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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR AMELIORER LA CIRCULATION DES LIQUIDES A L'INTERIEUR DES EVAPORATEURS ET DES ABSORBEURS DES APPA- REILS FRIGORIFIQUES,
La présente invention a pour but un procédé perfectionné pour faciliter, intensifier et rendre plus rationnelle la circulation, l'absorption et l'évaporation des liquides au dedans des évaporateurs et absorbeurs à diffusion capillaire des appareils frigorifiques à absorption et à pression équilibrée, l'invention a aussi pour but le dispositif qui permet de réaliser tel procédé.
On sait que pour augmenter l'intensité d'absorption et d'évaporation des fluides frigorigèness dans les appareils frigorifiques tubulaires à absorption, on a cherché d'appliquer la diffusion capilaire longitudinale rendue turbulente par le flux forcé du gaz auxiliaire daps les conduites.
Ce système n'a pu avoir aucune application pratique à cause de la complication des appareils, de l'abaissement du
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rendement therrno-dynanrique et surtout parce qu'il fait perdre, par suite de l'insertion d'un ventilateur dans le circuit des fluides gazeux, la caractéristique principale du frigorifère à absorption, c'est-à-dire celle de n'avoir aucune partie mécani- que en mouvement.
Suivant le brevet italien du 3 juillet 1946-P.V.N 14/96 du même demandeur, la diffusion turbulente longitudinale est substituée par la diffusion transversale calme en vases capillaires continus, en utilisant soit le phénomène de la dépression capillaire due à la diminution de la tension superficielle, soit le phénomène de la pression osiaatique entre solutions à concentrations différentes et soit enfin le phénomène dû aux m mouvements convectifs résultant des chaleurs d'absorption et d'évaporation.
Par ce système, on a pu réaliser des améliorations remarquables quant à l'évaporateur, moins remarquables quant à l'absorbeur et la cause réside dans le fait que si dans l'évaporateur, par effet de l'évaporation du liquide frigorigène; les vases capillaires rappellent automatiquement du bas vers le haut le liquide frgorigène, d'une manière analogue à celle du lumignon d'une lampe à pétrole, dans l'absorbeur, par contre, vu qu'aucune évaporation n'a lieu, la solution absorbante reste presque stagnante dans les vases capillaires du revêtement interne après avoir été aidée, dans sa montée, par les mouvements convectifs et par la pression osmatique, tandis que, dans sa descente, elle est très empêchée par la diminution progressive de son poids spécifique, causée par l'absorption correspondante du fluide frigorigène gazeux ( ammoniaque )
du bas vers le haut.
Pour l'absorbeur, on a donc une diffusion etpas une vraie circulation de la solution ammoniacale.
Même avec l'application de la diffusion capillaire transversale calme, il n'était donc pas possible, jusqu'à ce jour avec n'importe quel autre système connu, de réduire d'une
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panière remarquable la longueur de l'écoulement de la solution absorbante le long du fond des conduites, ce qui rendait néces- saire, dans les absorbeurs, la superposition de nombreuses spi- rales ou bras tubulaires plus ou moins horizontaux pour réali- ser une bonne absorption du fluide frigorigène. Mais la super- position de nombreuses spirales demande le soulèvement à une hauteur remarquable - 400, 500 ou même 600 millimètres - de la solution absorbante, mettant ainsi à dure épreuve la pompe à émultion qui fait partie du rebouilleur.
Un tel effort dans le dispositif de soulèvement peut être souvent la cause soit di- recte soit indirecte de l'arrêt de la circulation et de la plus ou moins rapide mise hors d'usage de l'appareil frigorifique à absorption.
Suivant la présente invention, sans aucune assistance de circulation turbulente mécanique et, par conséquent, sans parties mécaniques en mouvement on peut, oréer, dans l'absor- beur, une très intense circulation transversale de la solution absorbante, même si on n'a, à disposition qu'une longueur très limitée d'écoulement longitudinal: et une pression hydrostati- que très modérée de la solution ammoniacale pauvre.
Dans la pratique, le demandeur a vérifié que, sur un parcours longitudinal donné de la veine liquide absorbante, le rapport de circulation transversale entre le système à simple diffusion capillaire et le système, selon l'invention, peut at- teindre et même dépasser, le rapport de 1 à 10, dans des cas déterminés.
Ce résultat peut être obtenu par la création, en sur- plus aux phénomènes habituels de siffusion capillaire, d'un dé séquilibre hydrostatique dans la masse capilàaire, de manière à rendre possible le soulèvement rapide du fond, de tout liqui- de moyennant transport par système de syphon à travers des va- ses capillaires continus sur un long parcours transversal. Une telle action se produit seulement pour des hauteurs modérées puisque les parois du syphon sont en partie constituées pardes
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pellicules liquides élastiques.
Puisque dans un syphon, la vit tesse du flux dépend de la différence de pression hydrostatique entre l'entrée et le déchargement, compte tenu du frottement et de la viscosité du liquide, il est possible de régler "l'ef- fet de syphon"pour la circulation transversale capillaire de la solution absorbante par réglage, dans certaines limites, de la dépression hydrostatique "h", dont aux figures de 1 à 5.
Au moyen du travail réalisable par l'effet du syphon de la dépression hydrostatique "h", il est possible d'élever, la solution absorbante, d'une manière jamais atteinte, par simple capillarité, dans un absorbeur. En effet, le travail réalisable par cette dépression hydrostatique est énormément plus élevé que le travail réalisé par la diminution de la tension superficielle dans la génération d'une surface liquide, travail qui esfourni lorsque cette surface disparaît.
L'effet de syphon pouvant être toujours suffisant pour le fonctionnement de tout absorbeur commun, une forte compression des revêtements n'est plus nécessaire pour obtenir des vases capillaires extrêmement petits, mais, par contre, il est toujours nécessaire avec le système à diffusion, pour réaliser au moyen d'une forte diminution de la tension superficielle, une plus grande hauteur de soulèvement de la solution absorbante dans le revêtement capillaire.
Seulement dans des cas déterminés, on pourra au moyen de la différence de grandeur des capillaires, orienter le sens de la circulation du flux qui se produit de la dépression capillaire la moins élevée vers la plus élevée, pour le démarrage du syphon.
Tout cela n'est normalement pas nécessaire puisque dans le remplissage du frigorifère, le revêtement se trouve toujours souillé de solution et la moindre dépression hydrostatique "h" en déterminera le démarrage et pour tout période de non-usage de l'appareil, le syphon, une fois démarré, restera tel, puisque le revêtement capillaire sera toujours en contact avec le liquide dans une chambre fermée et saturée de vapeurs qui empêchent
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oute évaporation.
L'effet de syphon, en permettant de surélever beaucoup le rapport : circulation transversale - écoulement longitudi- nal et pour cette raison, avec la réduction en hauteur de l'ab- sorbeur,'réduire l'effort de soulèvement de la solution ammoni- acale pauvre, a aussi l'avantage de permettre à la solution am- moniaoale pauvre d'être distribuée uniformément sur toute la longueur du revêtement, ce qui est extrêmement difficile à éé- aliser d'une autre manière.
On a illustré quelques unes des possibilités de réali- sation de l'invention, à titre d'exemples, seulement, dans les dessins ci-joints, où l'on a exposé d'autres caractéristiques de l'invention même.
Dans les dessins :
La figure 1 est une représentation schématique en sec- tion transversale d'un absorbeur ( ou évaporateur tubulaire ) ou l'effet du syphon capillaire se produit par aspiration cen- trale et reflux symétrique latéral.
La figure 2 est la section transversale d'un absorbeur ( ou évaporateur tubulaire ) où l'effet du syphon se produit par aspiration et reflux périphérique.
La figure 3 est la section transversale schématique d'un évaporateur ( ou absorbeur ) tubulaire qui peut aussi être creux et dans lequel se produit un double effet de syphon.
La figure 4 est la section transversale schématique d'un absorbeur tubulaire ( ou évaporateur tubulaire ) ou l'ef- fet de syphon se produit par aspiration symétrique latérale et reflux central.
La figure 5 est la section transversale schématique d'un absorbeur tubulaire ( ou évaporateur tubulaire ) qui peut aussi être creux et dans lequel l'effet de syphon est intégré par l'aspiration capillaire ou par la diffusion capillaire par gravité.
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, Les figures 6 et 7 sont les sections schématiques, longitudinale et transversale, d'un absorbeur à egfet de sy- phon du type de la figurell.
Les figures 8,9,10 et 11 sont les sections scnémati- ques, longitudinale et transversale, d'un évaporateur à effet de syphon avec ses dispositifs pour la formation de la glace, pour la réfrigération des dentées à oontact direct et enfin pour la réfrigération de l'air de l'armoire.
Par rapport aux dessins, on a indiqué, dans les figu- res, par la lettre "h" la dépression hydrostatique de régime qui produit l'effet de syphon et par conséquent la vitesse de la ciroulation transversale capillaire. On a aussi indiqué par de le chiffre 1, le tube externe de IL'absorbeur ou/l'évaporateur; par 2, le tube interne, si l'absorbeur ou l'évaporateur sont formés par deux tubes, l'un dans l'autre ; par 3 une cuvette pour la solution ammoniacale saturée ou pour l'ammoniaque li- quide anhydre; par 4 le revêtement capillaire du tube externe 1, par 55 le revêtement capillaire du tube interne 2, par 6 l'espace pour la congélation de l'eau ; par 7 le dispositif ailetté pour la réfrigération de l'air de l'armoire frigorifi- que; par 7 le dispositif à plateau réfrigérant pour la réfri- gération par contact des dentées; par 8 le mélange gazeux pau- vre ;
par 9 la solution pauvre d'ammoniaque; par 10 la solution riche d'ammoniaque, par 11 le mélange niche d'ammoniaque; par
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12 l'aollangeur pour les guzf pur 13 l'ulll1!on1aqul!) unl1.ydre li- quide; par 14 la paroi arrière isolante du frigorifère; par 15 l'ensemble de l'absorbeur ; par 16 l'ensemble de l'évaporateur.
FONCTIONNEMENT DES DIFFERENTES POSSIBILITES
DE REALISATION.
FIGURES 1,6 et 7.- Dans cet exemple de réalisation de l'invention qui concerne la circulation de la solution ammoniacale *-dans un absorbeur où l'effet de syphon se produit par aspira-
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tion centrale et reflux sypétrique latéral, le fonctionnement est le suivant :
La solution ammoniacale pauvre qui provient du rebouilleur ( qui ne paraît pas dans la figure ) est introduite par la conduite 9 dans l'étroite et longue cuvette de distribution 3 où sont immergées les lisières du revêtement capillaire 4, qui envel loppe entièrement l'intérieur du tube 1, la partie la plus basse du revêtement capillaire 4, étant à un niveau inférieur à celui de la solution ammoniacale pauvre de la cuvette 3, détermine par effet de syphon un énergique rappel de la solution de la cuvette 3, qui monte ainsi axialement pour descendre ensuite symétriquement par les deux côtés et sur toute la longueur de l'absorbeur.
Puisque la dépression hydrostatique "h" peut être aisément obtenue constante pour toute la longueur de l'absorbeur, l'effet de syphon sera pratiquement constant sur toute cette longueur et on aura pour cette raison une circulation transversale homogène, si, par contre, dans des cas déterminés, la circulation doit augmenter ou diminuer graduellement d'une extrémité à l'autre de l'absorbeur, c'est-à-dire de la part d'où le mélange gazeux riche entre ou de la part d'où le mélange gazeux pauvre sort, il suffira de varier la hauteur de la dépression hydrostatique "h", par l'inclinaison du tube.
Ce résultat présuppose que le déchargement du syphon se réalise dans le voile liquide qui s'écoule sur le fond du tube qui est compris dans la masse capillaire, de manière à suivre l'éventuelle inclinaison du tube tandis que le liquide dans la cuvette reste horizontal.
Le mélange gazeux riche qui sort de l'échangeur à gaz 12 ( dont la fig. 6 ) entre par le tube 11 dans l'extrémité arri- ère 18 de l'absorbeur et trouve soit la masse capillaire imbibée de solution ammoniacale, qui circule transversalement soit la masse capillaire imbibée de solution ammoniacale, qui circule transversalement soit la masse verticale et centrale ou la solution ammoniacale est aspirée de la cuvette 3. Le mélange gazeux
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s'appauvrit, au fur et à mesure qu'il avance vers la partie avant 17, jusqu'à sortir complètement appauvri par le tube 8 et rentre ensuite à travers l'échangeur à gaz 12 ( fig.6 ) à l'intérieur de l'évaporateur 16 ( fig.8 ).
Par contre, la solution ammoniacale pauvre 9 qui, comme on l'a déjà dit, entre par la partie arrière 17, duit en contre-courant, le mélange gazeux et s'enrichit progressivement pour sortir saturée par l'extrémité 18, par le tube 10,se rend à travers l'échangeur à liquides, dans le rebouilleur ( tous les deux non représentés dans la figure ) et s'appauvrit à nouveau.
FIGURES 8,9,10 et Il.- L'exemple suivant de réalisation de l'invention concerne la circulation de l'ammoniaque liquide dans un évaporateur où l'effet de syphon se produit comme dans l'exemple précédent, c'est-à-dire aspiration centrale, reflux symétrique latéral.
L'ammoniaque liquide 13 ( fig.8 ) qui vient du condenseur - non représenté dans la figure - entre dans l'échangeur à gaz 12, va alimenter la cuvette de captation et distribution 3 où sont immergées les lisières du revêtement capillaire 4 du tube 1 de l'évaporateur 16. L'effet de syphon produit l'aspiration et la circualtion transversale, comme dans l'exemple précédent, permettant ainsi à l'ammoniaque, qui circule uniformément dans le revêtement capillaire, de s'évaporer avec grande intensité grâce à l'action capillaire de surface entre le liquide et le gaz pauvre d'ammoniaque 8, qui vient de l'absorbeur 15 ( fig. 6 ) et qui après avoir traversé l'échangeur à gaz 12 ( ig. 8 ) débouche dans la partie avant 19 de l'éva- poràteur 16.
Le mélange de gaz pauvre dans son parcours de l'avant 19 de l'évaporateur vers l'arrière, s'enrichit progressivement de l'ammoniaque qui s'évapore du revêtement capillaire 4 et sort saturé d'ammoniaque 11, traverse l'échangeur à gaz 12 et rentre dans l'absorbeur 15 ( fig.6 ) où il s'appauvrit de nouveau.
L'évaporation très intense qui se produit permet
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,de réduire d'une façon extraordinaire le diamètre de l'évapo- rateur et pour ce motif d'obtenir une production rationnelle du froid qui se développe à une température extrêmement basse dans la partie avant 19 de l'évaporateur où la pression par- tielle de l'hydrogène est maximum et a des températures pro- gressivement moins basses à mesure que l'on s'approche de la partie arrière 20 de l'évaporateur où la pression du gaz au- xiliaire est devenue minime.
Telle production rationnelle du froid, dans un éva- porateur horizontal formé par un seul bras permet de fixer le congélateur à plateau réfrigérant 7'(fig. 10 et 11 ) sur la partie antérieure 19 plus froide de l'évaporateur, dans la zone où la pression partielle de l'hydrogène est maximum et de fixer sur la partie postérieure 20 du même évaporateur c' est-à-dire sur la partie moins froide, le radiateur pour la réfrigération de l'air de l'armoire qui n'a pas besoin,comme pour la congélation de l'eau d'une très basse température - les cuvettes à glace sont placées dans les espaces 6 du con- gélateur 7' ( fig, 10 .et 11 ) qui porte à la partie supérieu- re un plateau réfrigérant pour les denrées.
Le plateau a un bord 21, pour la formation d'une zone d'air statique froid sur le plateau qui empêche pendant qu'on ouvre le panneau de la loge de congélation, l'afflux d'air chaud externe sur le plateau réfrigérant où sont placées les denrées? . FIGURE 2. L'exemple suivant de réalisation de l'invention con- cerne la circulation de la solution ammoniacale dans un absor- beur ( ou d'une manière semblable, la circulation de l'ammonia- que dans un évaporateur )dans lequel l'effet de syphon se produit par aspiration latérale et reflux pareillement latéral.
Le fonctionnement est le suivant :
La solution ammoniacale pauvre entre dans la cuvette , de distribution 3 par la conduite 9, est absorbée par le côté
22 et laissée tomber par le côté de l'absorbeur. Se produit ainsi une circulation transversale dont l'intensité est réglée
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¯par la dépression hydrostatique "h", produite par la différence entre le niveau supérieure y-y' de la solution pauvre et le niveau x-x' du déchargement de la solution riche 10. Le mélan ge gazeux riche en ammoniaque entre dans l'absorbeur par le tube 11 et en sort par le tube 8 complètement appauvri.
FIGURE 3. - Cet exemple de réalisation de l'invention qui con- cerne la circulation de l'ammoniaque liquide dans un évapora- teur creux ( ou pareillement la circulation de la solution ammoniacale dans un absorbeur ) est caractérisé par la particularité que d'une même dépression hydrostatique "h" on obtient le transport par effet de syphon de l'ammoniaque liquide sur les deux surfaces capillaires 4 et 5 qui entourent le tube 1 et le tube 2. Le froid produit dans l'avaporateur est transmis à 1' armoire par les ailettes réfrigérantes 7 qui entourent le tube en bas et aux côtés tandis qu'en haut il y a un plateau sur le- quel peuvent être placées les denrées pour leur réfrigération à contact direct.
FIGURE 4.- Cet exemple de réalisation de l'invention concerne la circulation de la solution ammoniacale dans un absorbeur ( ou la circulation de l'ammoniaque liquide dans un évaporateur) qui se produit d'une manière exactement opposée à la manière décrite dans la figure 1 c'est-à-dire avec aspiration pour la circulation transversale et avec chute pour la partie vertica- le centrale.
FIGURE 5.- Cet exemple de réalisation de l'invention concerne la circulation de la solution dans un absorbeur à deux tubes ( ou la circulation d'ammoniaque liquide dams un évaporateur ) et est caractérisé par la présence d'une circulation transver- sale par effet de syphon semblable à celle de la fig.l sur le revêtement capillaire 4 du tube 1 et une circulation transversale par gravité ou par capillarité simple dans le revêtement 5 du tube interne 2.
Le fonctionnement est le suivant ;
La solution ammoniacale pauvre est absorbée de la cu-
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vette 3 et laissée tomber transversalement à cause de l'effet de syphon renforcé par la dépréssion hydrostatique "h" entre la ligne y-y' et la ligne x-x' de déchargement mais dans la cuvette il y a deux autres lumignons autonomes 23 et 24 qui alimentent du haut et par propre effet de syphon réduit c'est-à-dire avec la moindre dépression hydrostatique "h" les deux côtés du revêtement capillaire 5 du tube 2 et le liquide des deux lumignons tombe par gravité jusque sur le fond de l'absorbeur.
Si le liquide contenu dans la cuvette n'est pas suffisant pour alimenter du haut toute la surface capillaire 5, ce qui peut aisément arriver dans un évaporateur creux, il y a lieu alors rappel par capillarité simple du liquide non évaporé qui tombe sur le fond de l'évaporateur de la masse capillaire 4. On obtient ainsi une circulation transversale par effet de syphon intégrée par une circulation transversale par gravité et par circulation transversale en aspiration par capillarité simple.
La présente invention a été illustrée et décrite dans une forme de réalisation préférée mais il est bien entendu que dans la pratique on pourra y apporter des variantes de construction dans pour cela sortir des limites de protection de ce brevet industriel.