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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.