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B R E V E T D ' 1 N V E N T 1 0 N SYSTEME DE REFRIGERATION.
La présente invention a trait à des systèmes de réfrigération du type dans lequel la vapeur réfrigérante est condensée à une pression et à une température données et évaporée à une pression et une tempé- rature plus basses; elle a plus particulièrement trait à un procédé et à un appareil pour régler dans de tels systèmes l'écoulement des fluides entre le condenseur et l'évaporateur, afin de purger automa- tiquement le condenseur des gaz non condensables.
Dans de tels systèmes de réfrigération, on a jusqu'ici considéré nécessaire d'empêcher l'écoulement hors du condenseur de toute vapeur réfrigérante non condensée, et des appareils tels que soupapes, ori- fices, tubes capillaires et colonnes liquides ont été utilisés entre le condenseur et l'évaporateur afin de maintenir la différence des pressions. Afin de maintenir une étanchéité entre le condenseur et l'évaporateur, les appareils sont noyés d'un réfrigérant liquide cons- tituant un purgeur pour empêcher l'écoulement de n'importe quelle va- peur, mais la façon d'actionner les appareils et/ou la dimension de ces derniers sont telles qu'elles laissent passer dans le condenseur le réfrigérant liquide condensé.
De tels procédés, en somme, permet- tent au réfrigérant liquide de s'écouler, tout en empêchant l'écoule- ment de toute vapeur réfrigérante, pour maintenir la différence des pressions dans le condenseur et l'évaporateur.
On a trouvé que la différence des pressions dans le condenseur et l'évaporateur peut être maintenue essentiellement tout en permet-
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tant la passage d'une partie de vapeur non condensée. Ceci est dù au fait que la pression du condenseur est déterminée en grande partie par la température de l'eau de refroidissement utilisée pour conden- ser la vapeur réfrigérante dans le condenseur et qu'elle n'est pas grandement affectée par la quantité de vapeur condensée.
Suivant la présente invention, c'est à dessein que l'on permet à de la vapeur réfrigérante non condensée de s'écouler continuelle-
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ment du condenseur vers 1'éva,poi ateur, et l'écoulement est si limité en importance qu'il ne forme pas une partie appréciable de l'écoule- Dent réfrigérant total. Le réfrigérant liquide et la vapeur réfrigé- ra.nte s'écoulent du condenseur vers l'évaporateur en courants séparés et les courants pouvant avoir à suivre des chemins séparés.
Toutefois, les courants séparés doivent suivrele même chemin d'écoulement que l'on réalise plus grand qu'il n'est nécessa,ire, afin de faire passer tout laréfrigérant liquide condensé dans le condenseur;, mais suffi
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samment petit afin d.8 limiter l'écoulement de la, vapeur réfrigérante non condensée en une petite quantité prédéterminée de la quantité totale du réfrigérant s'écoula,nt par ce chemin.
En permettant l'écou-
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lement du tout le réfrigérant liquide et 8cmlsT10nt un éCGulc;Jcnt 1i- mité de la. vapeur réfrigér'o.nte non condensée du condenseur vers l'é- vaporateurj la différence entre les pressions dans le condenseur et l'évaporateur peut être maintenus, et les gaz non Cond(311Sû,bles qui peuvent S9 trouver dans le condenseur s'écouleront avec la vapeur ré- frigérante non condensée vers l' éVl.T>ore,teill"111 Le procédé da la présen- te invention comporte donc le stade de faire s'éooular d'une manière C')11tipl.L8 dos gaz non oondnnsables avec U11() Quantité 11:r;1tE3 do Vdl,.,:L1'1' réfrigérante du condenseur vers l'évaporatour, afin de purger aut,.tO:la- tiquement le condenseur des gaz non-oonc1on8(1blGs, tout en limitant la non condensée à une partie négi i goable de la quantité/ y>erTi.e d'G Va?a:Jx' l'G:
CriÉrante tOtal3 C?Li r t'1 i aflt :I'éCOLlla?2t entre ces doux appareils.
La présente invention est particulièrement adoptée pour être
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utilisée dans lus sya bernes do réfrigération par absorption du .=à;po qui fonctionno en dessous de la pression atmosphérique et qui utilise un liquide tel que de l'aau cora:ne réfrigérant et la :9otc,sce, l'D,cilla sulfurique, les sels hygroscopiques ou similaires, comme absorbants.
Des gaz non oondensables peuvent se produire dans le condenseur de ce
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type de système et les gaz présentent dans le système un volume ex- traordinaire à basse pression et annulent dles surfaces de transfert de chaleur. La présence de petites quantités, en poids, de gaz non condensables dans le condenseur, constituera donc un obstacko sérieux à la bonne marche du système. On a, jusqu'ici, disposé une colonne liquide entre le condenseur et l'évaporateur et les gaz non condensa- bles ont été retirés en les entraînant dans le réfrigérant condensé au moment où celui-ci s'écoule du condenseur vers l'évaporateur.
Quand on purge les gaz non condensables de cette manière, des tampons ou bulles de vapeur réfrigérants sont également entrainés qui peuvent s'écrouler dans la colonne liquide en produisant un son ou un bruit de choc tel que dans certaines conditions d'opération, l'intensité du bruit soulève des objections. Suivant la présente invention, on peut purger d'un tel système, d'une manière continue, les gaz non condensables, sans aucun des bruits causés par la chute de la vapeur dans une colonne liquide et, en donnant au chemin de l'écoulement une dimension convenable, on peut maintenir la perte du réfrigérant en dessous de 1% de la quantité totale du.réfrigérant distribué au condenseur.
A titre d'exemple, l'invention est représentée comme s'appli- quant à un système de réfrigération à absorption du type susceptible de fonctionner en dessous de la pression atmosphérique. Il est enten- du, toutefois, que les dessins n'ont qu'une valeur de démonstration et ne définissent nullement les limites de l'invention exposée égale- ment dans le résumé annexé.
Dans le dessin : la fig.1 est une vue schématique d'un système de réfrigération à absorption, représentant un orifice entre le condenseur et l'évapo- rateur, afin de permettre l'écoulement simultané du réfrigérant liqui- de et de la vapeur réfrigérante non condensée en courants séparés et de restreindre l'écoulement de la vapeur.
La fig.2 est, à plus grande échelle, une vue en plan, partielle- ment en coupe, d'une partie de canalisation entre le condenseur et l'évaporateur, afin de montrer plus clairement l'orifice.
La fig.3 est une vue en coupe d'une variante permettant l'écou- lement simultané du liquide réfrigérant et de la vapeur du condenseur
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vers l'évaporateur avec restriction dans l'écoulement de la vapeur, at
La. fig.4 est encore une autre variante incorporant les caracté- ristiques nouvelles de la présente invention.
La, fig.1du dessin montre la présente invention comme s'appli- quant à un système de réfrigération à absorption pour traiter l'air.
Le système agit en dessous de la pression atmosphérique et utilise l'eau comme réfrigérant et une solution de sel halide telle que le chrlorure de lithium ou le bromure de lithium, comme absorbant. Le système de réfrigération comprend un générateur 5, un condenseur 6, un évaportateur 7, un appareil à absorber 8 et un échangeur de chaleur
9, reliés entra eux, afin de ménager des chemins d'écoulement pour la circulation du réfrigérant et de l'absorbant à travers le système.
Le générateur 6 possède une séria de tubes verticaux 10 reliés par leur extrémité inférieure à une chambre d'admission 11 pour la solu- tion absorbante et reliés par leurs extrémités supérieures à une cham- bre de séparation 12 Une paroi 13 entoure les tubes 10 pour ménager entre eux une chambre de chauffage 14. La chambre de séparation 12 est reliée au condenseur 6 par une conduite 15 et le condenseur, à son tour, est relié à l'évaporateur 7 par une conduite 10 avec rani fication 16a et 16b, voir fig.2, constituant un chemin d'écoulement pour le réfrigérant liquide, tout en permettant un écoulement limité de vapeur réfrigérante du condenseur 6 à l'évaporateur 7, cornue il sera décrit plus loin en détail.
L'évaporateur 7 comporta une série de tubes 19 sensiblement ho- rizontaux s'étendant entre les têtes 20 et 21 Le réfrigérant liquide, distribué par les ramifications 16a. et 16b de la conduite 16, vers une extrémité des tubes supérieurs 19 dans la têtière 20, les traverse par gravité et est recueilli dans un auget 22 dans la tête 21 afin de le diriger dans l'extrémité du tube suivant situé en dessous. Cha- cun des tubes 19 possède un auget 22 pour recueillir le réfrigérant du tube adjacent et le distribuer pour s'en écouler par gravité de sorte que le réfrigérant s'écoule successivement par chaque tube du haut en bas de l'évaporateur.
L'auget 22, à l'extrémité du tube 19 le plus bas de l'évaporateur 7, est relié par une.conduite 23 à un récipient de concentration 24, lequel, à son tour, est relié par une
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conduite 25 à la chambre d'admission 11 au bas du générateur 5.
Une conduite 26 de compensation de pression relie le haut du réci- pient de concentration 24 à la tête 20 de l'évaporateur 7. Le réci- pient de concentration 24 agit, en réponse aux variations dans les différences de pressions dans les cotés à haute et basse pressions du système, afin soit de réserver, soit de distribuer le liquide réfrigérant et faire varier ainsi la concentration de la solution d'absorption,suivant les variations des conditions de l'opération comme par exemple la température de l'eau de refroidissement. L'éva- porateur 7 communique avec l'appareil à absorber 8 par les passages ou têtes 20 et 21 qui s'ouvrent directement dans le haut de l'appa- reil"à absorber.
Les têtes 20 et 21, ensemble avec le haut de 1'ap- pareil à absorber 8, constituent un chemin pour diriger un courant de l'air à traiter sur les tubes 19 et entre une série de nervures 27 en contact thermique avec les tubes, afin de transférer la cha- leur de l'air au réfrigérant dans les tubes.
Une solution d'absorption faible en réfrigérant ou, en d'autres termes, une solution concentrée de sels, s'écoule de la chambre de séparation 12 vers le haut de l'appareil à absorber 8 dans un chemin d'écoulement comprenant une conduite 28, un échangeur de chaleur 9, et la conduite 29. La solution d'absorption forte en réfrigérant ou, en d'autres termes, une solution diluée, s'écoule du bas de l'appa- reil à absorber vers la chambre d'admission 11 du générateur 5 dans un chemin d'écoulement comprenant la conduite 30, l'échangeur de cha- leur 9, la conduite 31, le récipient de niveau 32 et la conduite 33.
Des colonnes liquides dans les conduites 29 et 30 maintiennent la différence de pression dans le générateur 5 et l'appareil à absorber 8. Dans la fig.1, le niveau du liquide dans la conduite 28, reliée à la conduite 29 par l'échangeur de chaleur 9, est indiqué par la lettre y et le niveau du liquide dans la conduite 30 est indiqué par la lettre z.
L'appareil à absorber 8 et le condenseur 6 sont refroidis par de l'eau de refroidissement, provenant de n'importe quelle source appropriée, telle que du tuyau de la ville, d'une tour de refroidis- sement, ou similaire. L'eau de refroidissement est distribuée d'une conduite 34 à une tête 35 qui distribue l'eau de refroidissement à un
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faisceau de tubes serpentins 36 dans l'appareil à absorber 8, L'eau de refroidissement;, provenant des serpentins 36, est distribuée à une tête 37 et, de celle-ci, elle s'écoule par la conduite 38 vers la chambre d'admission 39 du condenseur 6. L'eau de refroidissement, provenant du condenseur, est évacuée de la chambre 40 par un tuyau de dégagement non représenté.
La solution concentrée de sels, distri- buée à l'appareil à absorber 3 par la conduite 29, est divisée en pluie par un répartiteur de liquides 41 et les gouttes ruissellent par gravité sur le faisceau de serpentins tubulaires 36.
Le générateur 5 est chauffé par de la vapeur distribuée par une conduite 43 et provenant de n'importe quolle source, telle que d'une chaudière non représentée. La partie supérieure de la chambre de chauffage 14 du générateur 5 a accès à l'atmosphère par un tuyau 44 et condense les décharges provenant de la partie inférieure de la chambre de chauffage par un tuyau de décharge 45 La vapeur est ainsi distribuée à la chambre de chauffage 14 du générateur 5 à la pression atmosphérique et à une température constante prédéterminée, corres- pondant à la pression atmosphérique, et sa chaleur est -transférée par las tubes 10, afin de chauffer la solution d'absorption à l'inté- rieur et d'en expulser le réfrigérant.
L'allure à laquelle le réfri- gérant est expulsé de la solution d'absorption dans le générateur 5 dépend de la quantité de vapeur distribuée à la chambre de chauffage 14.
Suivant la présente invention, la conduite 16, entre la conden- seur 6 et l'évaporateur 7 est agencée de telle sorte qu'elle permet l'écoulement du réfrigérant liquide a,u moment où il est condensé dans le condenseur, et un écoulement limité.des gaz non condensables avec la vapeur réfrigérante, en courants continus séparés. Dans la forme de réalisation de l'invention, représentée figs 1 et 2, la conduite 16 possède un étranglement sous forme d'une cloison 46 s'étendant en travers de la conduite 16 avec un trou 47 pratiqué à l'intérieur.
Le trou 47 est plus grand qu'il n'est nécessaire pour laisser passer la, totalité du réfrigérant liquide condensé dans le condensaur 6, mais il est suffisamment petit pour restreindre le flux de la va,peur pas- sant par ce trou en une quantité telle qu'aucune perte appréciable de
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réfrigérant ne se produise.
Par exemple, avec le système de réfrigé- ration à absorption du typedécrit, pour produire l'effet de la fu- sion de 5 tonnes de glace en 24 heures, le liquide réfrigérant sera condensé dans le condenseur à l'allure d'environ 0,450 kg/min., le condenseur aura une pression de 0,069 Kg/om2 correspondant à une température de condensation de 55 c et la pression de l'évapora- teur sera de 0,0103 Kg/om2 correspondant à une température de 24 c
Avec une différence de pression de 0,056 kg/cm2 un trou dont le dia- mètre est de 2,15 mm de diamètre laissera passer le liquide réfrigé- rant à l'allure de 0,450 kg/min.
Le diamètre du trou 47 est de 2,7 mm de diamètre, il est donc plus grand qu'il n'est nécessaire pour distribuer le réfrigérant liquide condensé dans le condenseur, de sorte que de la vapeur réfrigérante s'écoulera aussi par ce trou.
Le trou 47, avec un diamètre de 0,27 mm, laissera passer la vapeur réfrigérante à l'allure maximum de 0,0056 kg/min. quand aucun liqui- de réfrigérant condensé ne le traverse. Cette quantité de vapeur réfrigérante non condensée représente une perte de moins de 1% de la capacité de réfrigération. Toutefois, le réfrigérant liquide s'é- coulera par le trou 47 pendant l'opération à l'allure de 0,450 kg/min de sorte que l'écoulement de la vapeur sera réduit à une quantité négligeable.
Les gaz non condensables qui pourraient se trouver dans le con- denseur 6 s'écouleront par la conduite 16 et le trou 47 vers l'éva- porateur 7 avec la vapeur réfrigérante. Etant donné que les gaz non condensables s'écoulent simplement par une conduite, ils ne produi- ront pas de bruits désagréables, comme ceux qui peuvent se produire lorsque la vapeur est prise dans une colonne liquide comme il a été expliqué antérieurement. Les gaz non condensables, s'écoulant par les premiers tubes 19 de l'évaporateur 7, entreront dans la tête 21 et seront balayés avec la vapeur réfrigérante dans l'appareil à absorber 8. Comme tous les gaz non condensables ne seront pas absor- bés, ils s'accumuleront au bas et au centre de l'appareil à absorber où la turbulence est la plus faible.
Les gaz non condensables dans l'appareil à absorber annuleront également cette partie des surfaces de transfert de chaleur qu'ils recouvrent, et on a prévu un purgeur pour retirer d'une manière cons-
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tante les gaz non condensa,bles de l'appareil à absorber 8. comme re- présenté fig. 1 l'appareil purgeur comporte un récipient absorbeur auxiliaire 50 avec un tube à succion ,il s'étendant dans l'appareil à absorber 8.
Un serpention 52 dans le récipient absorher auxili- aire 50 est relié entre les conduites 34 et 38 pour faire couler de l'eau de refroidissement par ce serpentin, et une conduite 53 relie le haut du récipient absorbant auxiliaire à la conduite 29, afin de faire ruisseler une quantité limitée de solution d'absorp tion, faible en réfrigérant), sur le serpentin de refroidissement.
Un tube vertical 54 est relié entre un puisard, au bas du récipient absorbeur auxiliaire 50 et un tube d'ascension 55 et ce dernier est relié à la conduite 30, à sa partie inférieure, et à un récipient de réserve 56 à sa partie supérieure. Le récipient absorbeur auxi- liaire 50 attire la vapeur réfrigérante et les gaz non condensables de l'appareil à absorber principal 8, et la vapeur réfrigérant est absorbée dans la solution qui le traverse. Le tube 54 épuise la so- lution et les gaz non condensables en tampons alternés et la solu- tion s'écoule par la conduite 30 tandis que les gaz non condensa- bles montent par le tube d'ascension 55 et sont recueillis et mis en réserve dans le réservoir 56 Ayant ainsi décrit en détail une forme de réalisation de l'invention, on va décrire comme suit le mode opératoire.
Lorsque la, vapeur est distribuée à la chambre 14 du générateur 5 la chaleur est transmise par les tubes 10 du générateur, afin d'expulser l'eau réfrigérante de la solution de sels qui s'y trouve et la solution est élevée dans les tubes par l'action ascensionnelle de la vapeur. La vapeur réfrigérante s'écoule ensuite par la chambra de séparation 12 et la conduite 15dans le condenseur 6 dans lequel elle est condensée en un liquide.
La solution d'absorption dans la chambre 12 s'écoulo par gravité dans la conduite 28, l'échangour do cbaleur et la conduite 29 dans le répartiteur 41 en haut de l'appa- reil à absorber 8, où elle est divisée en pluie et ruisselle sur le faisceau da berpentisbs de refroidissement 36
Le réfrigérant liquide et la vapeur réfrigérante s'écoulent, on courants continus séparés, par la conduite 16 et le trou 47, depuis le condenseur 6 vers l'évaporateur 7. Comme le courant de réfrigérant
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liquide a besoin d'un espace ne constituant qu'une partie de l'enpa- ce présenté par le trou 47, afin de s'écouler librement à travers ce dernier, la vapeur réfrigérante s'écoulera d'une manière conti- nue par le restant du trou,
par suite de la différence de pression dans le condenseur 6 et dans l'évaporateur 7. Comme le volume de la vapeur réfrigérante à la basse pression régnant dans le conden- seur 6 est, au volume de liquide, d'un rapport de 20,000 à 1, l'é- coulement de la vapeur réfrigérante non condensée à faible densité se limira à une quantité négligeable par le trou 47, tout en per- mettant l'écoulement du réfrigérant liquide, aussi vite qu'il est condensé dans le condenseur 6. Ainsi donc, des gaz non condensables dans le condenseur 6 s'écouleront, avec la vapeur réfrigérante, par la conduite 16 et le trou 47 vers l'évaporateur 7.
Le réfrigérant liquide, entrant dans les tubes supérieurs 19 de l'évaporateur 7, s'écoule par gravité par les tubes successive- ment et est évaporé par le transfert de chaleur du courant d'air s'écoulant sur les tubes. La vapeur réfrigérante, produite par l'é- vaporation du réfrigérant liquide dans les tubes 19 de l'évaporateur 7, s'écoule par les têtes 20 et 21 dans l'appareil à absorber 8 où elle est absorbée dans la solution d'absorption ruisselant sur le faisceau de serpentins de refroidissement 36 dans l'appareil à ab- sorber. La solution d'absorption, s'accumulant dans le bas de l'ap- pareil à absorber 8, coule ensuite par la conduite 30, l'échangeur de chaleur 9, la conduite 31, le pot de niveau 32 et la conduite 33 vers la chambre d'admission 11 au bas du générateur 5.
La solution d'absorption s'écoule simultanément de la conduite 29 par l'appareil d'absorption auxiliaire 50 pour absorber la vapeur réfrigérante et attirer les gaz non condensables de l'appareil à absorber 8. La so- lution d'absorption et les gaz non condensables, dans l'appareil à absorber auxiliaire 50, s'écoulent ensuite en tampons alternés par le.tube-siphon 54 dans le tube d'ascension 55 où les gaz montent dans la chambre de réserve 56, et le liquide d'absorption s'écoule dans la conduite 30.
Dans la fig.3, une variante est représentée pour permettre l'écoulement continu du réfrigérant liquide, et des gaz non condensa-
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bles avec la vapeur réfrigérante non condensée en des courants sé- parés depuis le condenseur 6 jusqu'à l'évaporateur 7, comprenant un récipient de réserve 68 pour recevoir le réfrigérant condensé dans le condenseur 6. Le récipient 58 présente à l'intérieur une paroi cylindrique 59 pour ménager une chambre annulaire de réserve 60 et un puisard lsitué au contre sous le dessous de la chambre.
La paroi 59 présente une ouverture 62 pour distribuer le réfrigérant liquide au puisard à une allure plus lente quo celle à laquelle il est condansé, jusqu'àd ce que la chambre annulaire soit pleine et alors le réfrigérant déborde par le haut de la paroi 59 et entre dans le puisard. Une extrémité d'une conduite 63 s'avance dans le puisard 61 et son extrémité opposée est reliée aux tubes supérieurs 19 de 1'évaporateur 7. L'extrémité de la conduite 63 dans le puisard 61 est réduite et formée en orifice 64 par lequel le réfrigérant liqui- de et la vapeur réfrigérante peuvent s'écouler concurremment en cou- rants séparés.
La construction représentée fig.3fonctionne de la. même façon que la conduite 16 et l'orifice 47 représenté fig.l, mais elle per- met de mettre en réserve du réfrigérant liquide pendant le fonction- nement du système et de distribuer du réfrigérant, mis en réserve, par l'ouverture 62 après l'accomplissement d'une période d'opéra,- tion, pour diluer la, solution d'absorption dans le générateur 5 A cette fin, le réfrigérant s'écoule par la, conduite 63 les tubes 19 de l'évaporateur 7, la conduite 23 le récipient de concentration 84 et la conduite 25 vers la chambre d'admission 11, au bas du géné ratour 5 Une petite quantité seulement de réfrigérant s'évaporera dans les tubes 19 de l'évaporateur 7.
après l'accomplissement d'un cycle d'opérations, car aucune solution d'absorption n'est distri- buée à l'appareil à absorber 8 et la circulation d'air refoulé sur les tubes est arrêtée.
Dans la fig.4, on représente encore une variante de construc- tion comportant un récipient 70 raccordé pour recevoir le réfriege rant liquide directement du condenseur 6. Dans le récipient 70 est disposée une chambre fermée 71 qui dépasse sous le récipient pour ménager un puisard 72. La paroi de la chambre 71 est munie d'un ori- five 73 de dimensions telles qu'il permette le flux simultané du
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réfrigérant liquide et de la vapeur réfrigérante en courants sépa- rés, tout en limitant l'écoulement de la vapeur réfrigérante afin de limiter la perte de réfrigérant. Une conduite 74 raccorde le pui- sard 72 aux tubes supérieurs 19 de l'évaporateur 7. La disposition représentée fig.4 fonctionne de la même manière que la conduite 16 représentée fig.l.
On fait maintenant observer que la présente invention présente un procédé et un appareil devant permettre un écoulement continu de réfrigérant liquide et de gaz non condensables avec la vapeur réfri- gérante en des courants séparés depuis le condenseur jusqu'à l'éva- porateur, tout en maintenant la différence de pressions dans les éléments. On fait de plus observer que la présente invention permet de purger automatiquement les gaz non condensables depuis le conden- seur jusqu'à l'évaporateur sans se servir d'un équipement spécial de pompe ou sans bruit.
Bien que plusieurs formes de réalisation de l'invention aient été représentées et décrites, il demeure entendu que d'autres varan tes peuvent être apportées dans la construction et l'agencement des éléments sans pour cela se départir de l'esprit et de la portée de l'invention.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de réfrigération à l'aide d'un système dans lequel un fluide réfrigérant est liquéfié dans une section à pression plus élevée et évaporé dans une section à pression plus basse du système, caractérisé par l'écoulement du réfrigérant liquide et de gaz non con- densables mélangés à la vapeur du réfrigérant, en courants sparés de plus élevée à la section-a pression/ la section pression plus basse afin de purger automatiquement de tels gaz la section à pression plus élevée.
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B R E V E T D '1 N V E N T 1 0 N REFRIGERATION SYSTEM.
The present invention relates to refrigeration systems of the type in which refrigerant vapor is condensed at a given pressure and temperature and evaporated at a lower pressure and temperature; it relates more particularly to a method and to an apparatus for regulating in such systems the flow of fluids between the condenser and the evaporator, in order to automatically purge the condenser of non-condensable gases.
In such refrigeration systems, it has heretofore been considered necessary to prevent the flow out of the condenser of any non-condensing refrigerant vapor, and apparatus such as valves, ports, capillaries, and liquid columns have been used between. the condenser and the evaporator in order to maintain the pressure difference. In order to maintain a seal between the condenser and the evaporator, the devices are flooded with a liquid refrigerant constituting a trap to prevent the flow of any vapor, but the way of operating the devices and / or the size of the latter are such that they allow the condensed liquid refrigerant to pass into the condenser.
Such methods, in short, allow liquid refrigerant to flow, while preventing the flow of any refrigerant vapor, to maintain the difference in pressures in the condenser and evaporator.
It has been found that the difference in the pressures in the condenser and the evaporator can be maintained essentially while allowing
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both the passage of a part of non-condensed vapor. This is because the condenser pressure is largely determined by the temperature of the cooling water used to condense the refrigerant vapor in the condenser and is not greatly affected by the amount of vapor. condensed.
According to the present invention, it is purposely that non-condensing refrigerant vapor is allowed to flow continuously.
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From the condenser to the vent, poi ator, and the flow is so limited in magnitude that it does not form an appreciable part of the total refrigerant flow. Liquid refrigerant and refrigerated vapor flow from the condenser to the evaporator in separate streams and the streams may have to follow separate paths.
However, the separate streams must follow the same flow path which is made larger than necessary in order to pass all the condensed liquid refrigerant into the condenser, but sufficient.
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sufficiently small in order to limit the flow of the non-condensing refrigerant vapor to a predetermined small amount of the total amount of the refrigerant flowed by this path.
By allowing the listening
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liquid refrigerant at all and 8cmlsT10nt ECGulc; Jcnt 1i- lity of. non-condensed refrigerated vapor from the condenser to the evaporator j the difference between the pressures in the condenser and the evaporator can be maintained, and the non-Cond (311Sû, bles which can S9 find in the condenser s' The process of the present invention therefore comprises the stage of making the gas flow in a manner C ') 11tipl.L8 in the gas not oondnnsable with U11 () Quantity 11: r; 1tE3 do Vdl,.,: L1'1 'refrigerant from the condenser to the evaporator, in order to purge aut, .tO: latically the condenser of non-oonc1on8 gases (1blGs , while limiting the non-condensing to a negative part of the quantity / y> erTi.e d'G Va? a: Jx 'l'G:
Shouting tOtal3 C? Li r t'1 i aflt: I'ÉCOLlla? 2t between these gentle devices.
The present invention is particularly adopted to be
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used in the sya bernes of refrigeration by absorption of. = to; po which functions below atmospheric pressure and which uses a liquid such as aau cora: ne refrigerant and the: 9otc, sce, l'D, cilla sulfuric, hygroscopic salts or the like, as absorbents.
Non-condensable gases may occur in the condenser of this
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type of system and gases present in the system an extraordinary volume at low pressure and cancel out the heat transfer surfaces. The presence of small quantities, by weight, of non-condensable gas in the condenser, will therefore constitute a serious obstacle to the proper functioning of the system. Until now, a liquid column has been placed between the condenser and the evaporator and the non-condensable gases have been removed by entraining them in the condensed refrigerant as it flows from the condenser to the evaporator. .
When purging non-condensable gases in this manner, refrigerant vapor buffers or bubbles are also entrained which may collapse into the liquid column producing a sound or shock noise such that under certain operating conditions the noise intensity raises objections. According to the present invention, non-condensable gases can be purged from such a system in a continuous manner, without any of the noise caused by the fall of vapor in a liquid column and, giving the flow path In a suitable size, the loss of refrigerant can be kept below 1% of the total amount of refrigerant supplied to the condenser.
By way of example, the invention is shown as applying to an absorption refrigeration system of the type capable of operating below atmospheric pressure. It is understood, however, that the drawings are for demonstration purposes only and do not define the limits of the invention also set out in the accompanying summary.
In the drawing: fig. 1 is a schematic view of an absorption refrigeration system, showing an orifice between the condenser and the evaporator, in order to allow the simultaneous flow of liquid refrigerant and steam refrigerant not condensed in separate streams and restrict the flow of steam.
Fig. 2 is, on a larger scale, a plan view, partly in section, of a part of the pipe between the condenser and the evaporator, in order to show the orifice more clearly.
Fig. 3 is a sectional view of a variant allowing the simultaneous flow of the refrigerant liquid and the vapor from the condenser.
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to the evaporator with restriction in the flow of steam, at
Fig. 4 is yet another variant incorporating the novel features of the present invention.
Fig. 1 of the drawing shows the present invention as applied to an absorption refrigeration system for treating air.
The system operates below atmospheric pressure and uses water as a refrigerant and a halide salt solution such as lithium chloride or lithium bromide as an absorbent. The refrigeration system comprises a generator 5, a condenser 6, an evaporator 7, an absorber 8 and a heat exchanger
9, interconnected, in order to provide flow paths for the circulation of refrigerant and absorbent through the system.
The generator 6 has a series of vertical tubes 10 connected at their lower end to an inlet chamber 11 for the absorbent solution and connected at their upper ends to a separation chamber 12. A wall 13 surrounds the tubes 10 for the absorbent solution. providing between them a heating chamber 14. The separation chamber 12 is connected to the condenser 6 by a pipe 15 and the condenser, in turn, is connected to the evaporator 7 by a pipe 10 with connection 16a and 16b, see fig.2, constituting a flow path for the liquid refrigerant, while allowing a limited flow of refrigerant vapor from the condenser 6 to the evaporator 7, retort will be described later in detail.
The evaporator 7 comprised a series of substantially horizontal tubes 19 extending between the heads 20 and 21. The liquid refrigerant, distributed by the branches 16a. and 16b of the pipe 16, towards one end of the upper tubes 19 in the headrest 20, passes through them by gravity and is collected in a bucket 22 in the head 21 in order to direct it into the end of the next tube located below. Each of the tubes 19 has a trough 22 for collecting the refrigerant from the adjacent tube and distributing it to flow out by gravity so that the refrigerant flows successively through each tube from the top to the bottom of the evaporator.
The trough 22, at the end of the lower tube 19 of the evaporator 7, is connected by a pipe 23 to a concentration vessel 24, which, in turn, is connected by a.
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pipe 25 to the intake chamber 11 at the bottom of the generator 5.
A pressure compensating line 26 connects the top of the concentration vessel 24 to the head 20 of the evaporator 7. The concentration vessel 24 acts, in response to variations in the pressure differences in the high sides. and low system pressures, in order either to reserve or to distribute the refrigerant liquid and thus vary the concentration of the absorption solution, according to variations in the operating conditions such as for example the temperature of the cooling water . The evaporator 7 communicates with the absorber 8 through the passages or heads 20 and 21 which open directly into the top of the absorber.
The heads 20 and 21, together with the top of the absorber 8, provide a path for directing a stream of air to be treated over the tubes 19 and between a series of ribs 27 in thermal contact with the tubes. , in order to transfer heat from the air to the refrigerant in the tubes.
A weak absorption solution in refrigerant or, in other words, a concentrated solution of salts, flows from the separation chamber 12 to the top of the absorber 8 in a flow path comprising a line. 28, a heat exchanger 9, and line 29. The strong absorption solution in refrigerant or, in other words, a dilute solution, flows from the bottom of the apparatus to be absorbed into the chamber d. The inlet 11 of the generator 5 into a flow path comprising the line 30, the heat exchanger 9, the line 31, the level vessel 32 and the line 33.
Liquid columns in pipes 29 and 30 maintain the pressure difference in generator 5 and the device to be absorbed 8. In fig.1, the level of the liquid in pipe 28, connected to pipe 29 by the exchanger of heat 9, is indicated by the letter y and the liquid level in line 30 is indicated by the letter z.
The absorber 8 and the condenser 6 are cooled by cooling water, from any suitable source, such as a city pipe, a cooling tower, or the like. The cooling water is distributed from a line 34 to a head 35 which distributes the cooling water to a
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coil tube bundle 36 in the absorber 8, the cooling water;, coming from the coils 36, is distributed to a head 37 and, from this, it flows through the pipe 38 to the chamber d The inlet 39 of the condenser 6. The cooling water, coming from the condenser, is discharged from the chamber 40 through a discharge pipe not shown.
The concentrated solution of salts, distributed to the apparatus to be absorbed 3 via the pipe 29, is divided into rain by a liquid distributor 41 and the drops run off by gravity on the bundle of tubular coils 36.
The generator 5 is heated by steam distributed by a pipe 43 and coming from any source, such as a boiler not shown. The upper part of the heating chamber 14 of the generator 5 has access to the atmosphere through a pipe 44 and condenses the discharges from the lower part of the heating chamber through a discharge pipe 45 The steam is thus distributed to the chamber 14 of the generator 5 to atmospheric pressure and to a predetermined constant temperature, corresponding to atmospheric pressure, and its heat is transferred through the tubes 10, in order to heat the absorption solution therein. and expel the coolant.
The rate at which refrigerant is expelled from the absorption solution in generator 5 depends on the amount of steam delivered to heating chamber 14.
According to the present invention, the line 16, between the condenser 6 and the evaporator 7 is arranged such that it allows the flow of liquid refrigerant at the moment when it is condensed in the condenser, and a flow limited. of gases which cannot be condensed with the refrigerating vapor, in separate continuous streams. In the embodiment of the invention, shown in figs 1 and 2, the pipe 16 has a constriction in the form of a partition 46 extending across the pipe 16 with a hole 47 made inside.
Hole 47 is larger than necessary to allow all of the condensed liquid refrigerant to pass through condenser 6, but it is small enough to restrict the flow of the va, passing through this hole at once. amount such that no appreciable loss of
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refrigerant does not occur.
For example, with the absorption refrigeration system of the type described, to produce the effect of melting 5 tons of ice in 24 hours, the refrigerant will be condensed in the condenser at the rate of about 0.450. kg / min., the condenser will have a pressure of 0.069 Kg / om2 corresponding to a condensing temperature of 55 c and the pressure of the evaporator will be 0.0103 Kg / om2 corresponding to a temperature of 24 c
With a pressure difference of 0.056 kg / cm2, a hole with a diameter of 2.15 mm will allow the coolant to pass through at the rate of 0.450 kg / min.
The diameter of hole 47 is 2.7mm in diameter, so it is larger than needed to distribute the condensed liquid refrigerant to the condenser, so that refrigerant vapor will flow through this hole as well. .
Hole 47, with a diameter of 0.27 mm, will allow refrigeration vapor to pass at the maximum rate of 0.0056 kg / min. when no condensed refrigerant liquid passes through it. This amount of non-condensing refrigerant vapor represents a loss of less than 1% of refrigeration capacity. However, liquid refrigerant will flow through hole 47 during operation at the rate of 0.450 kg / min so that the flow of vapor will be reduced to a negligible amount.
Non-condensable gases which might be in condenser 6 will flow through line 16 and hole 47 to evaporator 7 with refrigerant vapor. Since the non-condensable gases simply flow through a pipe, they will not produce unpleasant noises, such as may occur when the vapor is taken up in a liquid column as previously explained. The non-condensable gases, flowing through the first tubes 19 of the evaporator 7, will enter the head 21 and will be swept with the refrigerating vapor in the apparatus to be absorbed 8. As all the non-condensable gases will not be absorbed. bés, they will accumulate at the bottom and in the center of the apparatus to be absorbed where the turbulence is weakest.
Non-condensable gases in the apparatus to be absorbed will also cancel out that part of the heat transfer surfaces which they cover, and a trap has been provided to remove in a consistent manner.
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as long as the non-condensing gases of the appliance to be absorbed 8. as shown in fig. 1 the purging apparatus comprises an auxiliary absorber vessel 50 with a suction tube, it extending into the absorber apparatus 8.
A serpention 52 in the auxiliary absorbent container 50 is connected between lines 34 and 38 to flow cooling water through this coil, and a line 53 connects the top of the auxiliary absorbent container to the line 29, in order to run a limited quantity of absorption solution (low in refrigerant) onto the cooling coil.
A vertical tube 54 is connected between a sump, at the bottom of the auxiliary absorber container 50 and a riser tube 55 and the latter is connected to the pipe 30, at its lower part, and to a reserve container 56 at its upper part. . The auxiliary absorber vessel 50 attracts the refrigerant vapor and non-condensable gases from the main absorber 8, and the refrigerant vapor is absorbed into the solution passing through it. Tube 54 exhausts solution and non-condensable gases in alternating buffers and solution flows through line 30 while non-condensable gases ascend through riser tube 55 and are collected and released. reserve in the reservoir 56 Having thus described in detail an embodiment of the invention, the procedure will be described as follows.
When the steam is distributed to the chamber 14 of the generator 5, the heat is transmitted through the tubes 10 of the generator, in order to expel the refrigerating water from the salt solution therein and the solution is raised in the tubes. by the upward action of steam. The refrigerant vapor then flows through the separation chamber 12 and line 15 into the condenser 6 in which it is condensed into a liquid.
The absorption solution in chamber 12 flows by gravity into line 28, the baler exchanger and line 29 into distributor 41 at the top of the absorption device 8, where it is divided into rain. and trickles down on the beam da berpentisbs cooling 36
Liquid refrigerant and refrigerant vapor flow, in separate continuous streams, through line 16 and hole 47, from condenser 6 to evaporator 7. Like refrigerant stream
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liquid needs a space constituting only a part of the enclosure presented by the hole 47, in order to flow freely through the latter, the refrigerating vapor will flow in a continuous manner by the rest of the hole,
owing to the pressure difference in the condenser 6 and in the evaporator 7. Since the volume of the refrigerating vapor at the low pressure prevailing in the condenser 6 is, to the volume of liquid, a ratio of 20,000 to 1, the flow of uncondensed low density refrigerant vapor will be limited to a negligible amount through hole 47, while allowing liquid refrigerant to flow as quickly as it is condensed in condenser 6 Thus, non-condensable gases in the condenser 6 will flow, with the refrigerating vapor, through the pipe 16 and the hole 47 towards the evaporator 7.
The liquid refrigerant entering the upper tubes 19 of the evaporator 7 flows by gravity through the tubes in succession and is evaporated by the transfer of heat from the air stream flowing over the tubes. The refrigerant vapor, produced by the vaporization of the liquid refrigerant in the tubes 19 of the evaporator 7, flows through the heads 20 and 21 into the absorber 8 where it is absorbed in the absorption solution. trickling onto the bundle of cooling coils 36 in the apparatus to be absorbed. The absorption solution, accumulating in the bottom of the apparatus to be absorbed 8, then flows through line 30, heat exchanger 9, line 31, level pot 32 and line 33 towards the intake chamber 11 at the bottom of the generator 5.
The absorption solution simultaneously flows from line 29 through the auxiliary absorption apparatus 50 to absorb refrigerant vapor and attract non-condensable gases from the absorption apparatus 8. The absorption solution and Non-condensable gases, in the auxiliary absorber 50, then flow in alternate buffers through the siphon tube 54 in the ascent tube 55 where the gases rise in the reserve chamber 56, and the liquid d ' absorption flows into line 30.
In fig. 3, a variant is shown to allow the continuous flow of liquid refrigerant, and non-condensing gases.
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bles with the non-condensed refrigerant vapor in separate streams from the condenser 6 to the evaporator 7, comprising a reserve vessel 68 for receiving the condensed refrigerant in the condenser 6. The vessel 58 has therein a cylindrical wall 59 to provide an annular reserve chamber 60 and a sump lsitué against the underside of the chamber.
The wall 59 has an opening 62 to distribute the liquid refrigerant to the sump at a slower rate than that to which it is condansed, until the annular chamber is full and then the refrigerant overflows through the top of the wall 59 and enters the sump. One end of a pipe 63 projects into the sump 61 and its opposite end is connected to the upper tubes 19 of the evaporator 7. The end of the pipe 63 in the sump 61 is reduced and formed as an orifice 64 through which liquid refrigerant and refrigerant vapor can flow concurrently in separate streams.
The construction shown in fig.3 works from the. same way as the pipe 16 and the orifice 47 shown in fig.l, but it makes it possible to reserve liquid refrigerant during the operation of the system and to distribute refrigerant, which has been put in reserve, through the opening 62 after the completion of an operating period, - tion, to dilute the, absorption solution in the generator 5 For this purpose, the refrigerant flows through the pipe 63 the tubes 19 of the evaporator 7, line 23, concentration vessel 84 and line 25 to inlet chamber 11, at the bottom of line 5 Only a small amount of refrigerant will evaporate in tubes 19 of evaporator 7.
after the completion of a cycle of operations, since no absorption solution is distributed to the absorber 8 and the circulation of air discharged over the tubes is stopped.
In FIG. 4, a further variant of construction is shown comprising a receptacle 70 connected to receive the liquid refrigerant directly from the condenser 6. In the receptacle 70 is disposed a closed chamber 71 which protrudes under the receptacle to provide a sump. 72. The wall of the chamber 71 is provided with an ori- five 73 of dimensions such as to allow the simultaneous flow of
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liquid refrigerant and refrigerant vapor in separate streams, while limiting the flow of refrigerant vapor to limit refrigerant loss. A pipe 74 connects the sump 72 to the upper tubes 19 of the evaporator 7. The arrangement shown in fig.4 operates in the same way as the pipe 16 shown in fig.l.
It will now be observed that the present invention discloses a method and apparatus for allowing a continuous flow of liquid refrigerant and non-condensable gases with the refrigerant vapor in separate streams from the condenser to the evaporator, while by maintaining the pressure difference in the elements. It is further observed that the present invention enables non-condensable gases to be automatically purged from the condenser to the evaporator without the use of special pump equipment or noise.
Although several embodiments of the invention have been shown and described, it remains understood that other variations can be made in the construction and arrangement of the elements without departing from the spirit and scope. of the invention.
CLAIMS.
1. A method of refrigeration using a system in which a refrigerant fluid is liquefied in a higher pressure section and evaporated in a lower pressure section of the system, characterized by the flow of liquid refrigerant and gas non-condensables mixed with the refrigerant vapor, in separate streams of higher pressure section / lower pressure section in order to automatically purge such gases from the higher pressure section.