EP3722730B1 - Machine à absorption comprenant des plaques matelassées - Google Patents

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EP3722730B1
EP3722730B1 EP20167406.6A EP20167406A EP3722730B1 EP 3722730 B1 EP3722730 B1 EP 3722730B1 EP 20167406 A EP20167406 A EP 20167406A EP 3722730 B1 EP3722730 B1 EP 3722730B1
Authority
EP
European Patent Office
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fluid
plates
padded
outlet
inlet
Prior art date
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Active
Application number
EP20167406.6A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP3722730A1 (fr
Inventor
Dominique Mailhot
Wael YAZBEK
Frédéric NUNES
Estelle MONORE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CNIM Systemes Industriels SAS
Original Assignee
CNIM Systemes Industriels SAS
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Publication date
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Publication of EP3722730A1 publication Critical patent/EP3722730A1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • F28F3/14—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels by separating portions of a pair of joined sheets to form channels, e.g. by inflation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F25B39/026—Evaporators specially adapted for sorption type systems

Definitions

  • the technical field of the invention is that of heat exchangers.
  • the present invention relates to an absorption machine comprising plate heat exchangers.
  • EP 2 213 963 A1 , WO 2007/125221 A1 and WO 2007/125220 A1 describe machines according to the preamble of claim 1.
  • Absorption machines are thermal systems that generate cold or heat from hot sources. These systems are developing because they save energy by recovering waste heat at low temperatures.
  • An absorption machine comprises at least four types of exchangers coupled two by two: an evaporator/absorber couple and a generator/condenser couple. These two pairs are each placed in a vacuum chamber.
  • Such a machine is connected to three sources: the hot source which supplies thermal energy to the generator, the cold source connected to the evaporator, and the intermediate temperature cooling source, the fluid of which circulates in the absorber and the condenser. .
  • FIG. 1 schematically represents an absorption machine 10 according to the state of the art comprising an evaporator 11, an absorber 12, a generator 13 and a condenser 14, and being connected to the three sources mentioned above.
  • the absorbent 5 has the capacity to absorb the vapor of the refrigerant 4, which feeds the operating cycle.
  • the pairs of fluids most used in practice are water (H2O) as refrigerant 4 and lithium bromide (LiBr) as absorbent 5, or even ammonia (NH3) as refrigerant 4 and water (H2O) as absorbent 5.
  • the cold source (not shown) is connected to a bundle of tubes 1 of the evaporator 11.
  • the hot source (not shown) is connected to a bundle of tubes 3 of the generator 13.
  • the cooling source at intermediate temperature (not shown) is connected to a bundle of tubes 6 of the condenser and to a bundle of tubes 2 of the absorber.
  • the refrigerant 4 is distributed over the bundle of tubes 1 containing the fluid coming from the cold source.
  • the pressure inside the evaporator 11 being very low, the refrigerant 4 will vaporize by subtracting heat from the fluid coming from the cold source which circulates in the tube bundle 1, which is thus cooled.
  • Part of the refrigerant 4 does not vaporize and is recovered by a recuperator located in the bottom of the evaporator 11 to be again distributed over the bundle of tubes 1.
  • the absorbent 5 is distributed over the bundle of tubes 2 containing the fluid coming from the intermediate temperature cooling source.
  • the absorbent 5 absorbs the refrigerant vapor 4 and is diluted. This action produces a vacuum which allows circulation of the refrigerant vapor 4 from the evaporator 11 to the absorber 12.
  • the absorption phenomenon also generates heat, which is recovered by the fluid coming from the cooling source at intermediate temperature. Diluted distributed absorbent 5 is recovered by a recovery unit located in the bottom of absorber 12 and then sent to generator 13.
  • the absorbent 5 is distributed over the bundle of tubes 3 containing the fluid coming from the hot source.
  • the refrigerant 4 absorbed by the absorbent 5 then vaporizes and the absorbent 5 is recovered by a recovery unit located in the bottom of the generator 13.
  • the undiluted absorbent 5 thus recovered is returned to be distributed within the absorber 12
  • the refrigerant vapor 4 thus formed within the generator 13 is led to the condenser 14
  • the condenser 14 liquefies because the condenser 14 comprises a bundle of tubes 6 containing the fluid coming from the intermediate temperature cooling source.
  • the refrigerant 4 in liquid form is then recovered by a recuperator located in the bottom of the condenser 14 and is returned to be distributed within the evaporator 11.
  • FIG. 2 shows an absorption machine comprising exchangers of the tube and shell type, with a sprayed beam, as conventionally used in the state of the art.
  • spray plates 21 allow uniform spraying of tube bundles 22, in order to cover the tube bundles 22 with a film of coolant 4 or absorbent 5 in depending on the type of exchanger.
  • Each of the exchangers 11, 12, 13 and 14 comprises a recuperator 23.
  • These exchangers are called “tube and shell” exchangers because a fluid circulates in the bundles of tubes 22 and at least one other fluid circulates between the bundles of tubes 22 and the grille 24 of the exchanger.
  • plate heat exchangers in absorption machines instead of tube and shell heat exchangers as represented on the Figure 2 .
  • plate heat exchangers where a bundle of plates replaces the bundle of tubes of tube and shell heat exchangers, are less expensive to produce than tube and shell heat exchangers, and have a small footprint.
  • integration tests particularly concerned the implementation of herringbone plate type exchangers.
  • a first problem is the passage of steam. Indeed, the evaporator and the generator create low pressure steam which is very sensitive to pressure drop.
  • the ducts of the chevron type exchangers being of very small diameter, they generate significant pressure drops which prevent the circulation of low pressure steam.
  • a second problem concerns the actual integration of plate heat exchangers within absorption machines. Indeed, absorption machines are designed specifically for each project. Depending on the temperature and pressure conditions, the geometry of the exchangers can be very different, which does not present any difficulty for exchangers with tubes and shells. However, when using herringbone plate exchangers, it is difficult to vary their geometry easily because they are made from stamped plates. The investment cost for manufacturing a new chevron pattern of plate heat exchanger plates is very high, thus making testing and industrialization very expensive.
  • the invention offers a solution to the problems mentioned above, by proposing an absorption machine comprising a first, a second, a third and a fourth plate heat exchanger, the first plate heat exchanger being an evaporator, the second plate heat exchanger being an absorber , the third plate heat exchanger being a generator, the fourth plate heat exchanger being a condenser, each plate heat exchanger comprising a plurality of padded plates arranged successively and parallel to one another, each padded plate comprising two sheets and a plurality of connection points between the two sheets arranged in a plane, at least one sheet being curved between the connection points in order to form a fluid circulation space between the two sheets and the connection points of two adjacent padded plates included in the same heat exchanger being screwed -notice.
  • the invention advantageously makes it possible to propose an absorption machine that is inexpensive to produce and easily adaptable according to needs.
  • it is easy to vary the exchange surfaces by increasing the number of plates, without having to produce new adapted chevron patterns and therefore without new tests to be carried out.
  • the padded geometry of the plates ensures rigidity of the entire absorption machine by allowing the walls of the absorption machine to be maintained, thus limiting the need for other stiffeners.
  • the padded geometry of the plates also allows a turbulent flow of the fluid distributed over the plates and therefore to improve the heat exchange coefficient.
  • connection points of two adjacent padded plates face each other, in order to create a space for the passage of steam.
  • the curved shape of at least one sheet allows a greater exchange surface and a fluid circulation space inside the plates.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an evaporator/absorber module 300 of an absorption machine according to the first embodiment comprising at least two padded plate exchangers.
  • This module comprises a vacuum enclosure 301 in order to ensure the operating conditions of the cycle of the evaporator 11 and of the absorber 12.
  • the coolant 4 and the absorbent 5 circulate outside the padded plates, for example by being distributed over bundles of padded plates or for example in the form of vapour. This distribution of the coolant 4 and the absorbent 5 can for example be carried out by spraying. Fluids from cold, hot and intermediate temperature cooling sources circulate inside the padded plates.
  • padded plate means a set of two sheets of metal, for example steel, welded together, for example by laser welding. This connection point then makes it possible to pressurize the assembly.
  • One of the sheets or both sheets are then pressurized in order to deform the pressurized sheet or sheets, and therefore to create a space between the two sheets allowing the passage of a fluid where the sheets have not been welded together.
  • the welding of the plates follows, for example, a pattern of “points”, distributed over the surface of the sheets so as to leave a space for the circulation of fluid between each point.
  • a padded plate is also commonly called a "pillow plate" according to the Anglo-Saxon denomination.
  • padded plate will mean a plate comprising two sheets and a plurality of connection points between the two sheets arranged in a plane, at least one sheet being curved between the connection points in order to form a circulation space fluid between the two sheets.
  • a first exchanger with padded plates is the evaporator 11. It comprises a bundle of padded plates 310 above which is positioned a sprinkler system 311 of refrigerant fluid 4.
  • This sprinkler system 311 allows a uniform distribution of the refrigerant fluid 4 on the bundle of plates 310.
  • the sprinkler system 311 comprises for example a tube and a perforated plate, the tube allowing a coarse distribution of the fluid on the perforated plate, and the perforated plate allowing an even distribution of the fluid over the entire surface of the plates.
  • the evaporator 11 further comprises at least two collectors.
  • a cold source starting manifold 312, to which the cold source is connected, is connected to one of the fields of each of the padded plates forming the bundle of plates 310.
  • the cold source starting manifold 312 can inject inside the padded plates the fluid coming from the cold source.
  • This connection of the collector 312 to one of the fields of each of the plates of the bundle 310 can be for example a weld.
  • a cold source inlet manifold 313 is also connected to one of the fields of each of the padded plates forming the bundle of plates 310.
  • the cold source inlet manifold 313 allows the recovery of the fluid coming from of the cold source injected inside the plates by the starting collector 312.
  • This connection of the collector 313 to one of the fields of each of the plates of the bundle 320 can be for example a weld.
  • the direction of circulation of the fluids in the plates can be reversed in order to operate against the current.
  • the cold source outlet header 312 and the intermediate temperature cooling source inlet header 323 are reversed. In the same way, this counter-current can be implemented for all the other exchangers.
  • a second padded plate exchanger included in the evaporator/absorber module 300 is the absorber 12. It comprises a bundle of padded plates 320 above which is positioned a sprinkler system 321 of absorbent fluid 5. This sprinkler system 321 allows uniform distribution of the absorbent fluid 5 on the bundle of plates 320. The sprinkler system 321 will be presented in more detail later.
  • the absorber 12 further comprises at least two collectors.
  • a starting manifold of the intermediate temperature cooling source 322, to which the intermediate temperature cooling source is connected, is connected to one of the fields of each of the padded plates forming the plate bundle 320. In this way, the departure from the cooling source at intermediate temperature 322 makes it possible to inject inside the padded plates the fluid coming from the source of cooling at intermediate temperature.
  • An inlet manifold of the intermediate temperature cooling source 323 is also connected to one of the fields of each of the padded plates forming the bundle of plates 320.
  • the inlet manifold of the intermediate temperature cooling source intermediary 323 allows the recovery of the fluid coming from the source of cooling at intermediate temperature injected inside the plates by the starting collector 322.
  • the connections of the collectors 322 and 323 to one of the fields of each of the plates respectively of the bundles 320 and 330 may for example be a weld.
  • the cooling fluid 4 sprinkler system 311 distributes the refrigerant fluid 4 over the bundle of plates 310. This distribution can be achieved for example by spraying.
  • the coolant 4 thus distributed flows uniformly over the padded plates and vaporizes, cooling the surface of the padded plates. The cold fluid circulating inside the plates is thereby cooled.
  • the outer faces of the padded plates may have been covered with a hydrophilic surface treatment.
  • the geometry of the plates that is to say the fact that they are padded, makes it possible to create turbulence in the film of refrigerant 4 and thus to improve the heat exchange coefficient compared to the plates of the state of technique.
  • the absorbent fluid 5 is distributed over the bundle of padded plates 320 by the sprinkler system 321 of absorbent fluid 5. This distribution can be achieved for example by spraying.
  • the absorbent fluid 5 flows over the padded plates included in the bundle of padded plates 320, creating a film of absorbent fluid 5 in which turbulence is created due to the padding of the plates.
  • the film of absorbent fluid 5 absorbs the vapor of refrigerant fluid 4 and is therefore diluted by the refrigerant fluid 4 coming from the evaporator 11. This action produces a depression which allows circulation of the vapor from the evaporator 11 towards the absorber 12.
  • This action also produces heat, which is recovered by the intermediate temperature coolant which circulates inside the padded plates included in the bundle of padded plates 320.
  • the diluted absorbent flows on the padded plates and is recovered by a recuperator (not shown) located under the bundle of plates 320 to be brought to the generator 13.
  • the refrigerant 4 which has not vaporized at the level of the evaporator 11 flows over the padded plates and is recovered by a recuperator (not shown) located under the bundle of plates 310 to be brought to the sprinkler system 311.
  • FIG. 4 schematically represents a cross-sectional view along a transverse plane of the connection between the padded plates included in a bundle of padded plates and the vacuum enclosure 301.
  • transverse plane means a section plane perpendicular to the largest dimension of a padded plate.
  • the vacuum vessel wall 301 is positioned adjacent to the plate bundle as shown Figure 4 .
  • the padded plates are for example welded on a vertical field with the inner wall of the enclosure 301.
  • the fact that the plates are padded ensures good rigidity of the plate-enclosure assembly 301 and makes it possible to constitute this vacuum enclosure 301 of simple way. This rigidity due to the geometry of the plates makes it possible to dispense with stiffeners or to limit their use.
  • FIG. 5 schematically represents a cross-sectional view along a transverse plane of part of the evaporator/absorber module 300 and of the exchanges of fluids between the two exchangers included in this module.
  • the coolant fluid 4 and the absorbent fluid 5 distributed by the sprinkler systems presented previously.
  • This distribution can be achieved for example by spraying.
  • the cold fluid 401 from the cold source and injected by the starting manifold of the cold source 312 circulates inside the padded plates included in the bundle of padded plates 310 of the evaporator 11.
  • the intermediate fluid 402 from the source of intermediate temperature cooling and injected by the starting manifold of the intermediate temperature cooling source 322 circulates inside the padded plates included in the bundle of padded plates 320 of the absorber 12.
  • the refrigerant 4 after being vaporized circulates between the padded plates included in the bundle of padded plates 310 of the evaporator 11 towards the padded plates included in the bundle of padded plates 320 of the absorber 12.
  • the padded shape of the plates allows the low pressure vapor of refrigerant 4 to circulate from evaporator 11 to absorber 12 without pressure losses and to create turbulence in the films of refrigerant 4 and absorbent 5, thus improving the heat exchange coefficient.
  • the pitch between the plates is calculated in order to allow the passage of the refrigerant vapor 4 from the evaporator 11 to the absorber 12. For example, a pitch between the plates can be chosen between 20mm and 50mm.
  • FIG. 6 represents a variant of the first embodiment.
  • an anti-drip mat 501 can be positioned between the evaporator 11 and the absorber 12 in order to avoid any pollution of the absorbent film 5 by refrigerant 4.
  • This anti-drip mat 501 allows the vapor of the Refrigerant 4 while blocking Refrigerant 4 in liquid form, since drops of Refrigerant 4 can be carried away by the vapor.
  • An anti-drip mat 501 can also be placed between the generator 13 and the condenser 14, in the same way as for the evaporator 11 and the absorber 12.
  • this anti-drip mat 501 between the generator 13 and the condenser 14 is that it makes it possible to recover in the condenser a refrigerant 4 that is the least diluted possible, that is to say as pure as possible, thus improving the exchange coefficient in the evaporator 11 where it will be conducted by the following.
  • FIG. 7 schematically represents a variant of the first embodiment in which the padded plates comprise passes.
  • the padded plate 700 represented Picture 7 comprises linear welds called "passes" 701. If it is included in the evaporator 11, this padded plate can be connected, for example, to the cold source 312 outgoing and cold source 313 arrival manifolds presented previously, in order to that the cold source fluid circulates inside the plate 700.
  • the passes 701 allow a better distribution of the fluid circulating inside, in order to orient the path of the fluid and to force its contact with the entire surface of the plate.
  • the passes 701 also make it possible to increase the speed and the agitation of the fluid, which has the effect of improving the heat exchange coefficient.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a generator/condenser module 800 of an absorption machine according to the first embodiment comprising at least two padded plate heat exchangers.
  • This module comprises a vacuum chamber 801 in order to ensure the operating conditions of the cycle of the generator 13 and of the condenser 14.
  • a padded plate exchanger included in the module 800 is the generator 13, comprising a padded plate bundle 810, a dilute absorbent fluid spray system 811, a hot source outlet manifold 812 and an inlet manifold. 813 from the cold source.
  • the outgoing 812 and incoming 813 collectors of the hot source are connected to one of the fields of each of the padded plates forming the bundle of plates 810 as represented at the Picture 8 .
  • This connection can for example be a weld.
  • Another padded plate exchanger included in the module 800 is the condenser 14, comprising a bundle of padded plates 820 and an outlet 822 and inlet 823 collector of the intermediate temperature cooling source.
  • the two collectors 822 and 23 are connected to one of the fields of each of the padded plates forming the bundle of plates 820. This connection can for example be a weld.
  • the sprinkler system 811 of the generator 13 receives the absorbent 5 diluted with the coolant 4 and distributes it over each of the padded plates of the bundle of plates 820. This distribution can be achieved for example by spraying. Inside these plates circulates the fluid coming from the hot source, injected by the starting manifold 812. In contact with the hot padded plates, the refrigerant 4 will vaporize and the undiluted absorbent 5 will flow along the plates. to be recovered by a recoverer (not shown), then sent to the absorber 12 to be distributed.
  • the refrigerant 4 in the form of vapor in contact with the padded plates included in the bundle of plates 820 in which circulates the fluid at intermediate temperature injected by the starting manifold 822, will condense then flow along the plates to be recovered by a recoverer (not shown), then sent to the evaporator 11 to be distributed.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of an evaporator/absorber module 900 of an absorption machine according to the second embodiment comprising at least two padded plate exchangers.
  • the refrigerant 4 and the absorbent 5 are distributed over the interior surfaces of the padded plates and the fluids originating from the cold, hot and intermediate sources circulate outside the padded plates. This distribution can be achieved for example by spraying.
  • the evaporator 11 and the absorber 12 respectively comprise an enclosure 901 and 902 which is specific to them, allowing the circulation respectively of the fluid coming from the cold source and of the fluid coming from the source of cooling at intermediate temperature outside the plates. quilted.
  • the evaporator 11 comprises a starting collector 312 of the refrigerant 4 and an arrival collector 313 of the refrigerant 4. These collectors are connected to one of the fields of each of the plates included in the bundle of padded plates 310 so as to be able to distribute the refrigerant 4 on the inner walls of the padded plates. This distribution can be achieved for example by spraying. These connections can for example be welds.
  • the refrigerant 4 thus circulating inside the plates vaporizes because the cold source fluid circulates outside the plates.
  • the refrigerant vapor 4 circulates inside the plates as far as the vapor collector 903, which is connected to one of the fields of each of the plates included in the bundle of padded plates 310 and to one of the fields of each of the plates included in the bundle of padded plates 320. These connections can be welds, for example. In this way, the refrigerant vapor 4 can reach the absorber 12 in which is distributed by the absorbent inlet manifold 322 the absorbent 5 on the inner walls of the padded plates included in the bundle of padded plates 320.
  • the size of the vapor collector 903 is calculated in order to avoid pressure drops and allow the passage of the vapor towards the plates of the absorber.
  • the absorption of the refrigerant 4 by the absorber 5 creates a depression, which creates a circulation of the refrigerant vapor 4 between the evaporator 11 and the absorber 12 passing through the vapor collector 903.
  • FIG. 10 schematically represents a sectional view along a transverse plane of part of the evaporator/absorber module 800 and of the exchanges of fluids between the two exchangers included in this module.
  • Two sheets 405 and 406 form a padded plate 314 and are connected at at least one connection point 403.
  • This connection point 403 can for example be a weld.
  • At least one of the two sheets is curved between two connection points 403 and 407 to form a fluid circulation space 408 between the two sheets 405 and 406.
  • the two sheets 405 and 406 are curved to have a larger exchange surface.
  • the cold fluid 401 circulates outside the padded plates included in the bundle of padded plates 310 of the evaporator 11. It is for example injected inside the enclosure 901 by a cold source fluid starting manifold not shown, and recovered by a cold source fluid inlet manifold not shown.
  • the intermediate temperature cooling fluid 402 circulates outside the padded plates included in the bundle of padded plates 320 of the absorber 12.
  • the refrigerant 4 after vaporizing circulates inside the padded plates included in the bundle of padded plates 310 of the evaporator 11 towards the inside of the padded plates included in the bundle of padded plates 320 of the absorber 12 by the way by the vapor collector 903.
  • the circulation of the fluids 401 and 402 outside the padded plates allows simpler cleaning than when they circulate inside the padded plates thanks to the space between the plates. This is particularly interesting when fouling fluids such as sea water or river water are used as fluid 401 and/or 402.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a generator/condenser module 1000 of an absorption machine according to the second embodiment comprising at least two padded plate exchangers.
  • the generator 13 and the condenser 14 respectively comprise an enclosure 904 and 905 which is specific to them, allowing the circulation respectively of the fluid coming from the hot source and of the fluid coming from the source of cooling at intermediate temperature outside the padded plates.
  • the generator 13 comprises a starting collector 812 of the coolant 4 and an arrival collector 813 of the absorbent 5. These collectors are connected to one of the fields of each of the plates included in the bundle of padded plates 810 so as to be able to distribute the absorbent fluid 5 diluted with the cooling fluid 4 on the interior walls of the padded plates. This connection can for example be a weld.
  • the undiluted absorbent fluid 5 is recovered by the inlet manifold 813 and the refrigerant 4, which has vaporized on contact with the hot padded plates 810, circulates in the form of vapor towards the condenser 14, passing through the vapor collector. 906.
  • the vapor collector 906 is connected to one of the fields of each of the plates included in the bundle of padded plates 810 and to one of the fields of each of the plates included in the bundle of padded plates 820. These connections can be welds, for example. In this way, the refrigerant vapor 4 can reach the condenser 14 in which it condenses. The refrigerant 4 in liquid form is recovered by an inlet manifold 823 to be sent to the evaporator 11.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
  • Le domaine technique de l'invention est celui des échangeurs de chaleur La présente invention concerne une machine à absorption comprenant des échangeurs de chaleur à plaques. EP 2 213 963 A1 , WO 2007/125221 A1 et WO 2007/125220 A1 décrivent des machines selon le préambule de la revendication 1. Z
    • ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
  • Les machines à absorption sont des systèmes thermiques générant du froid ou de la chaleur à partir de sources chaudes. Ces systèmes se développent car ils permettent des économies d'énergie en récupérant de la chaleur fatale à basse température.
  • Une machine à absorption comprend au moins quatre types d'échangeurs couplés deux à deux : un couple évaporateur/absorbeur et un couple générateur/condenseur. Ces deux couples sont chacun placés dans une enceinte à vide.
  • Une telle machine est connectée à trois sources : la source chaude qui fournit l'énergie thermique au générateur, la source froide connectée à l'évaporateur, et la source de refroidissement à température intermédiaire, dont le fluide circule dans l'absorbeur et le condenseur.
  • [Fig. 1] représente schématiquement une machine à absorption 10 selon l'état de la technique comprenant un évaporateur 11, un absorbeur 12, un générateur 13 et un condenseur 14, et étant connectée aux trois sources citées précédemment.
  • Dans le cycle de la machine à absorption 10, deux fluides sont mis en œuvre : un réfrigérant 4 et un absorbant 5. L'absorbant 5 a la capacité d'absorber la vapeur du réfrigérant 4, ce qui alimente le cycle de fonctionnement. Les couples de fluides les plus utilisés en pratique sont l'eau (H2O) comme réfrigérant 4 et le bromure de lithium (LiBr) comme absorbant 5, ou encore l'ammoniac (NH3) comme réfrigérant 4 et l'eau (H2O) comme absorbant 5. Ces couples sont choisis de façon à ce que l'absorbant 5 ait une grande affinité vis-à-vis du réfrigérant 4 et que le réfrigérant 4 ait une capacité à se vaporiser plus importante que l'absorbant 5, en d'autres termes il faut qu'il soit beaucoup plus volatil que l'absorbant 5. La source froide (non représentée) est connectée à un faisceau de tubes 1 de l'évaporateur 11. La source chaude (non représentée) est connectée à un faisceau de tubes 3 du générateur 13. La source de refroidissement à température intermédiaire (non représentée) est connectée à un faisceau de tubes 6 du condenseur et à un faisceau de tubes 2 de l'absorbeur.
  • Le cycle suivi par chacun des deux fluides réfrigérant 4 et absorbant 5 est le suivant :
  • Au niveau de l'évaporateur 11, le réfrigérant 4 est réparti sur le faisceau de tubes 1 contenant le fluide provenant de la source froide. La pression à l'intérieur de l'évaporateur 11 étant très faible, le réfrigérant 4 va se vaporiser en soustrayant de la chaleur au fluide provenant de la source froide qui circule dans le faisceau de tubes 1, qui est ainsi refroidit. Une partie du réfrigérant 4 ne se vaporise pas et est récupérée par un récupérateur situé dans le fond de l'évaporateur 11 pour être à nouveau répartie sur le faisceau de tubes 1.
  • Au sein de l'absorbeur 12, l'absorbant 5 est réparti sur le faisceau de tubes 2 contenant le fluide provenant de la source de refroidissement à température intermédiaire. L'absorbant 5 absorbe la vapeur de réfrigérant 4 et se dilue. Cette action produit une dépression qui permet une circulation de la vapeur de réfrigérant 4 de l'évaporateur 11 vers l'absorbeur 12. Le phénomène d'absorption génère aussi de la chaleur, laquelle est récupérée par le fluide provenant de la source de refroidissement à température intermédiaire. L'absorbant 5 réparti dilué est récupéré par un récupérateur situé dans le fond de l'absorbeur 12 puis est envoyé dans le générateur 13.
  • Au sein du générateur 13, l'absorbant 5 est réparti sur le faisceau de tubes 3 contenant le fluide provenant de la source chaude. Le réfrigérant 4 absorbé par l'absorbant 5 se vaporise alors et l'absorbant 5 est récupéré par un récupérateur situé dans le fond du générateur 13. L'absorbant 5 non dilué ainsi récupéré est renvoyé pour être réparti au sein de l'absorbeur 12. La vapeur de réfrigérant 4 ainsi formée au sein du générateur 13 est conduite vers le condenseur 14
  • Au sein du condenseur 14, elle se liquéfie car le condenseur 14 comprend un faisceau de tubes 6 contenant le fluide provenant de la source de refroidissement à température intermédiaire. Le réfrigérant 4 sous forme liquide est alors récupéré par un récupérateur situé dans le fond du condenseur 14 et est renvoyé pour être réparti au sein de l'évaporateur 11.
  • [Fig. 2] représente une machine à absorption comprenant des échangeurs de type tube et calandre, à faisceau arrosé, comme utilisé classiquement dans l'état de la technique. Au sein des évaporateur 11, absorbeur 12, et générateur 13, des plateaux d'arrosage 21 permettent un arrosage uniforme de faisceaux de tubes 22, afin de recouvrir les faisceaux de tubes 22 d'un film de réfrigérant 4 ou d'absorbant 5 en fonction du type d'échangeur. Chacun des échangeurs 11, 12, 13 et 14 comprend un récupérateur 23. Ces échangeurs sont appelés « à tubes et calandres » car un fluide circule dans les faisceaux de tubes 22 et au moins un autre fluide circule entre les faisceaux de tubes 22 et la calandre 24 de l'échangeur.
  • Un avantage de ces machines à absorption est que leur fonctionnement est parfaitement maîtrisé. Cependant, elles coûtent très cher à fabriquer et leur encombrement est important.
  • Ainsi, la recherche s'intéresse à l'intégration d'échangeurs à plaques dans des machines à absorption à la place des échangeurs à tubes et calandres tels que représentés sur la Figure 2. En effet, les échangeurs à plaques, où un faisceau de plaques remplace le faisceau de tubes des échangeurs à tubes et calandres, sont moins coûteux à produire que les échangeurs à tubes et calandres, et ont un encombrement réduit. Ces essais d'intégration concernaient particulièrement la mise en œuvre d'échangeurs de type plaques à chevrons.
  • Cependant, les essais d'intégration d'échangeurs de type plaques à chevrons dans des machines à absorption de l'état de la technique présentent deux types de problèmes.
  • Un premier problème est le passage de la vapeur. En effet, l'évaporateur et le générateur créent de la vapeur basse pression qui est très sensible aux pertes de charges. Les conduits des échangeurs de type chevron étant de diamètre très faible, ils génèrent d'importantes pertes de charges qui empêchent la circulation de la vapeur basse pression.
  • Un second problème concerne l'intégration même des échangeurs à plaques au sein des machines à absorption. En effet, les machines à absorption sont conçues de façon spécifique pour chaque projet. En fonction des conditions de température et de pression, la géométrie des échangeurs peut être très différente, ce qui ne présente pas de difficulté pour des échangeurs à tubes et calandres. Cependant, dans le cas d'utilisation d'échangeur à plaques à chevrons, il est difficile de faire varier leur géométrie facilement car ils sont fabriqués à partir de plaques embouties. Le coût d'investissement pour la fabrication d'un nouveau motif de chevrons de plaques d'échangeur à plaques est très élevé, rendant donc les essais et l'industrialisation très coûteux.
    • RESUME DE L'INVENTION
  • L'invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en proposant une machine à absorption comprenant un premier, un second, un troisième et un quatrième échangeur à plaques, le premier échangeur à plaques étant un évaporateur, le second échangeur à plaques étant un absorbeur, le troisième échangeur à plaques étant un générateur, le quatrième échangeur à plaques étant un condenseur, chaque échangeur à plaques comprenant une pluralité de plaques matelassées disposées successivement et parallèles entre elles, chaque plaque matelassée comprenant deux feuilles et une pluralité de points de connexion entre les deux feuilles disposés selon un plan, au moins une feuille étant incurvée entre les points de connexion afin de former un espace de circulation de fluide entre les deux feuilles et les points de connexion de deux plaques matelassées adjacentes comprises dans le même échangeur étant en vis-à-vis.
  • L'invention permet avantageusement de proposer une machine à absorption peu coûteuse à produire et facilement adaptable en fonction des besoins. Ainsi, grâce à l'invention, il est facile de faire varier les surfaces d'échanges en augmentant le nombre de plaques, sans avoir à produire de nouveaux motifs de chevrons adaptés et donc sans nouveaux essais à réaliser. De plus, la géométrie matelassée des plaques assure une rigidité de l'ensemble de la machine à absorption en permettant le maintien des parois de la machine à absorption, limitant ainsi le besoin d'autres raidisseurs. La géométrie matelassée des plaques permet également un écoulement turbulent du fluide réparti sur les plaques et donc d'améliorer le coefficient d'échange thermique.
  • Les points de connexion de deux plaques matelassées adjacentes sont en vis-à-vis, afin de créer un espace pour le passage de la vapeur. De plus, la forme incurvée d'au moins une feuille permet une plus grande surface d'échange et un espace de circulation de fluide à l'intérieur des plaques.
  • Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans le paragraphe précédent, la machine à absorption selon un aspect de l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
    • L'évaporateur et l'absorbeur sont situés dans une première enceinte à vide et le générateur et le condenseur sont situés dans une seconde enceinte à vide.
    • L'évaporateur comprend un système d'arrosage de fluide réfrigérant configuré pour répartir un fluide réfrigérant sur la surface extérieure des plaques de l'évaporateur et l'espace de circulation de fluide de chaque plaque matelassée de l'évaporateur comprend une entrée et une sortie de fluide de source froide ;
    • L'absorbeur comprend un système d'arrosage de fluide absorbant configuré pour répartir un fluide absorbant sur la surface extérieure des plaques de l'absorbeur et l'espace de circulation de fluide de chaque plaque matelassée de l'absorbeur comprend une entrée et une sortie de fluide de source de refroidissement à température intermédiaire ;
    • Le générateur comprend un système d'arrosage de fluide absorbant configuré pour répartir un fluide absorbant sur la surface extérieure des plaques du générateur et l'espace de circulation de fluide de chaque plaque matelassée du générateur comprend une entrée et une sortie de fluide de source chaude ;
    • L'espace de circulation de fluide de chaque plaque matelassée du condenseur comprend une entrée et une sortie de fluide de source de refroidissement à température intermédiaire ;
    • Un collecteur de départ de source froide est connecté à l'entrée de fluide de l'évaporateur et un collecteur d'arrivée de source froide est connecté à la sortie de fluide de l'évaporateur ;
    • Un collecteur de départ de source de refroidissement à température intermédiaire est connecté à l'entrée de fluide de l'absorbeur et un collecteur d'arrivée de source de refroidissement à température intermédiaire est connecté à la sortie de fluide de l'absorbeur ;
    • Un collecteur de départ de source chaude est connecté à l'entrée de fluide du générateur et un collecteur d'arrivée de source chaude est connecté à la sortie de fluide du générateur ;
    • Un collecteur de départ de source de refroidissement à température intermédiaire est connecté à l'entrée de fluide du condenseur et un collecteur d'arrivée de source de refroidissement à température intermédiaire est connecté à la sortie de fluide du condenseur ;
    • Les plaques matelassées comportent au moins une passe.
    • La machine à absorption comprend un matelas anti-gouttes positionné entre l'évaporateur et l'absorbeur.
    • La machine à absorption comprend un matelas anti-gouttes positionné entre le générateur et le condenseur.
    • La machine à absorption comprend une première enceinte, une deuxième enceinte, une troisième enceinte et une quatrième enceinte et l'évaporateur est situé dans la première enceinte, l'absorbeur est situé dans la seconde enceinte, le générateur est situé dans la troisième enceinte et le condenseur est situé dans la quatrième enceinte.
    • L'espace de circulation de fluide de chaque plaque matelassée de l'évaporateur comprend au moins une entrée et une sortie de fluide réfrigérant ;
    • L'espace de circulation de fluide de chaque plaque matelassée de l'absorbeur comprend au moins une entrée et une sortie de fluide absorbant ;
    • L'espace de circulation de fluide de chaque plaque matelassée du générateur comprend au moins une entrée et une sortie de fluide absorbant ;
    • L'espace de circulation de fluide de chaque plaque matelassée du condenseur comprend au moins une entrée et une sortie de fluide réfrigérant ;
    • La machine à absorption comprend au moins deux collecteurs de vapeur ;
    • Un collecteur de départ de fluide réfrigérant est connecté à l'entrée de fluide de l'évaporateur et un collecteur d'arrivée de fluide réfrigérant est connecté à la sortie de fluide de l'évaporateur ;
    • Un collecteur de départ de fluide absorbant à température intermédiaire est connecté à l'entrée de fluide de l'absorbeur et un collecteur d'arrivée de fluide absorbant est connecté à la sortie de fluide de l'absorbeur ;
    • Un collecteur de départ de fluide absorbant est connecté à l'entrée de fluide du générateur et un collecteur d'arrivée de fluide absorbant est connecté à la sortie de fluide du générateur ;
    • Un collecteur de vapeur de fluide réfrigérant est connecté à l'entrée de fluide du condenseur et un collecteur d'arrivée de fluide réfrigérant est connecté à la sortie de fluide du condenseur ;
    • Un premier collecteur de vapeur est situé entre l'évaporateur et l'absorbeur et un second collecteur de vapeur est situé entre le générateur et le condenseur.
  • L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent.
    • BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention.
    • La figure 1 montre une représentation schématique du fonctionnement d'une machine à absorption selon l'état de la technique.
    • La figure 2 montre une représentation schématique d'une machine à absorption à échangeurs à tubes et calandre selon l'état de la technique.
    • La figure 3 montre une représentation schématique d'un module évaporateur/absorbeur d'une machine à absorption selon un premier mode de réalisation de l'invention.
    • La figure 4 montre une vue en coupe selon un plan transversal d'une partie d'un échangeur à plaques matelassées selon l'invention.
    • La figure 5 montre une vue en coupe selon un plan transversal d'une partie d'un module évaporateur/absorbeur et de son fonctionnement selon un premier mode de réalisation de l'invention.
    • La figure 6 montre une vue en coupe selon un plan transversal d'une partie d'un module évaporateur/absorbeur selon une variante du premier mode de réalisation de l'invention.
    • La figure 7 montre une représentation schématique d'une plaque matelassée à passes selon l'invention.
    • La figure 8 montre une représentation schématique d'un module générateur/condensateur d'une machine à absorption selon un premier mode de réalisation de l'invention.
    • La figure 9 montre une représentation schématique d'un module évaporateur/absorbeur d'une machine à absorption selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
    • La figure 10 montre une vue en coupe selon un plan transversal d'une partie d'un module évaporateur/absorbeur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
    • La figure 11 montre une représentation schématique d'un module générateur/condensateur d'une machine à absorption selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
    DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION
  • Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
    • Premier mode de réalisation
  • [Fig. 3] montre une représentation schématique d'un module évaporateur/absorbeur 300 d'une machine à absorption selon le premier mode de réalisation comprenant au moins deux échangeurs à plaques matelassées. Ce module comprend une enceinte à vide 301 afin d'assurer les conditions de fonctionnement du cycle de l'évaporateur 11 et de l'absorbeur 12.
  • Dans un premier mode de réalisation de l'invention, le réfrigérant 4 et l'absorbant 5 circulent à l'extérieur des plaques matelassées, par exemple en étant répartis sur des faisceaux de plaques matelassées ou par exemple sous forme de vapeur. Cette répartition du réfrigérant 4 et de l'absorbant 5 peut par exemple être réalisée par pulvérisation. Les fluides provenant des sources froides, chaudes, et de refroidissement à température intermédiaire circulent quant à eux à l'intérieur des plaques matelassées.
  • On entend par « plaque matelassée » un ensemble de deux feuilles de métal, par exemple en acier, soudées ensemble, par exemple à la soudure laser. Ce point de connexion permet ensuite de pressuriser l'ensemble.
  • L'une des feuilles ou les deux feuilles sont ensuite pressurisées afin de déformer la ou les feuilles pressurisées, et donc de créer un espace entre les deux feuilles permettant le passage d'un fluide là où les feuilles n'ont pas été soudées ensemble. La soudure des plaques suit par exemple un motif à « points », répartis sur la surface des feuilles de façon à laisser un espace de circulation de fluide entre chaque point. Une plaque matelassée est également appelée couramment « pillow plate » selon la dénomination anglo-saxonne.
  • De façon générale, on entendra par « plaque matelassée » une plaque comprenant deux feuilles et une pluralité de points de connexion entre les deux feuilles disposés selon un plan, au moins une feuille étant incurvée entre les points de connexion afin de former un espace de circulation de fluide entre les deux feuilles.
  • Un premier échangeur à plaques matelassées est l'évaporateur 11. Il comprend un faisceau de plaques matelassées 310 au-dessus duquel est positionné un système d'arrosage 311 de fluide réfrigérant 4. Ce système d'arrosage 311 permet une répartition uniforme du fluide réfrigérant 4 sur le faisceau de plaques 310. Le système d'arrosage 311 comprend par exemple un tube et une plaque trouée, le tube permettant une répartition grossière du fluide sur la plaque trouée, et la plaque trouée permettant une répartition uniforme du fluide sur toute la surface des plaques.
  • L'évaporateur 11 comprend en outre au moins deux collecteurs. Un collecteur de départ de la source froide 312, auquel la source froide est connectée, est connecté à un des champs de chacune des plaques matelassées formant le faisceau de plaques 310. De cette manière, le collecteur de départ de la source froide 312 peut injecter à l'intérieur des plaques matelassées le fluide provenant de la source froide. Cette connexion du collecteur 312 à un des champs de chacune des plaques du faisceau 310 peut être par exemple une soudure.
  • Un collecteur d'arrivée de la source froide 313 est lui aussi connecté à un des champs de chacune des plaques matelassées formant le faisceau de plaques 310. De cette manière, le collecteur d'arrivée de la source froide 313 permet la récupération du fluide provenant de la source froide injecté à l'intérieur des plaques par le collecteur de départ 312. Cette connexion du collecteur 313 à un des champs de chacune des plaques du faisceau 320 peut être par exemple une soudure. Le sens de circulation des fluides dans les plaques peut être inversé afin de fonctionner à contre courant. Dans ce cas, le collecteur de départ de source froide 312 et le collecteur d'arrivée de la source de refroidissement à température intermédiaire 323 sont inversés. De la même manière, ce contre-courant peut être mis en œuvre pour tous les autres échangeurs.
  • Un second échangeur à plaques matelassées compris dans le module évaporateur/absorbeur 300 est l'absorbeur 12. Il comprend un faisceau de plaques matelassées 320 au-dessus duquel est positionné un système d'arrosage 321 de fluide absorbant 5. Ce système d'arrosage 321 permet une répartition uniforme du fluide absorbant 5 sur le faisceau de plaques 320. Le système d'arrosage 321 sera présenté plus en détail par la suite.
  • L'absorbeur 12 comprend en outre au moins deux collecteurs. Un collecteur de départ de la source de refroidissement à température intermédiaire 322, auquel la source de refroidissement à température intermédiaire est connectée, est connecté à un des champs de chacune des plaques matelassées formant le faisceau de plaques 320. De cette manière, le collecteur de départ de la source de refroidissement à température intermédiaire 322 permet d'injecter à l'intérieur des plaques matelassées le fluide provenant de la source de refroidissement à température intermédiaire.
  • Un collecteur d'arrivée de la source de refroidissement à température intermédiaire 323 est lui aussi connecté à un des champs de chacune des plaques matelassées formant le faisceau de plaques 320. De cette manière, le collecteur d'arrivée de la source de refroidissement à température intermédiaire 323 permet la récupération du fluide provenant de la source de refroidissement à température intermédiaire injecté à l'intérieur des plaques par le collecteur de départ 322. Les connexions des collecteurs 322 et 323 à un des champs de chacune des plaques respectivement des faisceaux 320 et 330 peuvent être par exemple une soudure.
  • Au niveau de l'évaporateur 11, le système d'arrosage 311 de fluide réfrigérant 4 réparti sur le faisceau de plaques 310 le fluide réfrigérant 4. Cette répartition peut être réalisée par exemple par pulvérisation. Le fluide réfrigérant 4 ainsi réparti coule de façon uniforme sur les plaques matelassées et se vaporise, en refroidissant la surface des plaques matelassées. Le fluide froid circulant à l'intérieur des plaques est de ce fait refroidi.
  • Afin de garantir un mouillage complet des plaques et donc un bon coefficient d'échange, les faces extérieures des plaques matelassées peuvent avoir été recouvertes d'un traitement de surface hydrophile.
  • La géométrie des plaques, c'est-à-dire le fait qu'elles soient matelassées, permet de créer des turbulences dans le film de réfrigérant 4 et ainsi d'améliorer le coefficient d'échange thermique par rapport aux plaques de l'état de la technique.
  • Au niveau de l'absorbeur 12, le fluide absorbant 5 est réparti sur le faisceau de plaques matelassées 320 par le système d'arrosage 321 de fluide absorbant 5. Cette répartition peut être réalisée par exemple par pulvérisation. Le fluide absorbant 5 coule sur les plaques matelassées comprises dans le faisceau de plaques matelassées 320, créant un film de fluide absorbant 5 dans lequel se créent des turbulences dues au matelassage des plaques. Le film de fluide absorbant 5 absorbe la vapeur de fluide réfrigérant 4 et est donc dilué par du fluide réfrigérant 4 provenant de l'évaporateur 11. Cette action produit une dépression qui permet une circulation de la vapeur de l'évaporateur 11 vers l'absorbeur 12. Cette action produit aussi de la chaleur, qui est récupérée par le fluide de refroidissement à température intermédiaire qui circule à l'intérieur des plaques matelassées comprises dans le faisceau de plaques matelassées 320. L'absorbant 5 dilué coule sur les plaques matelassées et est récupéré par un récupérateur (non représenté) situé sous le faisceau de plaques 320 pour être amené au générateur 13. De la même manière, le réfrigérant 4 qui ne s'est pas vaporisé au niveau de l'évaporateur 11 coule sur les plaques matelassées et est récupéré par un récupérateur (non représenté) situé sous le faisceau de plaques 310 pour être amené au système d'arrosage 311.
  • [Fig. 4] représente schématiquement une vue en coupe selon un plan transversal de la liaison entre les plaques matelassées comprises dans un faisceau de plaques matelassées et l'enceinte sous vide 301. On entend par «plan transversal » un plan de coupe perpendiculaire à la plus grande dimension d'une plaque matelassée.
  • La paroi de l'enceinte à vide 301 est positionnée de façon adjacente au faisceau de plaques comme représenté Figure 4. Les plaques matelassées sont par exemple soudées sur un champ vertical avec la paroi intérieure de l'enceinte 301. Le fait que les plaques soient matelassées assure une bonne rigidité de l'ensemble plaques-enceinte 301 et permet de constituer cette enceinte à vide 301 de façon simple. Cette rigidité due à la géométrie des plaques permet de s'affranchir de raidisseur ou d'en limiter leur utilisation.
  • [Fig. 5] représente schématiquement une vue en coupe selon un plan transversal d'une partie du module 300 évaporateur/absorbeur et des échanges de fluides entre les deux échangeurs compris dans ce module.
  • Sur chacune des plaques des faisceaux de plaques 310 et 320 se répartissent respectivement le fluide réfrigérant 4 et le fluide absorbant 5, répartis par les systèmes d'arrosage présentés précédemment. Cette répartition peut être réalisée par exemple par pulvérisation. Le fluide froid 401 issu de la source froide et injecté par le collecteur de départ de la source froide 312 circule à l'intérieur des plaques matelassées comprises dans le faisceau de plaques matelassées 310 de l'évaporateur 11. Le fluide intermédiaire 402 issu de la source de refroidissement à température intermédiaire et injecté par le collecteur de départ de la source de refroidissement à température intermédiaire 322 circule à l'intérieur des plaques matelassées comprises dans le faisceau de plaques matelassées 320 de l'absorbeur 12. Le fluide réfrigérant 4 après s'être vaporisé circule entre les plaques matelassées comprises dans le faisceau de plaques matelassées 310 de l'évaporateur 11 vers les plaques matelassées comprises dans le faisceau de plaques matelassées 320 de l'absorbeur 12. La forme matelassée des plaques permet à la vapeur basse pression de réfrigérant 4 de circuler de l'évaporateur 11 vers l'absorbeur 12 sans pertes de charges et de créer des turbulences dans les films de réfrigérant 4 et d'absorbant 5, améliorant ainsi le coefficient d'échange thermique. Le pas entre les plaques est calculé afin de permettre le passage de la vapeur de réfrigérant 4 de l'évaporateur 11 vers l'absorbeur 12. Par exemple, on pourra choisir un pas entre les plaques entre 20mm et 50mm.
  • [Fig. 6] représente une variante du premier mode de réalisation.
  • Dans une variante du premier mode de réalisation représentée sur la Figure 6, un matelas anti-gouttes 501 peut être positionné entre l'évaporateur 11 et l'absorbeur 12 afin d'éviter toute pollution du film d'absorbant 5 par du réfrigérant 4. Ce matelas anti-gouttes 501 permet de laisser passer la vapeur de réfrigérant 4 tout en bloquant le réfrigérant 4 sous forme liquide, car des gouttes de réfrigérant 4 peuvent être emportées par la vapeur. Un matelas anti-gouttes 501 peut aussi être placé entre le générateur 13 et le condenseur 14, de la même façon que pour l'évaporateur 11 et l'absorbeur 12. L'avantage de ce matelas anti-gouttes 501 entre le générateur 13 et le condenseur 14 est qu'il permet de récupérer dans le condenseur un réfrigérant 4 le moins dilué possible, c'est-à-dire le plus pur possible, améliorant ainsi le coefficient d'échange dans l'évaporateur 11 où il sera conduit par la suite.
  • [Fig. 7] représente schématiquement une variante du premier mode de réalisation dans laquelle les plaques matelassées comprennent des passes.
  • La plaque matelassée 700 représentée Figure 7 comprend des soudures linéaires appelées « passes » 701. Si elle est comprise dans l'évaporateur 11, cette plaque matelassée peut être connectée par exemple aux collecteurs de départ de la source froide 312 et d'arrivée de la source froide 313 présentés précédemment, afin que le fluide de source froide circule à l'intérieur de la plaque 700. Les passes 701 permettent une meilleure répartition du fluide circulant à l'intérieur, afin d'orienter le parcours du fluide et de forcer son contact avec la totalité de la surface de la plaque. Les passes 701 permettent aussi d'augmenter la vitesse et l'agitation du fluide, ce qui a pour effet d'améliorer le coefficient d'échange thermique.
  • [Fig. 8] montre une représentation schématique d'un module générateur/condenseur 800 d'une machine à absorption selon le premier mode de réalisation comprenant au moins deux échangeurs à plaques matelassées. Ce module comprend une enceinte à vide 801 afin d'assurer les conditions de fonctionnement du cycle du générateur 13 et du condenseur 14.
  • Un échangeur à plaques matelassées compris dans le module 800 est le générateur 13, comprenant un faisceau de plaques matelassées 810, un système d'arrosage de fluide absorbant 5 dilué 811, un collecteur de départ 812 de la source chaude et un collecteur d'arrivée 813 de la source froide. De la même manière que pour l'évaporateur 11 et l'absorbeur 12, les collecteurs de départ 812 et d'arrivée 813 de la source chaude sont connectés à un des champs de chacune des plaques matelassées formant le faisceau de plaques 810 comme représenté à la Figure 8. Cette connexion peut être par exemple une soudure.
  • Un autre échangeur à plaques matelassées compris dans le module 800 est le condenseur 14, comprenant un faisceau de plaques matelassées 820 et un collecteur de départ 822 et d'arrivée 823 de la source de refroidissement à température intermédiaire. Les deux collecteurs 822 et 23 sont connectés à un des champs de chacune des plaques matelassées formant le faisceau de plaques 820. Cette connexion peut être par exemple une soudure.
  • Le système d'arrosage 811 du générateur 13 reçoit l'absorbant 5 dilué par du réfrigérant 4 et le répartit sur chacune des plaques matelassées du faisceau de plaques 820. Cette répartition peut être réalisée par exemple par pulvérisation. A l'intérieur de ces plaques circule le fluide provenant de la source chaude, injecté par le collecteur de départ 812. Au contact des plaques matelassées chaudes, le réfrigérant 4 va se vaporiser et l'absorbant 5 non dilué va couler le long des plaques pour être récupéré par un récupérateur (non représenté), puis envoyé à l'absorbeur 12 pour être réparti.
  • Au niveau du condenseur 14, le réfrigérant 4 sous forme de vapeur, au contact des plaques matelassées comprises dans le faisceau de plaques 820 dans lesquelles circule le fluide à température intermédiaire injecté par le collecteur de départ 822, va se condenser puis couler le long des plaques pour être récupéré par un récupérateur (non représenté), puis envoyé à l'évaporateur 11 pour être réparti.
    • Deuxième mode de réalisation
  • [Fig. 9] montre une représentation schématique d'un module évaporateur/absorbeur 900 d'une machine à absorption selon le deuxième mode de réalisation comprenant au moins deux échangeurs à plaques matelassées.
  • Dans ce deuxième mode de réalisation, le réfrigérant 4 et l'absorbant 5 sont répartis sur les surfaces intérieures des plaques matelassées et les fluides provenant des sources froide, chaude et intermédiaire circulent à l'extérieur des plaques matelassées. Cette répartition peut être réalisée par exemple par pulvérisation.
  • L'évaporateur 11 et l'absorbeur 12 comprennent respectivement une enceinte 901 et 902 qui leur est propre, permettant la circulation respectivement du fluide provenant de la source froide et du fluide provenant de la source de refroidissement à température intermédiaire à l'extérieur des plaques matelassées.
  • L'évaporateur 11 comprend un collecteur de départ 312 du réfrigérant 4 et un collecteur d'arrivée 313 du réfrigérant 4. Ces collecteurs sont connectés à un des champs de chacune des plaques comprises dans le faisceau de plaques matelassées 310 de façon à pouvoir répartir le fluide réfrigérant 4 sur les parois intérieures des plaques matelassées. Cette répartition peut être réalisée par exemple par pulvérisation. Ces connexions peuvent être par exemple des soudures.
  • Le réfrigérant 4 circulant ainsi à l'intérieur des plaques se vaporise car le fluide de source froide circule à l'extérieur des plaques. La vapeur de réfrigérant 4 circule à l'intérieur des plaques jusqu'au collecteur 903 de vapeur, qui est connecté à un des champs de chacune des plaques comprises dans le faisceau de plaques matelassées 310 et à un des champs de chacune des plaques comprises dans le faisceau de plaques matelassées 320. Ces connexions peuvent être par exemple des soudures. De cette façon, la vapeur de réfrigérant 4 peut atteindre l'absorbeur 12 dans lequel est réparti par le collecteur d'entrée d'absorbant 322 l'absorbant 5 sur les parois intérieures des plaques matelassées comprises dans le faisceau de plaques matelassées 320.
  • La taille du collecteur de vapeur 903 est calculée afin d'éviter les pertes de charges et permettre le passage de la vapeur vers les plaques de l'absorbeur.
  • L'absorption du réfrigérant 4 par l'absorbant 5 crée une dépression, qui crée une circulation de la vapeur de réfrigérant 4 entre l'évaporateur 11 et l'absorbeur 12 en passant par le collecteur de vapeur 903.
  • [Fig. 10] représente schématiquement une vue en coupe selon un plan transversal d'une partie du module 800 évaporateur/absorbeur et des échanges de fluides entre les deux échangeurs compris dans ce module. Deux feuilles 405 et 406 forment une plaque matelassée 314 et sont connectées en au moins un point de connexion 403. Ce point de connexion 403 peut être par exemple une soudure. Au moins une des deux feuilles est incurvée entre deux points de connexion 403 et 407 pour former un espace de circulation de fluide 408 entre les deux feuilles 405 et 406. Sur la Figure 4, les deux feuilles 405 et 406 sont incurvées pour avoir une surface d'échange plus importante. Deux plaques matelassées 314 et 315 sont dites « adjacentes » lorsque la plaque matelassée 314 est voisine de la plaque matelassée 315 dans le faisceau de plaques 310, c'est-à-dire qu'il n'y a pas d'autre plaque matelassée entre les plaques 314 et 315. Les points de connexion 403 et 404 des deux plaques matelassées adjacentes 314 et 315 sont en vis-à-vis, afin de créer un espace de circulation de vapeur.
  • Sur les faces intérieures de chacune des plaques des faisceaux de plaques 310 et 320 se répartissent respectivement le fluide réfrigérant 4 et le fluide absorbant 5, répartis respectivement par les collecteurs 312 et 322 présentés précédemment. Le fluide froid 401 circule à l'extérieur des plaques matelassées comprises dans le faisceau de plaques matelassées 310 de l'évaporateur 11. Il est par exemple injecté à l'intérieur de l'enceinte 901 par un collecteur de départ de fluide de source froide non représenté, et récupéré par un collecteur d'arrivée de fluide de source froide non représenté. Le fluide de refroidissement à température intermédiaire 402 circule à l'extérieur des plaques matelassées comprises dans le faisceau de plaques matelassées 320 de l'absorbeur 12. Il est par exemple injecté à l'intérieur de l'enceinte 902 par un collecteur de départ de fluide de source à température intermédiaire non représenté, et récupéré par un collecteur d'arrivée de fluide de source à température intermédiaire non représenté. Le fluide réfrigérant 4 après s'être vaporisé circule à l'intérieur des plaques matelassées comprises dans le faisceau de plaques matelassées 310 de l'évaporateur 11 vers l'intérieur des plaques matelassées comprises dans le faisceau de plaques matelassées 320 de l'absorbeur 12 en passant par le collecteur de vapeur 903. La circulation des fluides 401 et 402 à l'extérieur des plaques matelassées permet un nettoyage plus simple que lorsqu'ils circulent à l'intérieur des plaques matelassées grâce à l'espace entre les plaques. Ceci est particulièrement intéressant lorsque des fluides encrassant tels que l'eau de mer ou l'eau fluviale sont utilisés comme fluide 401 et/ou 402.
  • [Fig. 11] montre une représentation schématique d'un module générateur/condenseur 1000 d'une machine à absorption selon le deuxième mode de réalisation comprenant au moins deux échangeurs à plaques matelassées.
  • Le générateur 13 et le condenseur 14 comprennent respectivement une enceinte 904 et 905 qui leur est propre, permettant la circulation respectivement du fluide provenant de la source chaude et du fluide provenant de la source de refroidissement à température intermédiaire à l'extérieur des plaques matelassées.
  • Le générateur 13 comprend un collecteur de départ 812 du réfrigérant 4 et un collecteur d'arrivée 813 de l'absorbant 5. Ces collecteurs sont connectés à un des champs de chacune des plaques comprises dans le faisceau de plaques matelassées 810 de façon à pouvoir répartir le fluide absorbant 5 dilué avec le fluide réfrigérant 4 sur les parois intérieures des plaques matelassées. Cette connexion peut être par exemple une soudure. Le fluide absorbant 5 non dilué est récupéré par le collecteur d'arrivée 813 et le réfrigérant 4, qui s'est vaporisé au contact des plaques matelassées chaudes 810, circule sous forme de vapeur vers le condenseur 14, en passant par le collecteur de vapeur 906.
  • Le collecteur de vapeur 906 est connecté à un des champs de chacune des plaques comprises dans le faisceau de plaques matelassées 810 et à un des champs de chacune des plaques comprises dans le faisceau de plaques matelassées 820. Ces connexions peuvent être par exemple des soudures. De cette façon, la vapeur de réfrigérant 4 peut atteindre le condenseur 14 dans lequel elle se condense. Le réfrigérant 4 sous forme liquide est récupéré par un collecteur d'arrivée 823 pour être envoyé à l'évaporateur 11.

Claims (10)

  1. Machine à absorption (300, 800, 900 ,1000) comprenant un premier, un second, un troisième et un quatrième échangeur à plaques, le premier échangeur à plaques étant un évaporateur (11), le second échangeur à plaques étant un absorbeur (12), le troisième échangeur à plaques étant un générateur (13), le quatrième échangeur à plaques étant un condenseur (14), ladite machine à absorption (300, 800, 900 ,1000) étant caractérisée en ce que chaque échangeur à plaques (11, 12, 13, 14) comprend une pluralité de plaques matelassées (310, 320, 810, 820) disposées successivement et parallèles entre elles, chaque plaque matelassée (310, 320, 810, 820) comprenant deux feuilles de métal (405, 406) et une pluralité de points de connexion (403, 407) entre les deux feuilles (405, 406) disposés selon un plan, au moins une feuille (405, 406) étant incurvée entre les points de connexion (403, 407) afin de former un espace de circulation de fluide (408) entre les deux feuilles (405, 406) et en ce que les points de connexion (403, 404) de deux plaques matelassées adjacentes (314, 315) comprises dans le même échangeur (11, 12, 13, 14) sont en vis-à-vis.
  2. Machine à absorption (300, 800, 900 ,1000) selon la revendication précédente caractérisée en ce qu'elle comprend une première enceinte à vide (301) et une seconde enceinte à vide (801) et en ce que l'évaporateur (11) et l'absorbeur (12) sont situés dans la première enceinte à vide (301) et en ce que le générateur (13) et le condenseur (14) sont situés dans la seconde enceinte à vide (801).
  3. Machine à absorption (300, 800, 900 ,1000) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que :
    - l'évaporateur (11) comprend un système d'arrosage (311) de fluide réfrigérant (4) configuré pour répartir un fluide réfrigérant (4) sur la surface extérieure des plaques (310) de l'évaporateur (11) et l'espace de circulation de fluide de chaque plaque matelassée (310) de l'évaporateur (11) comprend une entrée et une sortie de fluide de source froide ;
    - l'absorbeur (12) comprend un système d'arrosage (321) de fluide absorbant (5) configuré pour répartir un fluide absorbant (5) sur la surface extérieure des plaques (320) de l'absorbeur (12) et l'espace de circulation de fluide de chaque plaque matelassée (320) de l'absorbeur (12) comprend une entrée et une sortie de fluide de source de refroidissement à température intermédiaire ;
    - le générateur (13) comprend un système d'arrosage (811) de fluide absorbant (5) configuré pour répartir un fluide absorbant (5) sur la surface extérieure des plaques (810) du générateur (13) et l'espace de circulation de fluide de chaque plaque matelassée (810) du générateur (13) comprend une entrée et une sortie de fluide de source chaude ;
    - l'espace de circulation de fluide de chaque plaque matelassée (820) du condenseur (14) comprend une entrée et une sortie de fluide de source de refroidissement à température intermédiaire ;
  4. Machine à absorption (300, 800, 900 ,1000) selon la revendication précédente caractérisée en ce que :
    - un collecteur de départ (312) de source froide est connecté à l'entrée de fluide de l'évaporateur (11) et un collecteur d'arrivée (313) de source froide est connecté à la sortie de fluide de l'évaporateur (11) ;
    - un collecteur de départ (322) de source de refroidissement à température intermédiaire est connecté à l'entrée de fluide de l'absorbeur (12) et un collecteur d'arrivée (323) de source de refroidissement à température intermédiaire est connecté à la sortie de fluide de l'absorbeur (12) ;
    - un collecteur de départ (812) de source chaude est connecté à l'entrée de fluide du générateur (13) et un collecteur d'arrivée (813) de source chaude est connecté à la sortie de fluide du générateur (13) ;
    - un collecteur de départ (822) de source de refroidissement à température intermédiaire est connecté à l'entrée de fluide du générateur (13) et un collecteur d'arrivée (823) de source de refroidissement à température intermédiaire est connecté à la sortie de fluide du condenseur (14) ;
  5. Machine à absorption (300, 800, 900 ,1000) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les plaques matelassées (310, 320, 810, 820) comportent au moins une passe (701).
  6. Machine à absorption (300, 800, 900 ,1000) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend un matelas anti-gouttes (501) positionné entre l'évaporateur (11) et l'absorbeur (12).
  7. Machine à absorption (300, 800, 900 ,1000) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend un matelas anti-gouttes (501) positionné entre le générateur (13) et le condenseur (14).
  8. Machine à absorption (300, 800, 900 ,1000) selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comprend une première enceinte (901), une seconde enceinte (902), une troisième enceinte (904) et une quatrième enceinte (905) et en ce que l'évaporateur (11) est situé dans la première enceinte (901), l'absorbeur (12) est situé dans la seconde enceinte (902), le générateur (13) est situé dans la troisième enceinte (904) et le condenseur (14) est situé dans la quatrième enceinte (905).
  9. Machine à absorption (300, 800, 900 ,1000) selon la revendication précédente caractérisée en ce que :
    - l'espace de circulation de fluide de chaque plaque matelassées (310) de l'évaporateur (11) comprend au moins une entrée et une sortie de fluide réfrigérant (4) ;
    - l'espace de circulation de fluide de chaque plaque matelassées (320) de l'absorbeur (12) comprend au moins une entrée et une sortie de fluide absorbant (5) ;
    - l'espace de circulation de fluide de chaque plaque matelassées (810) du générateur (13) comprend au moins une entrée et une sortie de fluide absorbant (5) ;
    - l'espace de circulation de fluide de chaque plaque matelassées (820) du condenseur (14) comprend au moins une entrée et une sortie de fluide réfrigérant (4) ;
    - la machine à absorption comprend au moins deux collecteurs de vapeur (903, 906) ;
  10. Machine à absorption (300, 800, 900 ,1000) selon la revendication précédente caractérisée en ce que :
    - un collecteur de départ (312) de fluide réfrigérant (4) est connecté à l'entrée de fluide de l'évaporateur (11) et un collecteur d'arrivée (313) de fluide réfrigérant (4) est connecté à la sortie de fluide de l'évaporateur (11) ;
    - un collecteur de départ (322) de fluide absorbant (5) à température intermédiaire est connecté à l'entrée de fluide de l'absorbeur (12) et un collecteur d'arrivée (323) de fluide absorbant (5) est connecté à la sortie de fluide de l'absorbeur (12) ;
    - un collecteur de départ (812) de fluide absorbant (5) est connecté à l'entrée de fluide du générateur (13) et un collecteur d'arrivée (813) de fluide absorbant (5) est connecté à la sortie de fluide du générateur (13) ;
    - un collecteur de vapeur (906) de fluide réfrigérant (4) est connecté à l'entrée de fluide du condenseur (14) et un collecteur d'arrivée (823) de fluide réfrigérant (4) est connecté à la sortie de fluide du condenseur (14) ;
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