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DISPOSITIF DE TRANSFERT OU D'hChillG D GîAL,UR A IJRFAU1. ÛA1R DASOËNblUi DU L:t. a,U 1D
L'invention concerne un dispositif de transfert ou d'échange de cha- leur ,particulièrement approprié à l'emploi dans des systèmes de réfri- gération,et elle a pour objet un perfectionnement grâce auquel la répar- tition ou dispersion du liquide sur la surface de transfert ou transmis- sion est améliorée et facilitée.
Le dispositif de transfert ou d'échange de chaleur peut recevoir la forme d'un récipient,tel que l'évaporateur ou absorbeur dans un systè- me fermé de réfrigération par absorption,comportant une surface ou pa- roi conductrice de chaleur dont un côté au moins est immergé,d'une fa- çon partielle seulement,dans un liquide ménageant un espace 'pour la va- peur au dessus de la surface du liquide.Dans un dispositif de transfert ou d'échange de chaleur de ce genre,il est désirable de distribuer le liquide sur une étendue de surface aussi grande que possible.
Ceci est réalisé en rendant rugueux le côté partiellement immergé de la paroi, de manière telle que le liquide s'élève ou ascensionne les rugosités de la paroi au dessus de la surface du liquide,par action capillaire, pour maintenir la surface de la paroi mouillée par le liquide.Dans la réalisation préférée de 1'invention,la paroi interne d'un tuyau ou con- duit est munie d'une rainure ou gorge en hélice afin de procurer de pe- tits passages capillaires dans lesquels le liquide s'élève par capilla- rité pour réaliser la répartition du liquide sur la paroi interne du tuyau ou conduit.
L'invention pourra de toute façon être bien comprise par la descrip-
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tion qui suit de l'invention réalisée dans un système de réfrigération par absorption.
Dans le dessin annexé: ,
Fig.1 illustre,d'une facon plus ou moins schématique,un système de réfrigération par absorption réalisant l'invention,
Fig.2 est une vue en coupe,fragmentaire,à échelle agrandie,d'une por- tion de l'évaporateur représenté dans la fig.1,destinée à illustrer plus clairement l'invention) et,
Fgi.2 est une vue en coupe,fregmentaire,à échelle agrandie,d'une por- tion du tuyau ou conduit représenté dans la fig.2,desstinée à illustrer plus clairement la manière dont est rendu rugueux l'intérieur du tuyau ou conduit.
Ln se référant à la fig.1,1'invention est réalisée dans un système de réfrigération à absorption à deux pressions], du type fonctionnant à basse pression et utilisant un réfrigérant tel que l'eau et un absorbant telle qu'une solution aqueuse d'un sel hygroscopique.Le système comprend un générateur ou dispositif de dégagement ou d'expulsion de vapeur,10, un condenseur 7.,un évaporateur 12 et un absorbeur 14 qui sont reliés entre eux d'une manière telle que la différence des pressions dans le système est maintenue par des colo-nnes liquides. degénérateur 10 comprend une enveloppe externe 15,dans laquelle sont disposés un certain nombre de tubes élévateurs 16 dont les extrémités .
inférieures communiquent avec un espace inférieur,17,et les extrémités supérieures se prolongent dans et au dessus du fond d'un récipient la
L'espace entourant les tubes 16 forme une chambre 19 dans l'enveloppe 15 à laquelle de la vapeur est fournie par un conduit 20. -La chambre 19 pro- cure un chauffage des tubes 16 sur toute leur longueur,la, partie supérieu re de la chambre étant ventilée à l'atmosphère en 21. Un conduit 22 est relia à la partie inférieure de l'enveloppe 15 pour évacuer le condensat de la chambre 19.
Le système fonctionne sous un vide partiel et peut être chargé à l'si de d'une solution de réfrigérant et absorbant,comme par exemple une so- lution dans l'eau de chlorure de lithium ou de bromure de lithium,obtenue à partir d'un mélange convenable de ces sels. De;
la vapeur étant intro- duite par le conduit 20 dans la chambre 19, à pression atmosphérique,les tubes 16 sont chauffés,grâce à quoi de la vapeur de réfrigérant,de l'eau,
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est expulsée de la solution à la basse pression qui y règne,cette vapeur expulsée agissant pour élever le liquide dont la vapeur de réfrigérant a été expulsée,par une action de soulèvement de gaz ou vapeur,avec la vapeur de réfrigérant expulsée formant un noyau central dans un @ anneau ascendant du liquide. La vapeur de réfrigérant expulsée passe des extrémités supérieures des tubes 16 dans le récipient 18 et delà s'écou- le,par un conduit 23,dans le condenseur 11,dans lequel la vapeur de ré- frigérant expulsée est liquéfiée.
Le réfrigérant condensé dans le conden- seur 11 s'écoule par un tube en U,24,dans une chambre, à vaporisation instantanée 25 et,de cette dernière dans l'évaporateur 12. La chambre 2c à vaporisation instantanée sert d'emplacement où - une petite portion du réfrigérant liquide relativement chaud peut brusquement se transformer en vapeur tandis qu'il s'écoule du tube en U,24, dans l'évaporateur 12 à pression réduite.
L'évaporateur 12 comprend un certain nombre de couches de tubes hori- zontaux 26 disposées en superposition, et auxquels sont fixés des aile- rons de transmission de chaleur 27 afin de procurer une surface d'échan- ge thermique relativement étendue. Le réfrigérant liquide,l'eau,s'écou- lant à l'évaporateur 12 est divisé de toute manière appropriée pour répar tir son écoulement dans les tubes 26 de niveau le plus élevé. La division du liquide' peut être réalisée en prévoyant une auge distributrice de li- quide 28 dans laquelle s'écoule le liquide venant de la chambre à vapo- riàation instantanée 25.'Le réfrigérant passe dans les tubes successive- ment inférieurs par des raccords terminaux appropiés,disposés dans des têtes 30 enfermant les extrémités des tubes 26.
Les raccords terminaux affectent la forme de coupelles ouvertes afin de permettre l'échappement de vapeur des tubes dans les têtes 30. L'excédant de liquide'est déchar- gé des tubes 26 les plus inférieurs.
Le réfrigérant s'évapore dans l'évaporateur 12 en produisant une ac- tion de réfrigération ou de refroidissement avec comme conséquence une absorption de chaleur du milieu environnant,tel un courant d'air passant sur les surfaces extérieures de l'évaporateur.
La vapeur du réfrigérant formée dans les tubes 26, s'écoule en sortie des têtes terminales 30 qui sont reliées à leurs extrémités inférieures à l'absorbeur 14. La vapeur instantanée formée par le refroidissement initial du liquide s'écoulant à la chambre 25 du condenseur 11,passe par
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un conduit 31 dans l'une des têtes 30 et se mélange à la vapeur formée dans l'évaporateur 12,de sorte que l'on évite les dérangements dans l'é- 'vapora,teur résultant de la vaporisation instantanée.
Dans l'absorbeur 14 la vapeur du réfrigérait venant de l'évaporateur 12 est absorbés dans un liquide d'absorption qui pénètre par un conduit 32. Le liquide d'absorption entrant coule dans un récipient 33 dans le- quel le liquide est distribué au sommet d'un certain nombre de rangées verticales 34 de tubes horizontaux, disposées côte à côte,une seule de ces rangées étant représentée.Le liquide s'écoule de la partie centrale du récipient 33 dans des chambres terminales placées latéralement,35,et delà, par des conduits 36,dans un certain nombre de réceptacles et distri- buteurs 37 pour le liquide,s'étendant longitudinalement à et au dessus des tubes horizontaux supérieurs des rangées de tubes 34.
Le liquide d'absorption s'écoule par dessus les parois des réceptacles à liquide 37, de préférence par un système de siphonage.et s'égoutte sur les tubes horizontaux supérieurs des rangées de tubes pour en assurer le mouillage complet. Du liquide s'égoutte de chaque tube horizontal successivement sur le tube inférieur suivant,de sorte que tous les tubes sont mouillés par un film de liquide.
Le réfrigérant est absorbé par le liquide d'absorption dans l'absor- beur 14 et la solution s'écoule de l'absorbeur par un conduit 38,un pre- mier passage d'un échangeur de chaleur à liquide 39].un conduit 40,le ré- cipient 41 et un conduit 42,dans l'espace inférieur 17 du générateur 10.
La. vapeur de réfrigérant est expulsée de la solution par chauffage dans le générateur 10,et la solution est entraînée bars le haut par l'action de soulèvement du gaz ou de la vapeur dans les tubes élévateurs 169 comme expliqué plus haut.
Le liquide d'absorption dans le récipient 16 est dépourvu de réfri- gérant car la vapeur de réfrigérant en a, été expulsée dans le générateur 10. Ce liquide d'absorption s'écoule par un conduit 45,un deuxième passa- ge dans l'échangeur de chaleur à liquide 39,et le conduit 32,dans la par- tie supérieure de 1"absorbeur 14. Cette circulation du liquide d'absorp- tion résulte de l'ascension du liquide dans les tubes élévateurs 16,grâ- ce à quoi le liquide peut s'écouler à l'absorbeur 14,et revenir de ce dernier au générateur 10 par gravité.
La partie supérieure du récipient 41 et le-récipient 18 sont reliés ensemble par un conduit 44,de sorte
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que la pression.dans le récipient'41 est égalisée avec la pression qui règne dans la partie supérieure du générateur 10 et dans le condenseur 11
L'absorbeur 14 et le condenseur 11 constituent des parties dégageant de la chaleur du système de réfrigération,et sont refroidies par un flui- de de refroidissement approprié,comme par exemple de l'eau. -n'eau de re- froidissement pénètre dans la partie inférieure des rangées de conduits 34 par un conduit 46 et une tubulure de distribution 46, et quitte le sommet du faisceau par une tubulure ou collecteur 47 et un conduit 48.
ne conduit 48 est relié au condenseur 11,grâce à quoi le même fluide de refroidissement peut être utilisé pour refroidir les deux parties déga- geant de la chaleurle fluide de refroidissement quittant alors le con- denseur par un conduit 49.
Le système-fonctionne à des pressions basses,avec le générateur 10 et le condenseur 11 travaillant à une pression, et l'évaporateur 12 et l'absorbeur 14 fonctionnant à une pression inférieure,la différence de pression entre eux étant maintenue par des colonnes liquides.Ainsi,le liquide dans le tube en U,24,main tient la différence de pression entre le condenseur 11 et l'évaporateur 12,la colonne liquide dans le conduit 38 maintient la différence de pression entre la sortie de l'absorbeur et le générateur 10,et la colonne liquide formée dans le conduit 32 main- tient la différence de pression entre l'entrée de l'absorbeur 14 et la partie supérieure du générateur 10.Pendant le fonctionnement du système, les colonnes liquides dans les conduits 38,43 et 24 peuvent se former 'jusqu'aux niveaux x,
y et z par exemple.
Le condenseur 11 et l'évaporateur 12 sont situés et disposés de mas nière que,lorsque la colonne liquide se forme dans la branche gauche du tube en U,24, du liquide déborde constamment dans la partie supérieure de l'évaporateur 12. Lorsque le système est mis en marcne pour la pre- mière fois et que la différence de pression entre le condenseur 11 et l'évaporateur 12 est nulle,la colonne de liquide formée dans la branche droite du tube en U,24,sera suffisamment haute pour obliger le condensat à déborder par gravité de sa branche gauche dans l'évaporateur 12.Après que la différence de pression s'est formée dans le système,de sorte que le niveau liquide dans la branche droite du tube en U,24,se trouve en un point-tel que z,du liquide s'écoulera encore par gravité du conden- seur dans le tube en U,24,
et provoquera un déséquilibre de la colonne
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liquide qui s'y trouve,obligeant une quantité correspondante dE liquide 8. s'écouler dans l'évaporateur.
Conformément, à l'invention,la répartition ou dispersion du liquide est effectuée dans les tubes évaporateurs, 26 en munissant les parois internes de ceux-ci d'une rainure ou gorge en hélice 50 de la nature de celle représentée dans les fig.s2 et 3, La rainure ou gorge 50 est for- mée en entaillant et en repoussant vers l'intérieur du métal des dites parois internes,de manière à procurer une lêvre s'étendant vers l'inté- rieur,51,grâce à quoi une face ou xxxxx côté 52 des passages en forme de V fait saillie vers l'intérieur d'une petite distance au delà des por- tions de parois internes 53 et se trouve disposé entre des tours succes- sifs de la rainure ou gorge en hélice.
L'entaille est formée comme on le voit fig.2,suivant un angle très aigu par rapport à la paroi interne, de sorte que les passages en V comportant les faces 52 et 54 ne sont pas perpendiculaires à la longueur des tubes,mais sont inclinés d'un certain angle sur la verticale, de fait de rendre rugueuses les parois internes des tubes 26 en formant les rainures ou gorges 50 est extrêmement avan- tageux,car ainsi l'étendue de la surface interne est pratiquement dou- blée. Ceci procure une surface de transmission de chaleur qui est beau- coup plus grande que la surface de contact procurée par des tubes pré- sentant les parois internes lisses usuelles.
Dans la réalisation illustrée de l'invention,les tubes 26 sont au- 'tant que possible de niveau avec le liquide introduit dans l'évaporateur, qui passe uniquement le long de l'extrême fond des tubes. lorsque le liquide s'écoule le long des parties inférieures des rainures ou gorges 50, les tours individuels des rainures ou gorges se remplissent de li- quide,et ce liquide grimpe sur les côtés des tubes par action capillaire pour mouiller toute la. surface par le liquide. A supposer que l'action capillaire soit brisée à un moment quelconque,en un quelconque endroit particulier,l'ascension du liquide recommencera lorsqu'un quantité suf- fisante de liquide se sera de nouveau accumulée ou se rassemblera dans la portion inférieure de cet emplacement ou de cette rainmre ou gorge.
Avec du liquide qui uniquement ruisselle dans les tubes 26,la quan- tité totale de liquide contenue ou retenue dans l'évaporateur 12 est un minimum et, en même temps,la rugosité des parois internes des tubes obli- ge pratiquement toute l'étendue des parois à rester mouillée.Le liquide
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réparti ou dispersé de cette manière s'évapore,la chaleur nécessaire à cette évaporation étant prélevée à l'air s'écoulant sur les surfaces externes des tubes 26 et les ailerons 27, par exemple.
La répartition ou dispersion de liquide sur une grande étendue de surface s'étendant vers les parties supérieures des tubes 26,est extrêmement désirable,car pra- tiquement toute la transmission de chaleur est alors effectuée directe- ment à du liquide.Ainsi,alors même que seule la force de gravité est disponible ou utilisable pour provoquer la distribution du liquide,les rainures ou gorges 50 dans les tubes 26 sont avantageusement utilisées pour favoriser et faciliter la répartition ou dispersion du liquide.
Dans un système de réfrigération par absorption,généralement analo à celui décrit plus haut et illustré dans la fig.l,des tubes 26 pourvus de.rainures ou gorges semblables aux rainures ou gorges 50 ont été trou- vés extrêmenent satisfaisants. Dans pareil système contenant une solution de chlorure de lithium à 40% en poids,le rapport du volume vapeur au volume liquide est" de l'ordre de 100. 000 à 1 à une température de l'é- va,porateur de 10 C environ,la pression de vapeur dans l'évaporateur étant approximativement,dans pareilles conditions,de 9mm de mercure.
Dans. un évaporateur de ce genre,la formation de rassemblements de liqui- de donne lieu à des objections en raison de troubles susceptibles de se produire dans la phase liquide..ues troubles de la pnase liquide ou trou- bles liquides peuvent être dénommés "surchauffe" et proviennent d'un manque d'agitation du liquide,en sorte que du liquide plus ou moins stag- nant lorsqu'il se rapproche de sa température de vaporisation,montre ou offre une résistance à passer de la phase liquide à la phase vapeur.
Dans ces conditions,une bulle de vapeur se formant en dessous du niveau de la surface du liquide peut provoquer une violente projection vers le haut de liquide,qui est d'autant plus marquée que la distance de la bulle de vapeur à la surface du liquide est plus grande.
-En raison du rapport relativement élevé du volume vapeur au volume liquide,et à l'effet produit par la surchauffe,la formatiom de bulles de vapeur peut être tellement rapide que du réfrigérant peut être expul- sé hors des tubes et perdu en ce qui concerne une action réfrigérante ultérieure. En amenant uniquement le liquide à ruisbeler le long des parties inférieures des tubes 26,par maintient-dû niveau liquide à un extrême minimum, et en prévoyant les rainures ou gorges 50,une mince
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couche de liquide réfrigérant, ebt formée sur une grande portion des sur- faces internes des tubes.
Le réfrigérant passe de l'état liquide à la phase gazeuse par vapo- risation qui est de la nature d'une ébullition:.par contraste avec la, ma- nière dont se produit l'évaporation lorsqu'il s'agit uniquement d'un phé- nomène superficiel, La vaporisation par ébullition se produit dans toute la masse de liquide etdiffère par cet aspect très important du phénomè- ne d'évaporation superficielle.
Alurs que les rainures ou gorges 50 pro- voquert. la formation d'une coucne de liquide telativement mince qui cou- vre une grande étendue de surface dans les tubes 36;, la vaporisation du liquide à ou à partir de cette couche liquide est néammoins encore de la nature de l'ébullition,mais sans les inconvénients qui se produisent lorsque des flaques ou rassemblements de liquide d'une certaine profon- deur sont formés et qu'il se produit une violente ébullition avec forma- tion du bulles de vapeur en dessous du niveau de la surface du liquide.
Dans le système de réfrigération par absorption défini plus haut, dans lequel on utilise des tubes tels que les tubes 26,les tubes peuvent a,voir un diamètre externe de 25 mm et une épaisseur de paroi d'environ 0,9mm,avec l'intérieur des tubes pourvu d'une rainure ou gorge en héli- ce d'environ 8 à 9 passages ou tours au cm.En pareil cas,les fonds ex- trêmes des passages en V sont à environ 0,6 mm de la paroi externe des tubes,et les parties extrêmes des lèvres 51 à environ 1,25 mm de la pa- roi externe des tubes. Avec des passages eh V ayant les dimensions pré- citées,dans les tubes évaporateurs,la répartition ou dispersion du li- quide vers les portions supérieures des tubes est fn,cilement réalisée par action capillaire.
Bien qu'une seule réalisation de l'invention ait été représentée et décrite,il est évident que des modifications pourraient être apportées sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l'invention- Alors que le perfectionnement pour favoriser la répartition ou dispersion de liquide dans une tuyauterie aété incorporé à un évaporateur d'un système de ré- frigération par absorption tel que celui décrit,il doit être entendu que l'invention peut également bien être utilisée dans des évaporateurs de systèmes de réfrigération d'autres types.En outre,
des tubes ou tuyaux rainurés à la manière décrite peuvent aussibien être employés dans des absorbeurs de systèmes de réfrigération pour favoriser la répartition
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ou dispersion d'un liquide d'absorption et procurer une surface de con- tact entre gaz et liquide aussi grande que possible pour un absorbeur de grandeur donnée.L'invention englobe naturellement toutes ces modifi- cations.