CH352690A - Evaporateur - Google Patents

Evaporateur

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CH352690A
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Henri Trepaud Georges Jean
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Henri Trepaud Georges Jean
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00Evaporators; Condensers
    • F25B39/02Evaporators

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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description


      Evaporateur       L'invention a pour objet un évaporateur.  



  On connaît un évaporateur pour la production  du froid, dans lequel le     liquide    frigorigène s'élève  dans un faisceau de tubes     verticaux,    autour desquels  circule la saumure ou le fluide à refroidir.  



  Dans cet     appareil,    toute la surface intérieure des  tubes est mouillée,     ce    qui améliore les échanges  thermiques à travers leurs parois, mais accroît par  contre la quantité de liquide non vaporisé qui est  entraînée sous forme de gouttelettes par la vapeur  sortant de la partie supérieure du     faisceau    tubulaire.  C'est pourquoi cet évaporateur est surmonté d'un  dôme sécheur d'un à trois mètres de hauteur, dans  lequel les gouttelettes du liquide finissent par perdre  leur vitesse ascendante, pour retomber ensuite dans  un collecteur central     descendant,    qui amène     ce    li  quide à la partie inférieure du faisceau     tubulaire.     



  D'autre part, la séparation et la récupération de  l'huile entraînée par le liquide frigorigène lors de son  passage dans le compresseur ne sont réalisées dans  cet     évaporateur    que si le     liquide    frigorigène utilisé est  peu ou pas miscible à     l'huile    de graissage,     comme     c'est le cas pour l'ammoniac ; en effet, l'huile se dé  pose alors par décantation à la partie inférieure de  l'évaporateur, où on la récupère par des purges pé  riodiques.  



  Au contraire, dans le cas où l'on utilise un li  quide frigorigène, tel que le fréon, où l'huile est mis  cible en toutes proportions, celle-ci, au lieu de se  déposer à la partie inférieure de l'évaporateur, reste  mélangée dans le liquide qui s'élève dans le faisceau  tubulaire, ainsi que dans les gouttelettes qui sont  entraînées par la vapeur sortant de la partie supé  rieure dudit faisceau.

       Le    séchage de     cette        vapeur     humide par un     dispositif    tel qu'un dôme sécheur,  qui ramène les gouttelettes entraînées dans le liquide  alimentant la partie inférieure du faisceau tubulaire,    aurait donc pour     effet,    dans ce cas, un accroisse  ment     continu    du     pourcentage    de     l'huile    mélangée à       ce    liquide, dont la     viscosité    augmenterait corrélative  ment, produisant une réduction des échanges- calo  rifiques dans le     faisceau,    en même temps qu'un  abaissement du rendement de la machine ;

   c'est  pourquoi le séchage de la vapeur humide produite  par un évaporateur à fréon de ce type connu est       réalisé    généralement dans un échangeur de tempé  rature     distinct    de l'évaporateur, et où cette vapeur  humide circule en     contrecourant,    soit de la saumure  ou de     fluide    à refroidir, soit du     liquide    frigorigène  avant son entrée dans l'évaporateur: l'un ou l'autre        réchauffe      ladite vapeur humide, provoquant la  vaporisation des gouttelettes qu'elle     entraîne    ;

   l'huile  qui était mélangée à     ces    gouttelettes est ensuite en  traînée vers le compresseur par la vapeur sèche, à  condition que la vitesse de celle-ci dépasse  cinq     m/sec.     



  Ce     dispositif    connu permet de maintenir cons  tants la teneur en     huile    du fréon liquide et le rende  ment de l'installation     frigorifique    ; il     nécessite    ce  pendant un     appareil        indépendant    de l'évaporateur,  chacun d'eux     étant    éventuellement     alimenté    par un  circuit de saumure ou de fluide à     refroidir    qui lui est  propre ; c'est donc un dispositif coûteux et dont le  bilan calorifique est assez mauvais.  



  L'évaporateur qui fait l'objet de l'invention est  caractérisé en ce qu'il comporte un second faisceau  de tubes verticaux disposés de façon à être baignés  par le     fluide    à refroidir et à être traversés de haut en  bas     par    la vapeur humide sortant de la partie supé  rieure du premier faisceau, et par l'huile qu'elle peut       entraîner.     



  La suppression du dôme sécheur permet un gain  de plusieurs mètres sur son     encombrement    en hau  teur,     ce    qui est très     intéressant        dans    de nombreuses           applications,    en     particulier    pour les     installations    de  navires     frigorifiques.     



  La disposition. d'un second     faisceau    de tubes per  met également l'mploi d'un liquide frigorigène tel  que le fréon, sans qu'il soit nécessaire d'adjoindre  à l'évaporateur un échangeur spécial pour sécher la  vapeur, tout en évitant     cependant    que l'huile     entrai-          née    ne retourne dans le liquide frigorigène alimen  tant le premier faisceau tubulaire.

   Le bénéfice résul  tant de     l'économie    d'un     appareil    auxiliaire est encore       accru    par une amélioration du bilan calorifique de  l'installation, due à     ce    que la vaporisation du liquide  frigorigène et le séchage de la vapeur produite sont       réalisés    par un seul et même circuit de saumure ou  de fluide à refroidir.  



  Le dessin annexé représente, à titre d'exemple,  une forme d'exécution de l'évaporateur objet de  l'invention.  



  Les     fig.    1 et 2 représentent schématiquement  cette forme d'exécution en élévation et en plan, res  pectivement en     coupe    suivant les lignes 1-I et     II-II.     



  La     fig.    3 représente, en coupe, un élément de  l'un des tubes du second     faisceau    descendant, com  portant une gouttière ayant la forme d'une vis  d'Archimède.  



  L'évaporateur représenté en     coupe    aux     fig.    1 et 2       comporte    : une enveloppe     cylindrique    1, dont les  deux extrémités sont fermées par des plaques 2 et  3, dans lesquelles sont dudgeonnées les extrémités  des tubes 4 du     faisceau    où s'élève le liquide à vapo  riser ;

   comme le montre la vue en plan de la     fig.    2,  ces tubes sont disposés, de préférence, de façon ré  gulière à     l'intérieur    d'un contour fermé, de préfé  rence circulaire, dont le     centre    est occupé par un  tube 5 de plus grand diamètre, dans lequel le liquide  frigorigène amené par une conduite 6 descend jusque  dans un     récipient    7, assujetti à la plaque 3, en des  sous des extrémités inférieures des tubes 4 et 5.  



  La saumure ou le     fluide    à refroidir pénètre dans  la partie inférieure de l'enveloppe 1 ,par une conduite  8, et en sort à la partie supérieure par une conduite  9, après avoir circulé dans l'espace annulaire entre  les tubes 1 et 5, à travers des chicanes     destinées    à le  ralentir et à favoriser de ce fait les échanges     calo-          rifiques    entre la     saumure    ou le fluide à refroidir qui  lèche extérieurement les parois des tubes 4, et le       fluide    frigorigène qui s'élève dans ces mêmes tubes  4.

   Ces chicanes sont, de préférence, hélicoïdales, par  exemple des anneaux plans 10,     comportant    chacun  une     échancrure    en forme de secteur, et raccordés en  tre eux par des éléments     verticaux    au niveau des  bords de leurs échancrures sectorielles, qui .sont dé  calées les unes par     rapport    aux autres d'un angle  constant.  



  Un espace est ménagé entre la paroi de l'enve  loppe 1 et le faisceau tubulaire 4 ; dans     cet    inter  valle est disposé un second faisceau de tubes verti  caux 11, dont les extrémités sont également     dudgeon-          nées    dans les plaques 2 et 3. Comme le montre la       fig.    2, les tubes de ce second faisceau sont disposés    de préférence les uns à côté des autres à proximité       immédiate    des tubes extérieurs du premier faisceau,  de façon à constituer une couche de faible épaisseur  enveloppant entièrement ce premier     faisceau.     



  Les tubes 11     sont        évidemment    aussi baignés par  la saumure ou le     fluide    à refroidir arrivant par la  conduite 8.  



  L'enveloppe 1 est surmontée d'une     cloche    12  assujettie à la plaque 2, et que traverse la tubulure  6 amenant le liquide frigorigène; elle est de faible  hauteur, et     remplace    le dôme-sécheur de ,plusieurs  mètres de haut, dont sont pourvus les évaporateurs       verticaux    connus.  



  La partie inférieure de l'enveloppe 1 est fermée  par une seconde cloche 13, assujettie à la plaque 3,  et qui comporte une tubulure 14 reliée au circuit  d'aspiration de la vapeur.  



  Le diamètre de base du récipient 7 étant infé  rieur à celui de la cloche 13, qui est pratiquement  égal à celui de l'enveloppe 1, un     espace    annulaire  15 est ménagé entre le récipient 7 et la cloche 13,  dans lequel débouchent les extrémités inférieures des  tubes 11 du second     faisceau.     



  Enfin, un dispositif     déflecteur    peut être     disposé     au-dessus des extrémités supérieures des tubes 4 du  premier faisceau. Dans la forme d'exécution repré  sentée, il s'agit d'un entonnoir 16, fixé au-dessus de  l'extrémité supérieure du tube 5, et dont le bord libre  supérieur est surmonté d'une gouttière 17, disposée  de façon à ménager avec lui un     orifice    annulaire  étroit, qui dirige la vapeur perpendiculairement à  l'axe de l'enveloppe 1.  



  Le fonctionnement de cet évaporateur est le  suivant  Le liquide frigorigène arrivant par la conduite 6       descend    par le tube 5 jusque dans le récipient 7,  d'où il s'élève ensuite dans les tubes 4 du premier  faisceau, dont il mouille la totalité des parois ; la  saumure ou le     fluide    à refroidir, qui arrive par la  conduite 8 en véhiculant les calories qu'il a sous  traites au circuit d'utilisation, réchauffe le liquide fri  gorigène au fur et à mesure que ce dernier s'élève  dans les tubes 4 ;

   une fraction     importante    de     ce    liqui  de frigorigène est vaporisée à la     partie    supérieure de  ces tubes, d'où s'échappe, au-dessus de la plaque 2,  une vapeur très humide, c'est-à-dire entraînant de  nombreuses gouttelettes de     fluide    non vaporisé.  



  Un premier séchage de cette vapeur humide est  produit par son passage à travers le     déflecteur    ; l'ori  fice annulaire étroit de     celui-ci    communique à cette  vapeur et aux gouttes qu'elle entraîne, une vitesse  radiale élevée en direction opposée à l'axe de l'appa  reil ;

   la détente de la vapeur à la     sortie    de cet     orifice     a pour effet de réduire la composante horizontale  de la vitesse des molécules de     cette    vapeur, et d'y  adjoindre une composante     verticale        ascendante    im  portante, tandis que les gouttes de liquide conservent  leur vitesse horizontale élevée, et acquièrent une  composante verticale     descendante,    due à la pesanteur  et à leur forte densité ; une partie de ces gouttes se      séparent donc de la vapeur descendante pour tomber  sur l'entonnoir 16, d'où elles retournent dans le réci  pient 7, par le tube 5.

   La vapeur encore humide est  ensuite aspirée hors de la cloche 12 par les extré  mités supérieures des tubes 11, qui débouchent à peu  près à la hauteur du bord     libre    de la gouttière 17.  Cette disposition permet d'obtenir une alimentation  uniforme de tous les tubes 11 du second faisceau,  c'est-à-dire le passage dans chacun d'eux d'un même  débit de vapeur,     entraînant    une même proportion de  liquide non vaporisé, ce qui est indispensable pour  l'obtention d'un rendement élevé de l'installation ;

   si,  en effet, les     parties    supérieures de     ces    tubes débou  chaient seulement à la hauteur de la plaque 2, le  liquide qui     ruisselle    sur 1a paroi intérieure de la clo  che 12 et sur la     face    externe de la gouttière 17, en  s'écoulant     irrégulièrement    dans lesdits tubes, s'oppo  serait à l'uniformité de leur fonctionnement.  



  Le dépassement des extrémités supérieures des  tubes 11 au-dessus de la plaque 2 peut, par exemple,  être obtenu aisément à l'aide de viroles 19 (voir     fig.     3), en tôle     mince,    emmanchées à     force    dans lesdits  tubes.  



  Lorsque la     vapeur    encore humide circule à tra  vers les tubes 11 du second     faisceau,    les gouttelettes  de liquide qu'elle entraîne sont amenées au     contact     des parois de     ces    tubes par des chicanes ou, de pré  férence, par une sorte de gouttière hélicoïdale, ayant  la forme d'une vis     d'Archimède    18, telle que repré  sentée à la     fig.    3, et qui donne à la vitesse de ces  gouttelettes une composante horizontale.

   Cette mise  en contact permet les     échanges,    calorifiques entre les  gouttelettes liquides qui     descendent    avec la vapeur  dans les tubes 11 et la saumure ou le fluide à re  froidir qui s'élève au     contact    de ces tubes à travers  les chicanes en escalier 10.  



  La saumure ou le     fluide    à refroidir réchauffe  ainsi les gouttelettes     entrainées    par la vapeur humi  de, et en provoque la vaporisation. C'est donc de la  vapeur sèche qui parvient dans     l'espace    annulaire 15  limité par la cloche 13 et le récipient 7, d'où elle est  aspirée par la tubulure 14 ;l'alimentation en liquide  frigorigène est assurée par un détendeur thermo  statique.  



  Le niveau du liquide frigorigène dans le tube  central 5, qui est indiqué par la ligne     II-II,        s'établit     spontanément à une hauteur     critique,    dépendant,  pour chaque évaporateur, du régime des tempéra  tures et du taux de vaporisation.  



  Réciproquement, le     maintien    du niveau du liqui  de à une hauteur déterminée, en particulier     grâce     à un     régulateur    automatique à     flotteur,    permet d'ob  tenir les conditions optima de fonctionnement de  l'évaporateur.  



  Lorsque le liquide frigorigène     utilisé    présente     vis-          à-vis    de l'huile de graissage du compresseur une  miscibilité faible ou nulle, comme c'est le cas pour  l'ammoniac, les fractions de cette huile qui sont en  traînées par le liquide frigorigène se déposent sim  plement par gravité sur le fond du récipient 7, si    bien que le liquide qui s'élève dans les tubes 4 ainsi  que les gouttelettes liquides qui sont     entraînées    par  la vapeur dans la cloche 12, ne contiennent prati  quement pas d'huile.  



  L'huile accumulée au fond du récipient 7 est ex  traite par un tuyau de purge, qui débouche au point  le plus bas 118 dudit récipient 7, et qui traverse,  par exemple, la     chambre    d'aspiration de la vapeur  entre le récipient 7 et la cloche 13. Une partie de  l'huile ainsi récupérée peut être, par exemple, ren  voyée ensuite dans le carter du compresseur.  



  Au contraire, lorsque le liquide frigorigène pré  sente vis-à-vis de l'huile de graissage du compresseur  une miscibilité importante, comme c'est le cas pour  le fréon, dans lequel l'huile est à peu près miscible  en toutes proportions, les fractions de cette huile  qui sont entraînées par le     liquide    frigorigène restent  mélangées     dans    les gouttelettes de ce     liquide    que la  vapeur entraîne hors du faisceau tubulaire 4 ; une  faible     partie    de cette huile retourne dans le récipient  7 avec les gouttelettes     dans    lesquelles elle est mélan  gée, et qui sont arrêtées par le déflecteur 16, 17 ;

    mais tout le reste de cette huile, après la vaporisation  dans les tubes 11 du     second    faisceau des gouttelettes  de     liquide    frigorigène qui la véhiculent, est     entraîné     par la vapeur sèche dans l'espace     annulaire    15, puis  par la conduite 14, où la vitesse de cette vapeur dé  passe cinq     m/sec.     



  Cette huile est donc ramenée par la     vapeur    sèche  dans le carter du compresseur, où elle vient com  penser en partie les précédentes pertes     d'huile,    dues  à l'entraînement par le     liquide    frigorigène.

Claims (1)

  1. REVENDICATION Evaporateur, dans lequel un liquide frigorigène s'élève dans un faisceau de tubes verticaux, autour desquels circule un fluide à refroidir, caractérisé en ce qu'il comporte un second faisceau de tubes verti caux disposés de façon à être baignés par le fluide à refroidir et à être traversés de haut en bas par la vapeur humide sortant de la partie supérieure du premier faisceau, et par l'huile qu'elle peut entraîner. SOUS-REVENDICATIONS 1.
    Evaporateur suivant la revendication, caracté risé par le fait que le second faisceau est disposé suivant une couche de tubes unique, enveloppant en tièrement le premier faisceau. 2. Evaporateur suivant la revendication, carac térisé par le fait que chaque tube du second faisceau est pourvu intérieurement de dispositifs amenant les gouttelettes liquides entraînées par la vapeur au con tact des parois du tube.
    3. Evaporateur suivant la revendication et la sous-revendication 2, caractérisé par le fait que cha que tube du second faisceau est muni intérieurement d'une gouttière en forme de vis d'Archimède. 4.
    Evaporateur suivant la revendication et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait que, en dessous d'un récipient alimentant la partie inférieure du premier faisceau tubulaire, est disposée une chambre raccordée à une tubulure d'aspiration de la vapeur, et qui déborde périphériquement ledit réci pient par une zone annulaire dans laquelle débou chent les extrémités inférieures des tubes du second faisceau.
    S. Evaporateur suivant la revendication et les sous-revendications 1 et 4, pour liquide frigorigène peu ou pas miscible à l'huile, caractérisé par le fait que le fond du récipient alimentant la partie infé rieure du premier faisceau est pourvu d'un tuyau de purge traversant la chambre d'aspiration de la va- peur, et permettant de récupérer l'huile qui est en traînée par le liquide frigorigène hors du compres seur, et qui se dépose ,par décantation.
    6. Evaporateur suivant la revendication et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait que les extrémités supérieures des deux faisceaux de tubes débouchent respectivement dans deux compartiments coaxiaux d'une même chambre cylindrique, qui com muniquent entre eux par les orifices étroits d'un dé flecteur, qui sépare de la vapeur une partie du liqui de qu'elle entraîne, et renvoie celui-ci dans un réci pient alimentant la partie inférieure du premier fais ceau.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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