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"Appareil destiné à enlever l'humidité d'un milieu gazeux."
La présente invention est relative à un appareil per- fectionné permettant d'enlever l'humidité d'un milieu gazeux en le faisant passer sur une surface refroidie (évaporateur), dont le refroidissement est obtenu au moyen d'un agent de refroidis- sement s'évaporant - lequel circule dans un circuit fermé où de gaz et sous forme il se trouve alternativement sous forme/de liquide - procédé dans lequel de la vapeur, mêlée au gaz, est précipitée sur la surface refroidie sous forme liquide ou de matières solides.
Lorsqu'on enlève l'humidité d'un milieu gazeux en fai- sant passer celui-ci sur une surface refroidie, l'agent de re- froidissement qui est utilisé pour refroidir la surface, circule
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suivant le schéma de circulation suivant.
Il est supposé que l'agent de refroidissement, après son évaporation dans l'évaporateur, se trouve à l'état repré- senté par le point 1 à la figure 1, qui est un diagramme de Mollier pour Fréon (dichlorodifluorométhane = CCl2F2) donnant la capacité calorifique pour différentes températures et pres- sions. L'agent de refroidissement a alors une faible pression et une basse température correspondante. La vapeur de l'agent de refroidissement quittant l'évaporateur est aspirée dans un compresseur, où elle est comprimée. La compression est repré- sentée à la figure 1 et correspond à la distance 1 - 2.
La va- peur à pression élevée quittant le compresseur est amenée à un condenseur, où l'agent de refroidissement est transformé en li- quide, et il quitte le condenseur à une température de satura- tion correspondant à la pression régnant dans le condenseur ou légèrement plus refroidie ou "surrefroidie". La condensation est représentée à la figure 1 par la distance 2-3. Le liquide de refroidissement passe alors dans un récipient et, de celui-ci est amené à un dispositif de réduction de pression, où la pres- sion qui régnait dans le condenseur est réduite à la valeur de la pression de l'évaporateur. La réduction est représentée à la figure 1 par la distance 3-4. Dans l'évaporateur, l'agent de refroidissement est alors évaporé et, au cours de cette opéra- tion, il accumule de la chaleur provenant du gaz qui doit être débarrassé de son humidité.
L'évaporation est représentée à la figure 1 par la distance 4-1. Le cycle se répète alors comme il a été décrit ci-dessus. De l'examen de la figure 1, il res- sort que l'agent de refroidissement, après réduction (4), est constitué par un mélange de liquide et de gaz, dans le rapport (4-1)/ (5-4). Ceci est dû au fait que l'enthalpie d'un agent n'est pas modifiée par la réduction. (La réduction de pression
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de fait à une enthalpie constante). Comme le diagramme de la figure 1 se rapporte à 1 kg d'agent de refroidissement, la dis- tance 4-1 représente, de façon correspondante, le nombre de
5 calories qui sont utilisées dans les appareils connus antéri- eurement pour enlever l'humidité.
Grâce à l'invention, il est possible d'augmenter dans une grande mesure le nombre de calories utilisables calculé par kg d'agent de refroidissement, calories qui, dans l'évapo- rateur., sont absorbées par l'agent de refroidissement. L'appa- reil faisant l'objet de l'invention se caractérise principale- n ment par un échageur de chaleur prévu dans la voie de passage du milieu gazeux entre l'élément de refroidissement (évapora- teur) et le condenseur, placé dans le courant de gaz débarras- sé de son humidité et refroidi par ledit courant de gaz, échan- geur qui, dans le circuit de l'agent de refroidissement, est re lié entre ledit condenseur et la soupape de réduction prévue dans le circuit avant l'élément de refroidissement.
Le refroidissement plus poussé ou "surrefroidissement" est représenté à la figure 1 par la distance 3-3a et la réduc- tion subséquente est représentée par la distance 3a-4a. Le nom- bre des calories utilisables absorbées pendant l'évaporation est représenté par la distance 4a-1. Le nombre des calories uti- lisables par kg d'agent de refroidissement a alors été accru dans la proportion (4a-1)/(4a-1), et la quantité d'agent de re- froidissement en circulation pour une certaine capacité et, par suite, le travail de compression ont été réduits dans le rapport (4-l)/(4a-l).
L'invention sera maintenant décrite plus clairement avec référence au dessin ci-annexé, qui donne une forme de réalisatiôn convenable de l'appareil.
A la figure 2, les flèches A et B indiquent la direc- @ tion du courant gazeux traversant l'appareil. Le mirlieu gazeux
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traverse l'évaporateur 10, le "surrefroidisseur" 6 pour le li- quide et enfin, le condeeur 5. Ces éléments sont contenus dans un boîtier 17. La vapeur de l'agent de refroidissement quittant l'évaporateur 10 passe par le conduit lla de raccordement pour atteindre un échangeur de chaleur 12, dans lequel la vapeur, de façon connue en soi, sera quelque peu surchauffée. Cette surchauf fe est indiquée, dans le diagramme de la figure 1, par un léger décalage de la ligne 1-2 vers la droite, par exemple à la posi- tion 1'-2'. De l'échangeur de chaleur, la vapeur passe par le conduit 13 et atteint le côté d'aspiration du compresseur 3.
Le compresseur 3 est commandé par un moteur électrique 14.
Après sa compression, la vapeur à pression élevée traverse le conduit 4a pour atteindre la condenseur 5, refroidi par air et constitué par deux conduits prinnipaux 4b et 2b, qui sont réu- nis l'un à l'autre par un certain nombre de serpentins parallè- les 5a, 5b, 5c et 5d. Dans ces serpentins, la vapeur de l'agent de refroidissement est condensée et l'agent de refroidissement quitte le condenseur sous forme de liquide, via le conduit 2a, qui est relié au récipient 1. Dans la partie supérieure lb du récipient 1, l'agent de refroidissement se trouve sous forme de vapeur mais dans sa partie inférieure la, il se trouve sous forme de liquide.
Comme la vapeur et le liquide du récipient 1 doivent se trouver en équilibre l'une par rapport à l'autre, la température du liquide ne peut pas être abaissée dans une mesure appréciable en dessous de la température de saturation corres- pondant à la pression régnant dans le récipient, en d'autres termes, le liquide quittant le condenseur ne peut pas être surrefroidi dans une mesure appréciable. Le liquide quitte le récipient par le conduit 15 et passe dans l'échangeur de chaleur 12, dans lequel il est exposé à un certain surrefroidissement limité. Celui-ci est représenté dans le diagramme de la figure 1 par un petit décalage de la ligne 3-4 vers la gauche, par
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exemple à la position 3'-4'.
Dans les appareils de type connu, le liquide est alors conduit directement à la soupape de réduc- tion de pression 8 mais, dans le cas illustré un échangeur de chaleur séparé 6 (appareil de surrefroidissement du liquide) est prévu entre l'échangeur de chaleur 12 précité et la soupape de réduction de pression 8, afin de provoquer le surrefroidisse- ment considérable de l'agent de refroidissement liquide suivant l'invention. Cet échangeur de chaleur séparé 6 sera de préfé- rence réalisé sous la forme d'un certain nombre de tubes à ailettes superposés, reliés en série. En plaçant l'échangeur de chaleur directement après l'évaporatÈur, on détermine le passa- ge du courant gazeux par cet échangeur à l'état le plus froid, ce qui aura pour résultat un surrefroidissement considérable de l'agent de refroidissement liquide.
De l'appareil de surre- froidissement 6, le liquide surrefroidi est alors conduit, par le conduit de liaison 7, à la soupape de réduction de pression 8, où la pression est abaissée. Le liquide à faible pression sera distribué, au moyen du distributeur 9, à un certain nombre de serpentins parallèles entre eux 10a, lOb, 10c et 10d, dans lesquels il sera transformé en vapeur et qui aboutissent tous dans un conduit principal commun llb. Ce conduit principal llb est relié au conduit 11a, le circuit de l'agent de refroidisse- ment étant ainsi fermé.
Le. gaz à débarrasser de son humidité dans l'appareil est amené à céder de la chaleur à l'agent de refroidissement quand il traverse l'évaporateur 10, ce qui a pour résultat un abaissement.de la température et de la teneur du gaz en vapeur; en d'autres termes, la teneur absolue du gaz en humidité est diminué. Pendant son passage subséquent par l'appareil de surre- froidissement 6 et le condenseur 5, le gaz absorbera de nouveau la quantité de chaleur accumulée dans l'agent de refroidisse- ment, qui lui aura été fournie dans le compresseur, ce qui aura
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pour résultat un accroissement de la température du gaz. Ceci se produit à une teneur constante en vapeur, c'est-à-dire que l'humidité relative du gaz diminuera.
Par suite du passage du courant gazeux par l'appreil décrit ci-dessus, l'humidité abso- lue et l'humidité relative du gaz seront considérablement ré- duites.
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"Apparatus for removing moisture from a gaseous medium."
The present invention relates to an improved apparatus for removing moisture from a gaseous medium by passing it over a cooled surface (evaporator), the cooling of which is obtained by means of a cooling agent. evaporating - which circulates in a closed circuit where gas and in the form it is alternately in / liquid form - process in which vapor, mixed with gas, is precipitated on the cooled surface in liquid or solid form .
When moisture is removed from a gaseous medium by passing it over a cooled surface, the cooling agent which is used to cool the surface circulates
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according to the following circulation diagram.
It is assumed that the cooling agent, after its evaporation in the evaporator, is in the state represented by point 1 in figure 1, which is a Mollier diagram for Freon (dichlorodifluoromethane = CCl2F2) giving the heat capacity for different temperatures and pressures. The coolant then has a low pressure and a corresponding low temperature. The coolant vapor leaving the evaporator is sucked into a compressor, where it is compressed. The compression is shown in figure 1 and corresponds to the distance 1 - 2.
The high pressure vapor leaving the compressor is fed to a condenser, where the coolant is transformed into a liquid, and it leaves the condenser at a saturation temperature corresponding to the pressure prevailing in the condenser or slightly more cooled or "supercooled". The condensation is represented in Figure 1 by the distance 2-3. The cooling liquid then passes into a vessel and, from this is taken to a pressure reducing device, where the pressure which prevails in the condenser is reduced to the value of the pressure of the evaporator. The reduction is represented in Figure 1 by the distance 3-4. In the evaporator, the cooling medium is then evaporated and, during this operation, it accumulates heat from the gas which must be freed of its moisture.
Evaporation is represented in Figure 1 by the distance 4-1. The cycle then repeats as described above. From the examination of figure 1, it emerges that the cooling agent, after reduction (4), consists of a mixture of liquid and gas, in the ratio (4-1) / (5-4 ). This is because the enthalpy of an agent is not changed by reduction. (Pressure reduction
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in fact at a constant enthalpy). As the diagram of figure 1 refers to 1 kg of coolant, the distance 4-1 represents, correspondingly, the number of
5 calories which are used in the devices known previously to remove moisture.
Thanks to the invention, it is possible to increase to a great extent the number of usable calories calculated per kg of cooling medium, which calories in the evaporator are absorbed by the cooling medium. The apparatus forming the object of the invention is mainly characterized by a heat exchanger provided in the passageway of the gaseous medium between the cooling element (evaporator) and the condenser, placed in the gas stream freed of its moisture and cooled by said gas stream, an exchanger which, in the cooling medium circuit, is connected between said condenser and the reduction valve provided in the circuit before l cooling element.
The further cooling or "supercooling" is shown in Figure 1 as the distance 3-3a and the subsequent reduction is shown as the distance 3a-4a. The number of usable calories absorbed during evaporation is represented by the distance 4a-1. The number of calories usable per kg of coolant was then increased in the proportion (4a-1) / (4a-1), and the quantity of coolant in circulation for a certain capacity and , as a result, the compression work has been reduced in the ratio (4-l) / (4a-l).
The invention will now be described more clearly with reference to the accompanying drawing, which gives a suitable embodiment of the apparatus.
In Figure 2, arrows A and B indicate the direction of the gas flow through the apparatus. The gaseous mirlieu
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passes through the evaporator 10, the "supercooler" 6 for the liquid and finally the condenser 5. These elements are contained in a housing 17. The vapor of the cooling medium leaving the evaporator 10 passes through the line 11a. connection to reach a heat exchanger 12, in which the steam, in a manner known per se, will be somewhat superheated. This overheating is indicated in the diagram of FIG. 1 by a slight shift of the line 1-2 to the right, for example at the position 1'-2 '. From the heat exchanger, steam passes through line 13 and reaches the suction side of compressor 3.
The compressor 3 is controlled by an electric motor 14.
After its compression, the high pressure vapor passes through the duct 4a to reach the condenser 5, cooled by air and consisting of two main ducts 4b and 2b, which are joined to each other by a certain number of coils. parallels 5a, 5b, 5c and 5d. In these coils, the vapor of the cooling medium is condensed and the cooling medium leaves the condenser in liquid form, via the duct 2a, which is connected to the container 1. In the upper part 1b of the container 1, the The coolant is in the form of vapor, but in its lower part la, it is in the form of a liquid.
As the vapor and the liquid in the vessel 1 must be in equilibrium with each other, the temperature of the liquid cannot be lowered appreciably below the saturation temperature corresponding to the pressure. prevailing in the vessel, in other words, the liquid leaving the condenser cannot be supercooled to any appreciable extent. The liquid leaves the container through line 15 and passes into heat exchanger 12, where it is exposed to some limited supercooling. This is represented in the diagram of figure 1 by a small shift of line 3-4 to the left, by
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example at position 3'-4 '.
In devices of known type, the liquid is then led directly to the pressure reducing valve 8 but, in the illustrated case, a separate heat exchanger 6 (liquid supercooling device) is provided between the heat exchanger. 12 above and the pressure reducing valve 8, in order to cause the considerable supercooling of the liquid coolant according to the invention. This separate heat exchanger 6 will preferably be made in the form of a number of superimposed fin tubes, connected in series. By placing the heat exchanger directly after the evaporator, the passage of the gas stream through this exchanger in the coldest state is determined, which will result in considerable supercooling of the liquid coolant.
From the supercooling apparatus 6, the supercooled liquid is then led, through the connecting pipe 7, to the pressure reducing valve 8, where the pressure is lowered. The low pressure liquid will be distributed, by means of the distributor 9, to a number of mutually parallel coils 10a, 10b, 10c and 10d, in which it will be transformed into vapor and which all terminate in a common main duct 11b. This main conduit 11b is connected to conduit 11a, the coolant circuit thus being closed.
The. gas to be freed of its moisture in the apparatus is caused to give up heat to the coolant as it passes through the evaporator 10, which results in a lowering of the temperature and of the vapor content of the gas ; in other words, the absolute moisture content of the gas is decreased. During its subsequent passage through the super-cooling apparatus 6 and the condenser 5, the gas will again absorb the quantity of heat accumulated in the cooling medium, which will have been supplied to it in the compressor, which will have
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the result is an increase in the temperature of the gas. This occurs at a constant vapor content, i.e. the relative humidity of the gas will decrease.
As a result of passing the gas stream through the apparatus described above, the absolute humidity and relative humidity of the gas will be considerably reduced.