorber constitute embodiments of the invention. The evaporator has a tortuous pipe shown schematically at 87, in the lower end of which pipe 12 delivers refrigerant from the condenser. A small dam 88 is shown at the lower end of the evaporator and serves to prevent liquid from escaping during normal operation and to accumulate a certain amount when the apparatus is stopped.
The fan delivers the inert gas through a pipe 89 to the lower end of the evaporator from where it drives the liquid from the bottom up in the finned cooling pipe 28 to then pass through the pipe 90 which is connected. heat exchange with the pipe 89. In practice, the evaporator may be the same as that shown in fig. 1, 3 or 4.
The pipe 90 opens into the lower end of one of the sections of the absorber, formed by a tortuous finned pipe 91, of relatively large cross section, in which the gas flows countercurrently with respect to the absorption solution. From the upper end of this section the gas descends through a pipe 93, which may be fitted with cooling fins, into an absorption solution tank 73 through which it passes into the lower end of another section. of the absorber constituted by a tortuous pipe 92 of relatively small cross section.
The lean absorption solution leaving the boiler is delivered through the pipe 72 into the tank 73. The gas flowing through this tank carries the liquid in the line.
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absorber 92 where the flow of gas causes the liquid to flow from the bottom upwards at the upper end of the absorber, in accordance with the principle of the invention. At the upper end of the absorber, the gas is drawn in by the fan F and delivered through the pipe 89 into the evaporator, as already specified. The liquid separates from the gas in a gas separator chamber 95 adjacent to the fan, from which it passes through a pipe 96 into the part or section
91 of the absorber, where it descends countercurrently with respect to the gas, as already specified.
From the bottom of section 91 of the absorber the liquid returns to the analyzer through a pipe
94 which is in heat exchange relation with the pipe 72.
The absorber section 92 acts as a pre-absorber and pre-cooler for the solution due to the very large ratio of its heat removing area to the amount of heat to be dissipated. The section
91 of the absorber carries the main absorption duct and operates at a higher temperature than section 92.
Fig. 9 shows a two-section absorber arranged somewhat differently in an apparatus which in other respects is similar to that of FIG. 6. In this case the rich inert gas leaving the top of the evaporator through the pipe 90 goes directly into the lean solution tank 73 to which the lean solution is discharged from the boiler as in FIG. 6 by a pipe 72. This pipe can be lined with air-cooled fins 97. From the lean solution tank, the liquid is carried by the gas flow from the bottom upwards through a section 98 of the absorber, constituted by a sinuously bent pipe, and enters a gas separator chamber 99.
From this chamber the gas descends through a pipe 100 into the lower end of a second section 101 of the absorber, formed by an elbow pipe.
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sinuously and having a larger cross section.
From the upper end of this section of the absorber the gas is sucked through a pipe 103 into the inlet of the fan which delivers it through pipe 89 into the evaporator, as in fig. 8.
Liquid leaving gas separator chamber 99 passes through pipe 102 into the upper end of absorber section 101, through which it descends countercurrently to the gas to the bottom where it enters a pipe. 94 returning to the analyzer and the boiler.
Absorber section 98 acts as a high temperature absorber, and because the lean absorption solution from the boiler mixes intimately there with the rich inert gas from the evaporator, a significant increase part of the absorption takes place in this section, which is constructed to reject a significant proportion of the heat of absorption. In this way, the absorption process can be carried out completely at a relatively low temperature in the second section 101 of the absorber in which the gas and liquid flow countercurrently.
On the two figs. 8 and 9 the lean solution tank 73 is arranged to retain a shallow and large surface mass of absorption solution, in order to prevent slight fluctuations in the level of the solution in the boiler analyzer system from occurring. lower the level of the solution below the lower end of the absorber line and thereby stop the circulation of the absorption solution and the absorption of the refrigerant vapor. Further, each reservoir 73 has a tapered portion 104 to ensure that there is absorption solution at all times in a speed region of.
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relatively high gas, regardless of low level fluctuations.
Thanks to the construction, the arrangement and the capacity of the tank 73, transient abnormal conditions of the system, influencing the level in the boiler, have little or no effect on the level of liquid in the tank, and consequently the rate of circulation of the absorption solution is substantially constant and is influenced only by the speed of the fan and by the pressure prevailing in the system.
In the absorber pipe of FIG. 7 and in the absorber pipes constituting the sections 92 and 98 of the absorber of FIGS. 8 and 9, the action of the inert gas stream is, as has already been specified in particular with regard to the evaporator line of FIG. 1, a function of the density, the pressure and the speed of traffic in the pipe. Thus, when the inert gas is nitrogen, it has been found that a propelled stream of nitrogen circulates the liquid from bottom to top in an absorber line having an inside diameter of about 12.7 mm., Under a pressure difference of between 5 and 10 centimeters of water between the inlet and outlet connections of the absorber line, and with a total system pressure of between 19 and
28 atmospheres.
Under the conditions which have just been cited it has been found that the liquid circulates countercurrently with respect to the nitrogen stream in a pipe such as the countercurrent absorber section 91 of fig. 8 and in the section 101 of fig. 9 if the pipe of which this absorber section is made has an internal diameter of approximately
25 mm. or more. This is why, as already indicated, the pipe constituting the counter-current absorber sections 91 (fig. 8) and 101 (fig. 9) has a larger cross-section than the absorber pipe constituting the counter-current absorbers. absorber sections 92 (fig. 8) and 98 (fig. 9).
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It is not necessary that the pipe in which the liquid is entrained from the bottom up by the gas be of constant cross section over its entire length. The pipe may have a variable cross section and in some places may have such a large cross section that the flow of gas exerts little or no effect on the liquid. The liquid can pass through these places by gravity or under the effect of the living force imparted to it in the previous part of the pipe, the cross section of which is small enough to force the flow of gas to act on the liquid in such a way to give it movement.
In the accompanying drawings the liquid is shown as being entrained from the bottom up by the circulation of gas in an absorber or in an evaporator, or both, but in some cases the effect produced by the gas on the liquid could simply return. to move the liquid from one place of the apparatus to another, in particular to raise it from one place of the apparatus to a higher place.
It should be noted that the invention is not limited to the particular construction and arrangement described by way of example, nor to the fluids specially indicated for use therein; for example, the vapor of a second refrigerant, such as propane, can be used as a pressure equalizer and refrigerant propellant, or hydrogen can be used as an inert gas, although this would require an inert gas. significantly higher velocity or pressure to exert the same drag effect on the liquid.
On the other hand, one or the other of the gas scavenged evaporators, shown in figs. 1 to 6, can
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be used in combination with one or the other of the gas scavenging absorbers, shown in figs. 7 to 9.
CLAIMS
1.- Absorption refrigeration apparatus, comprising a pipe for the circulation of liquid and gas, called a sweep pipe, and a device for producing in this pipe a circulation of gas at a speed such as circulation of the liquid, at a speed lower than that of the gas, or produced in the pipe by the sweeping or entrainment effect of the gas circulating on the liquid.
2. - Absorption refrigeration apparatus, comprising a riser pipe for the circulation of liquid and gas, called a scavenging pipe, and a device for producing in this pipe an ascending stream of gas, at a speed such that the liquid is entrained by bottom up, in a state of turbulence, at a speed significantly lower than that of the gas.
3.- Absorption refrigeration apparatus, comprising a substantially horizontal pipe, called a purge pipe, in which separate gas and liquid streams circulate in contact with each other, and a device for producing a current in this pipe. of gas at a speed sufficient to entraf the liquid through the pipe by the effect of driving or sweeping the gas flowing on its surface, even if the apparatus is slightly inclined so as to oppose this current.
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