<B>Appareil de réfrigération.</B> La présente invention se rapporte à un appareil de réfrigération à circuit fermé, comprenant un échangeur de chaleur présen tant une paroi d'échange de chaleur laquelle, d'un côté du moins, est en contact avec un li quide à sa partie inférieure.
Afin que le liquide puisse se répartir sur taie surface aussi grande que possible de la paroi en question, l'appareil selon l'invention est caractérisé en ce que cette paroi présente dudit côté des rainures capillaires s'étendant de la surface du liquide vers le haut.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet, de l'inven tion.
La fig. 1 montre schématiquement. cette forme d'exéeution, constituée par un appareil de réfrigération par absorption.
La fig.2 est une coupe verticale à plus grande échelle d'une partie de l'évaporateur de cette forme d'exécution, et La fig.3 montre, à plus grande échelle encore, une coupe de la paroi du tube montré à la fi-.2.
La fig.l montre un appareil de réfrigé ration par absorption à. deux pressions, du type fonctionnant à basses pressions et utili sant de l'eau comme réfrigérant et une solu tion de sel hygroscopique dans l'eau comme absorbant. Cet appareil comprend un généra teur de vapeurs 7.0, un condenseur 11, un éva porateur 12 et un absorbeur 14 qui sont reliés entre eux de telle manière que les différence; de pression dans le circuit soient maintenues au moyen de colonnes de liquide.
Le générateur 10 comprend une enveloppe extérieure 15 dans laquelle sont disposés plu sieurs tubes verticaux 16 dont les extrémités inférieures communiquent avec un comparti ment<B>17,</B> et dont les extrémités supérieures débouchent dans un récipient 18. L'espace en tourant les tubes 16 forme dans l'enveloppe 15 une chambre 19 dans laquelle de la vapeur est envoyée par le conduit 20. La chambre 19 permet le chauffage complet de toute la lon gueur des tubes 16 et la partie supérieure de la chambre est pourvue d'un évent 21. Un conduit 22 permet de vidanger l'eau qui se condense dans la chambre 19.
L'appareil fonctionne par dépression par tielle et est chargé d'une solution de réfrigé rant et d'absorbant, comme par exemple une solution aqueuse de chlorure de lithium ou bromure de lithium, ou un mélange de ces sels. Quand la vapeur arrive par le conduit 20 à la chambre 19 sous pression atmosphérique, les tubes 16 sont chauffés, et de ce fait, les vapeurs d'eau sont expulsées de la solution à. la basse pression qui s'y trouve, ces vapeurs ainsi expulsées servent effieaeement à élever le liquide dans les tubes 16 et forment. un noyau central dans un fourneau ascendant de liquide.
Les vapeurs d'eau expulsées passent. des extrémités supérieures des tubes 16 dans le récipient 18 et passent ensuite par le con duit 23 pour arriver dans le condenseur 11 où elles sont condensées. L'eau qui s'est for mée dans le condenseur 11 coule par le tube en<B>U</B> 24 dans une chambre d'évaporation 25, et de là dans l'évaporateur 12.
Cet évaporateur 12 comprend plusieurs groupes de tubes horizontaux 26 placés les uns au-dessus des autres et auxquels sont fixées des ailettes 27 pour former une superficie re lativement grande de transfert de chaleur. L'eau réfrigérante qui arrive à l'évaporateur 12 coule d'abord dans le tube supérieur de chacun. des groupes de tubes 26. La réparti tion de l'eau aux différents groupes de tubes 26 s'effectue au moyen d'une auge de répar tition 28 dans laquelle arrive l'eau venant de la chambre d'évaporation 25. L'eau passe de l'un à l'autre des tubes 26 de chaque groupe au moyen de raccords d'extrémité 29 disposés dans des collecteurs de tête 30 reliés entre eux par les tubes 26.
Ces raccords d'extrémité sont ouverts pour permettre aux vapeurs de s'échapper des tubes 26 dans les collecteurs 30. Tout surplus d'eau se décharge du tube inférieur de chaque groupe. Le nombre des groupes de tubes et les dimensions de ces tubes 26 sont tels que l'eau ne se trouve que dans la partie inférieure de chaque tube. Cette eau s'évapore dans l'évaporateur 12 en absorbant de la chaleur du courant d'air pas sant sur les surfaces extérieures des tubes 26 de l'évaporateur.
Les vapeurs d'eau qui se forment dans les tubes 26 passent dans les collecteurs 30 qui sont reliés par leurs extré mités inférieures à l'absorbeur 14. Dans la chambre d'évaporation 25 se produit une pre mière évaporation, qui peut être assez vio lente, de l'eau arrivant du condenseur 11, la vapeur qui se forme dans la chambre 25 pas sant par un tube 31 dans l'un des collecteurs 30. La chambre d'évaporation 25 a pour but d'éviter tout dérangement qui pourrait se pro duire dans l'évaporateur 12 à cause d'une éva poration trop violente de l'eau qui y arrive.
Les vapeurs d'eau provenant de l'évapora teur 12 sont absorbées dans l'absorbeur 14 par le liquide d'absorption qui arrive par un con duit 32. Ce liquide d'absorption coule dans im récipient 33 au moyen duquel il est réparti entre plusieurs groupes de tuyaux 34 dispo sés. les uns à côté des autres, un seul groupe étant visible dans la figure. Le liquide coule de la partie centrale du récipient 33 dans des compartiments d'extrémité 35 et, de là, par les siphons 36, dans les distributeurs de li quide 37 qui s'étendent en longueur au-dessus de chacun des groupes de tuyaux 34.
Le li quide d'absorption coule des distributeurs 37 sur les tuyaux horizontaux supérieurs des groupes de tuyaux 34 de faon à les mouiller complètement. Le liquide s'égoutte de chacun de ces tuyaux sur le tuyau inférieur suivant, et, de cette manière, tous les tuyaux 34 sont humectés et recouverts d'une pellicule de li quide.
La vapeur d'eau arrivant de l'évaporateur 12 est absorbée en solution par le liquide d'absorption dans l'absorbeur 14 et la solu tion diluée résultante s'écoule par le conduit 38, passe d'abord dans un échangeur de cha leur 39, puis par un conduit 40, le récipient 41 et le conduit 42 dans le compartiment in férieur 17 du générateur 10 et le cycle re commence.
Le liquide d'absorption est constitué par la solution concentrée arrivant dans le réci pient 18 et obtenue par l'expulsion de la va peur d'eau de la solution diluée arrivant dans le compartiment 17 du générateur 10. Ce li quide d'absorption coule par un conduit 43, dans l'échangeur de chaleur 39, et arrive en suite par le conduit 32 au récipient 33 de fabsorbeur 14. Cette circulation du liquide d'absorption provient de l'élévation du liquide dans les tubes 16, ce qui fait que le liquide peut couler dans l'absorbeur 14 et revenir de celui-ci au générateur 10 par la force de gra vité.
La partie supérieure du récipient 41 et le récipient 18 sont reliés par un conduit 44 pour que la pression dans le récipient 41 soit égale à la pression régnant dans le récipient 18 et dans le condenseur 11.
L'absorbeur 14 et le condenseur 11 sont refroidis par de l'eau. L'eau de refroidisse ment arrive à la partie inférieure du groupe de tuyaux 34 par un conduit 45 et un collec- teur 46, et quitte la partie supérieure du groupe de tuyaux par un collecteur 47 et un conduit 48. Le conduit 48 est relié au conden- seur 11 et l'eau de refroidissement. quitte en suite ce dernier au moyen du conduit 49.
L'appareil fonctionne à basses pressions; le générateur 10 et le condenseur 11 fonctionnant à une même pression, et l'évaporateur 12 et l'absorbeur 14 fonctionnant. à. une pression plus faible, la différence de pression étant. main tenue par des colonnes de liquide.
C'est. ainsi que le liquide dans le tube en<B>U</B> 24 maintient la différence de pression voulue entre le con- denseur 11 et l'évaporateur 12; la colonne de liquide du conduit 38 maintient la différence de pression entre le tuyau de sortie de l'absor- beur 14 et le générateur 10, et la colonne de liquide formée dans le conduit 32 maintient la différence de pression entre le tuyau d'ad mission de l'absorbeur 14 et la partie supé rieure du générateur 10. Pendant le fonction nement les niveaux des colonnes liquides dans les conduits 38, 43 et dans la branche de droite du tube 24 peuvent être x, y et z, par exemple.
Grâce à la pression qui est plus élevée dans le condensateur 11 que dans l'évapora teur 12, l'eau dans le tube en<B>U</B> 24 est pressée dans la branche de droite jusqu'au niveau z et maintient l'équilibre avec la pression de la colonne de gauche. L'eau coule par gravité du condenseur 11 dans la. branche de droite du tube en<B>U</B> 24 et descend au niveau z, dépla çant ainsi une quantité correspondante l'eau à l'extrémité supérieure de la branche de gauche, qui coule alors dans l'évaporateur 12.
Le liquide d'absorption coule de la même ma nière de la chambre 18 du haut du générateur 10 dans l'absorbeur 14 en déplaçant le liquide dans le conduit 32 et du bas de l'absorbeur dans le bas du générateur en déplaçant du liquide dans la colonne du conduit 38.
Le condenseur 11 et l'évaporateur 12 sont reliés de telle manière que lorsque la colonne de liquide se forme dans la branche de gauche du tube en<B>U</B> 24, le liquide déborde toujours dans la partie supérieure de l'évaporateur 12. Lorsque l'appareil est. mis en marche et que la différence de pression entre le condenseur 11 et l'évaporateur 12 est à zéro, la colonne de liquide qui se forme dans la branche de droite du tube en<B>U</B> 24 sera assez haute pour que l'eau condensée puisse déborder par gra vité de la branche de bauche du tube 24 dans 1-'évaporateur 12.
- Lorsque la différence de pression s'établit entre le condenseur et l'éva porateur, le niveau du liquide dans la branche de droite du tube en<B>U</B> 24 descend jusqu'au point z.
Afin de répartir l'eau s'écoulant dans la partie inférieure des tubes horizontaux 26 de l'évaporateur sur une surface aussi grande que possible, la paroi de ces tubes est munie du côté intérieur de rainures capillaires 50 partant de la surface du liquide et s'étendant vers le haut. Afin d'obtenir cette disposition, une rainure est taillée dans le métal de la. paroi du tube 26 suivant une hélice, ce qui donne une pluralité de rainures partant de la surface du liquide et s'étendant vers le haut.
Le taillage du métal du côté interne de la paroi du tube 26 produit une lèvre 51 qui dépasse intérieurement sur une courte dis tance les parties 53 du côté intérieur de la paroi disposée entre les tours successifs de la rainure en hélice. Ce taillaâe est. effectué comme le représente la fi-. 3 à angle très aigu de manière à. former des rainures de section en forme de<B>V</B> ayant des faces 52 et 54 et qui sont inclinées par rapport. au plan vertical.
A mesure que le liquide coule le long de la partie inférieure des tubes 26, il s'élève par capillarité dans des rainures 50 et monte sur le côté des tubes, ce qui augmente consi dérablement le transfert de chaleur entre le liquide et la paroi du tube. En effet, une quantité donnée de liquide se répartit sur une plus brande partie de la surface intérieure du tube. Dans le cas où cette action capillaire viendrait. à s'interrompre dans un tube quel conque l'ascension du liquide recommence lorsqu'une quantité suffisante de celui-ci s'ac cumule de nouveau dans la partie inférieure de ce tube.
L'appareil décrit. fonctionne de façon sa tisfaisante brâce aux -rainures capillaires 50 des tubes 26. En employant, par exemple, une solution de 40% de chlorure de lithium par poids, le rapport entre le volume de vapeurs et le vol-Lime de liquide est de l'ordre de 1.00 000 pour 1 à -une température d'évapora tion d'environ 10 C, la pression des vapeurs dans l'évaporateur dans de telles conditions étant approximativement de 9 mm de mercure.
Dans de telles conditions, on doit éviter la formation de flasques de liquide dans l'éva porateur, parce qu'elles tendraient à provo quer un surchaiûfage du liquide, provenant d'un manque d'agitation de celui-ci, c'est-à- dire que plus ou moins -de liquide stagnant à une température se rapprochant de la tempé rature de vaporisation, résisterait au passage de phase liquide en phase vapeur, augmen tant ainsi le risque d'évaporations brusques et violentes.
Etant donné le rapport relativement grand entre le volume de vapeurs et celui du liquide, et l'effet produit par le surchauffage, la formation de bulles de vapeurs pourrait dans un cas pareil être si rapide que le réfri gérant soit expulsé des tubes sans produire son effet. Dans l'appareil décrit, le liquide coule lentement le long des parties inférieures des tubes 26,à un niveau maintenu à son mi nimum extrême, et par les rainures capil laires 50, il se forme une pellicule de réfri gérant liquide sur la plus grande partie des surfaces intérieures des tubes.
Le réfrigérant peut ainsi passer de la phase liquide à la phase vapeur sans qu'il se produise les inconvénients signalés qui résul teraient d'une ébullition violente se produi sant dans du liquide stagnant ayant une cer taine profondeur. En effet, dans l'appareil décrit, si la vaporisation est bien un genre d'ébullition, celle-ci a lieu dans une lame mince de liquide.
Dans l'appareil décrit, les tubes 26 de l'évaporateur pourraient avoir par exemple ian diamètre extérieur de 25 mm et une épais seur de paroi d'environ 0,89 mm et des rai nures capillaires 50 pourraient être disposées suivant une hélice de 1,25 mm de pas environ. Les fonds des rainures en<B>V</B> pourraient être à environ 0,58 mm de la surface extérieure du tube et les extrémités des lèvres 51 à environ 1,27 mm de la surface extérieure de ce tube.
Des tubes munis de rainures capillaires comme les tubes 26 pourraient aussi être em ployés dans l'absorbeur 14 pour permettre la répartition du liquide d'absorption sur une plus grande surface de contact avec les va peurs.
<B> Refrigeration apparatus. </B> The present invention relates to a closed circuit refrigeration apparatus, comprising a heat exchanger having a heat exchange wall which, on one side at least, is in contact with a liquid at its lower part.
So that the liquid can be distributed over the largest possible surface area of the wall in question, the device according to the invention is characterized in that this wall has on said side capillary grooves extending from the surface of the liquid towards the high.
The drawing represents, by way of example, one embodiment of the object of the invention.
Fig. 1 shows schematically. this form of execution, consisting of an absorption refrigeration device.
Fig. 2 is a vertical section on a larger scale of part of the evaporator of this embodiment, and Fig. 3 shows, on a still larger scale, a section of the wall of the tube shown in fi-.2.
Fig.l shows an apparatus for refrigeration by absorption. two pressures, of the type operating at low pressures and using water as a refrigerant and a solution of hygroscopic salt in water as an absorbent. This apparatus comprises a vapor generator 7.0, a condenser 11, an evaporator 12 and an absorber 14 which are interconnected in such a way that the differences; pressure in the circuit are maintained by means of liquid columns.
The generator 10 comprises an outer casing 15 in which several vertical tubes 16 are arranged, the lower ends of which communicate with a compartment <B> 17, </B> and the upper ends of which open into a container 18. The space in rotating the tubes 16 forms in the casing 15 a chamber 19 in which steam is sent through the duct 20. The chamber 19 allows the complete heating of the entire length of the tubes 16 and the upper part of the chamber is provided with 'a vent 21. A duct 22 allows the water which condenses in the chamber 19 to be drained.
The apparatus operates by partial vacuum and is charged with a solution of refrigerant and absorbent, such as for example an aqueous solution of lithium chloride or lithium bromide, or a mixture of these salts. When steam arrives through line 20 to chamber 19 under atmospheric pressure, tubes 16 are heated, and thereby water vapors are expelled from solution to. the low pressure which is there, these vapors thus expelled serve effieaeement to raise the liquid in the tubes 16 and form. a central core in an ascending furnace of liquid.
The expelled water vapors pass. the upper ends of the tubes 16 in the receptacle 18 and then pass through the duct 23 to arrive in the condenser 11 where they are condensed. The water that has formed in the condenser 11 flows through the <B> U </B> tube 24 into an evaporation chamber 25, and from there into the evaporator 12.
This evaporator 12 comprises several groups of horizontal tubes 26 placed one above the other and to which fins 27 are attached to form a relatively large heat transfer surface. The refrigerant water which arrives at the evaporator 12 first flows into the upper tube of each. groups of tubes 26. The distribution of the water to the different groups of tubes 26 is effected by means of a distribution trough 28 into which the water coming from the evaporation chamber 25 arrives. passes from one of the tubes 26 of each group to the other by means of end fittings 29 arranged in head manifolds 30 interconnected by the tubes 26.
These end fittings are open to allow vapors to escape from tubes 26 into manifolds 30. Any excess water discharges from the lower tube of each group. The number of groups of tubes and the dimensions of these tubes 26 are such that water is only found in the lower part of each tube. This water evaporates in the evaporator 12, absorbing heat from the air stream passing over the outer surfaces of the tubes 26 of the evaporator.
The water vapors which form in the tubes 26 pass into the collectors 30 which are connected by their lower ends to the absorber 14. In the evaporation chamber 25 a first evaporation takes place, which can be quite violent. slow, water arriving from the condenser 11, the vapor which forms in the chamber 25 passing through a tube 31 in one of the collectors 30. The evaporation chamber 25 is intended to avoid any disturbance which could occurs in the evaporator 12 because of an excessively violent evaporation of the water arriving there.
The water vapors coming from the evaporator 12 are absorbed in the absorber 14 by the absorption liquid which arrives through a pipe 32. This absorption liquid flows into a container 33 by means of which it is distributed between several groups of pipes 34 available. next to each other, with only one group visible in the figure. The liquid flows from the central part of the container 33 into end compartments 35 and, from there, through the siphons 36, into the liquid distributors 37 which extend lengthwise above each of the groups of pipes 34. .
The absorption liquid flows from the distributors 37 onto the upper horizontal pipes of the groups of pipes 34 so as to wet them completely. The liquid drains from each of these pipes onto the next lower pipe, and in this way all of the pipes 34 are wet and covered with a film of liquid.
The water vapor arriving from the evaporator 12 is absorbed in solution by the absorption liquid in the absorber 14 and the resulting dilute solution flows through the duct 38, first passes into a heat exchanger. 39, then through a conduit 40, the container 41 and the conduit 42 in the lower compartment 17 of the generator 10 and the cycle begins again.
The absorption liquid consists of the concentrated solution arriving in the receptacle 18 and obtained by the expulsion of the water vapor from the dilute solution arriving in the compartment 17 of the generator 10. This absorption liquid flows through a duct 43, in the heat exchanger 39, and then arrives via the duct 32 at the receptacle 33 of the absorber 14. This circulation of the absorption liquid comes from the rise of the liquid in the tubes 16, which makes that the liquid can flow into the absorber 14 and return from the latter to the generator 10 by the force of gravity.
The upper part of the receptacle 41 and the receptacle 18 are connected by a conduit 44 so that the pressure in the receptacle 41 is equal to the pressure prevailing in the receptacle 18 and in the condenser 11.
Absorber 14 and condenser 11 are cooled with water. The cooling water arrives at the lower part of the group of pipes 34 through a conduit 45 and a manifold 46, and leaves the upper part of the group of pipes through a collector 47 and a conduit 48. The conduit 48 is connected. to the condenser 11 and the cooling water. then leaves the latter by means of conduit 49.
The device operates at low pressures; the generator 10 and the condenser 11 operating at the same pressure, and the evaporator 12 and the absorber 14 operating. at. lower pressure, the pressure difference being. hand held by columns of liquid.
It is. as well as the liquid in the <B> U </B> tube 24 maintains the desired pressure difference between the condenser 11 and the evaporator 12; the liquid column of the duct 38 maintains the pressure difference between the outlet pipe of the absorber 14 and the generator 10, and the liquid column formed in the duct 32 maintains the pressure difference between the inlet pipe. mission of the absorber 14 and the upper part of the generator 10. During operation, the levels of the liquid columns in the conduits 38, 43 and in the right-hand branch of the tube 24 can be x, y and z, for example.
Thanks to the pressure which is higher in the condenser 11 than in the evaporator 12, the water in the <B> U </B> tube 24 is pressed into the right branch up to the level z and maintains equilibrium with the pressure of the left column. The water flows by gravity from the condenser 11 in the. right branch of <B> U </B> tube 24 and descends to level z, thus displacing a corresponding amount of water to the upper end of the left branch, which then flows into evaporator 12.
The absorption liquid flows in the same way from the chamber 18 from the top of the generator 10 into the absorber 14 by moving the liquid in the duct 32 and from the bottom of the absorber into the bottom of the generator by moving liquid in. the column of duct 38.
The condenser 11 and the evaporator 12 are connected in such a way that when the liquid column forms in the left branch of the <B> U </B> tube 24, the liquid always overflows in the upper part of the evaporator 12. When the device is. switched on and the pressure difference between the condenser 11 and the evaporator 12 is at zero, the liquid column which forms in the right branch of the <B> U </B> tube 24 will be high enough to that the condensed water can overflow by gravity from the draft branch of tube 24 into the evaporator 12.
- When the pressure difference is established between the condenser and the evaporator, the level of the liquid in the right branch of the <B> U </B> tube 24 goes down to point z.
In order to distribute the water flowing in the lower part of the horizontal tubes 26 of the evaporator over as large an area as possible, the wall of these tubes is provided on the inner side with capillary grooves 50 starting from the surface of the liquid and extending upward. In order to obtain this arrangement, a groove is cut in the metal of the. wall of tube 26 following a helix, resulting in a plurality of grooves starting from the surface of the liquid and extending upward.
Cutting the metal on the inner side of the wall of the tube 26 produces a lip 51 which inwardly protrudes a short distance from the inner side portions 53 of the wall disposed between successive turns of the helical groove. This taillaâe is. performed as shown in fi-. 3 at a very acute angle so as to. forming <B> V </B> shaped section grooves having faces 52 and 54 and which are inclined relative. vertically.
As the liquid flows along the lower part of the tubes 26, it rises by capillary action in grooves 50 and up the side of the tubes, which greatly increases the heat transfer between the liquid and the wall of the tube. tube. Indeed, a given quantity of liquid is distributed over a larger part of the inner surface of the tube. In the event that this capillary action comes. to be interrupted in a tube whatever the ascent of the liquid begins again when a sufficient quantity of this one accumulates again in the lower part of this tube.
The apparatus described. works satisfactorily with capillary-drain 50 from tubes 26. Using, for example, a 40% lithium chloride solution by weight, the ratio of vapor volume to liquid volume is 1. of the order of 1,000,000 to 1 at an evaporating temperature of about 10 ° C., the vapor pressure in the evaporator under such conditions being approximately 9 mm Hg.
In such conditions, the formation of flasks of liquid in the evaporator must be avoided, because they would tend to cause overheating of the liquid, due to a lack of agitation of the latter, that is to say. that is to say that more or less liquid stagnant at a temperature approaching the vaporization temperature, would resist the passage from liquid phase to vapor phase, thus increasing the risk of sudden and violent evaporations.
Given the relatively large ratio between the volume of vapor and that of the liquid, and the effect produced by the superheating, the formation of vapor bubbles could in such a case be so rapid that the refrigerant is expelled from the tubes without producing its sound. effect. In the apparatus described, the liquid flows slowly along the lower parts of the tubes 26, at a level maintained at its extreme minimum, and through the capillary grooves 50, a film of liquid refrigerant is formed on the larger one. part of the inner surfaces of the tubes.
The refrigerant can thus pass from the liquid phase to the vapor phase without the reported drawbacks occurring which would result from a violent boiling occurring in stagnant liquid having a certain depth. In fact, in the apparatus described, if the vaporization is indeed a kind of boiling, it takes place in a thin layer of liquid.
In the apparatus described, the tubes 26 of the evaporator could have, for example, an outer diameter of 25 mm and a wall thickness of about 0.89 mm and capillary grooves 50 could be arranged in a helix of 1. , Approx. 25 mm pitch. The bottoms of the <B> V </B> grooves could be about 0.58 mm from the outer surface of the tube and the ends of the lips 51 about 1.27 mm from the outer surface of this tube.
Tubes provided with capillary grooves such as tubes 26 could also be used in absorber 14 to allow distribution of the absorption liquid over a larger surface in contact with the vapors.