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Maohine à réfrigération par absorption à double effet* , @
La présente invention concerne une macine à réfrigération par absortion du type à double effet, c'est- à-dire dans laquelle le réfrigérant est libéré de la esoltin d'absorion en deux étages génériatuer
Un but de la présente invention est de réaliser une machine de réfrigération à double effet convenant partidliè rement dans le cas de la construction d'un groupe à grande capacité,
par exemple au-delà de 90 tonnée d'effet de révri- gération
Un autre but de l'invention cet de réalser une mahcijne à double effet pouvant être commandée par un systÍme
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de commande relativement simple et peu coûteux.
Un autre but de l'invention est de réaliser une machine à double effet qui ne soit pas sujette à un Saurait fonctionnement pendant les périodes de focntionnemt ou pendant les périodes d'arrêt
Un autre but de l'invention est de réaliser une machine à double effet dans laquelle les concentrations des solutions soient maintenues dans les valeurs prexcrites dans les différentes parties de la maohine. La machine selon l'invention est telle que, pendant les périodes de coupure, le réfrigérant et les solutions absorbantes sont emprisonnées dans des chambres spécifièes de façon que le réfrigérant et les solutions ne puissent se mélanger et donc s'altérer.
Cet arrangement assure une efficacité améliorée ainsi que la proteotion du système contre la cristallisation de l'ab- aorbant du fait d'une eurconoentration.
D'autres buts de l'invention ressortiront de l'exemple suivant, déorit en se référant aux dessine annexée, ' sur lesquels
Fig 1 est une vue schématique et en coupe partielle suivant la ligne 1-1 de la fig 2, d'une mahcijnee selon un mode de misé en oeuvre de l'invention, et
Fig.2 est une coupe suivait la linge 2-2 de la fig. 1.
Avant la description détaillée de la présente inven- tion, il doit être entendu que celle-ci n'est pas limitée par les détails de construction et d'arrangemet représcenteés sur les figures, mais qu'elle peut être mise en oeuvre sui- vant d'autres variantes, de même qu'il doit tre compris que la phraséologie et la terminologie utilisées dans le
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présent texte sont destinées à faciliter la description sana idée de limitation.
DISPOSITION GENERALE.
La figure 1 représente une machine de réfrigération j par absorption comprenant un premier générateur de vapeur de réfrigérant 10 un second générateur de vapeur de réfrigé- rant 12, un condenseur de réfrigérant 14, un évaporateur de réfrigérant 16, et un absorbeur de réfrigérant 18: La machi- ne représentée est établie particulièrement pour l'utilisa- ) tion d'eau, comme réfrigérant et de bromure de lithium, bien que d'autres réfrigérants et d'autres absorbants puissent être utilisés conformément à l'invention. Sur la figure 1, la concentration en bromure de lithium est indiquée comme variant de 57% à 63 % dans les différentes parties de la machine. Des débits et des températures sont aussi indiquée sur la figure à titre d'exemple.
Pendant le fonctionnement, une solution à 57% de réfrigérant et d'absorbant est introduite dans le générateur 10 par un conduit de liquide 20 pour établir un niveau de solution 22 dane le .ballon 24 du générateur. La solution est chauffée à travée des tubes à feu 70 et 26, de aorte que le - réfrigérant échape de la solution.
La vapeur de réfrigérant est dirigée dans un conduit de vapeur 28 pour alimenter fina lemetn lea tubes d'échange thermique 30 du ballon 38 du secnd générateur 12 Le trop-plein de soltion Pela%1 faible en réfrigiérant contenu dans le ballon 24 est dirige à travers le conduit de liquide 32,
et il pase à travers 1'échangeur de chaleur 29 ayant de pénétrer dasn le généra teur 12 à travers le conduit de liquide 34 La soultijn
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liquide provenant du conduit 34 vient en contact thermique avec la vapeur de réfrigérant contenue dans les tubes 30 en tombant gotute à goutte sur les surfaces extérieures des tubes, ce qui provoque la condensation d'une partie subatan- . tielle du réfrigérant qui cet collectée dans une chambre 36
Quand la solution réfrigérant-absorbant s'écoule par gravité autour des surfaces extérieures des tubes 30,
de la vapeur de réfrigérant additionnelle est dégagée dans le ballon 38. Cette vapeur est automatiquement dirigée autour des tubes d'eau froide 40 du condenseur 14 et le condensât est collecté dans une gouttière 42. Le réfrigérant de la gouttière 42 est ensuite mélangé au réfrigérant de la chambre 36 et il passe un dispositif de réduction 44.
Après le passage à travers le dispositif 44 le réfrigérant passe dans'un mécanisme égoutteur 46 logé dans le ballon 120 au-dessus des tubes à eau froide 48 de 1'évapo- rateur 16. La chaleur de l'eau passant dans les tubes est ainsi extraite pour vaporiser le réfrigérant sur les surfaces extérieures des tubes.
Le réfrigérant non vaporisé est collecté dans une gouttière 50 et revient dans le mécanisme égoutteur à travers un conduit 52 et une pompe 53 Le réfri- gérant vaporisé dans le ballon 120 est automatiquement dirigé) vers Les tubes 54 refroidis par l'intérieur de 1'absorbeur 18
Pendant ce tempe'la solution d'absorbant faible en ;
réfrigérant, collectée au fond du ballon 38 est dirigés à travers le conduit 56 Vote 1'échangeur d3 chaleur 58 et ensuite à travers un concuit 60 pour être distribuée sous la eneuite raverd conquit pour te d, b,'ue de forme de gouttelettes sur les surfaces extérieures des tube$
54 de l'absorbeur. La. vapeur de réfrigérant ont par suite
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absorbée par l'absorbant liquide qui ressort à travers le conduit 62 sous la forme d'une solution riche en réfrigérant.
Le cycle est complété par le refoulement par une pompe de la solution réfrigérant-absorbant vers le premier générateur 10 à travers le conduit 63, les échangeurs de chaleur 58 et 29, le oonduit 64 et le conduit 20.
GENERATEUR 10.
Ainsi que le montre la figure 1, le générateur oomprend une enveloppe ou ballon cylindrique horizontal 24.
Cette enveloppe cylindrique est située entre deux plaques verticales 66 et 68. Dana le ballon 24 est placé un tube à feu 70 de diamètre relativement important, et une série de tubes à feu plus petits 26. Le tube 70 dépasse la plaque à tubes 66 à travers un conduit de fumées 72 pour recevoir un brûleur classique 74 qui peut être un brûleur à mazout, un brûleur à gaz ou un brûleur combiné à gaz-mazout. Pendant le fonctionnement, la flamme du brûleur traverse le.tube 70 vers la ohambre isolée 76 qui communique avec les extrémités ouvertes des tubes 26. Les gaz chauds traversent ainsi les tubes 26 dans le sens indiqué par la flèche 78 pour échapper à travers le conduit de fumées 72.
La solution liquide arrive dans le ballon 24 à travers le conduit 64, une chambre verticale 65 et le conduit
20. Un échappement est établi à la partie supérieure de la chambre 65 vers la partie supérieure du ballon 24, à travers le conduit 67. La solution est évacuée du ballon 24 à travers une chambre de trop-plein 69 et un conduit 32. Le niveau de la solution est, par suite, maintenu de la façon indiquée en 22, aussi bien pendant les périodes de fonction- nement que pendant les périodes d'arrêt. Pendant les pério-
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des d'arrêt, le liquide du ballon 24 ne peut, par suite, pas repasser à travers le conduit 64-, parce que le conduit 20 forme u siphon pour le liquide et le conduit 67 égalise les pressions dans la chambre 65 et le ballon 24.
De ce fait, la solution reste dans le générateur pendant les périodes d'arrêt
Dans.la partie supérieure du ballon 24 est placé un séparateur qui empêche le passage des gouttelettes entraînées de la solution de liquide dans le conduit de vapeur 28.
Suivant le mode de réalisation représenté, le séparateur comprend une paroi verticale 82 et deux parois perforées 84 formant un V de façon que la vapeur et tout liquide entraîné soient obligés de passer à travers les perforations en chan- : geant de direction pour passer dans le tube 28. La majeure partie du liquide entraîné est ainsi séparé par inertie et revie dans la masse de solution du ballon 24. Le tube de vapeur 28 s'étend à partir du ballon 24 jusqu'à une chambre i de séparation du liquide supplémentaire 86 située à l'arriére' du ballon 38. '
GENERATEUR DE SECOND EFFET 12 - CONDENSEUR 14.
Ainsi que le montre la figure 1, le générateur de second effet 12 et le condenseur 14 sont disposés dans un même ballon cylindrique 38. Comme le montre la figure 2, ce ballon s'étend entre'une plaque à tubes avant 88 at une pla- que à tubes arrière 90. Les tubes de transfert de chaleur
30 du générateur de-second effet s'étendent à l'intérieur du' ballon 38 à travers les plaques à tubes 88 et 90 de façon que leurs extrémités ouvertes opposées communiquent avec la ohambre 86 et la chambre définie par le collecteur 92. Le séparateur comprend une oloison verticale 94 de façon que la r vapeur échappe vers le bas du tube 28 par l'espace situé à
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droite de la séparation.
La vapeur doit, par suite, changer de direotion vers le haut avant de pénétrer dans les tubes 30. De ce fait, les gouttelettes de liquide entraînées pouvant subsister sont séparées delà vapeur et sont collec- tées dans la partie inférieure de la chambre 86. Un tube ou conduit 96 fait communiquer la chambre 86 et l'intérieur du ballon 38 afin que le liquide séparé revienne automatiquement dans le système. Un étranglement est formé dans le conduit '96 pour maintenir une différence de pression entre la chambre 86 et l'intérieur du ballon 38.
Comme le montre la figur 1, le collecteur 92 com- porte une séparation formée d'une paroi horizontale 98 et d'une paroi verticale 100 pour former des chambres séparées , 102 et 36 La vapeur pouvant être présente dans la chambre
36 échappe par le ballon 38 à travers une ouverture 11 de la plaque à tubes 88.
Comme il a été indiqué plus haut, la solution liqui- de provenant du générateur de premier effet 10 passe dans le conduit 32 et finalement dans le générateur de second effet
12 à travers le conduit 34, Un étranglement fixe ou réglable
108 peut être formé dans le conduit 34 pour maintenir la différence de p: ssion voulue entre les générateurs 10 et 12.
Le conduit 34 comprend un tube 34' qui dépasse horizontale- ment à l'intérieur du ballon 38 au-dessus de trois récipient reotangulaires séparés 110 espacés sur la longueur du ballon.
Ce tube oomprend une ouverture convenable pour que la solu- tion arrivant par le conduit 34 tombe par gravité dans les récipients. L'arrangement du tube et des réoipients est, de préférence, le même que celui représenté en 140 et 138 pour l'évaporateur.
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Entre les récipients ou récepteurs 110 sont disposés des tubes égoutteurs 112 qui comportent des ouvertures espa- cées le long de leurs surfaces supérieures ; suivant la con- struction représentée, ces ouvertures sont espacées les unes des autres d'environ 12,7 mm sur toute la longueur du tube avec une telle distribution, la solution réfrigérant-absor bant remplit les tubes et suitne à travers les ouvertures des tubes pour s'écouler autour de la surface extérieure de ceux-ci et tomber goutte à goutte sur les surfaces extérieu- res des tubes échangeurs de chaleur 30.
Les tubes échange de chaleur reçoivent ainsi sur leurs surfaces extérieures une solution relativement froide, et de la vapeur relativement chaude sur leurs surfaces intérieures (provenant de la chambre 86)....;
Dans le cas de la disposition représentée à titre d'exemple, la vapeur,de réfrigérant passant dans les tubes 30 peut être à une température d'environ 161 C et la solution coulant sur les surfaces extérieures des tubes peut être d'une température d'environ 91 C Du fait de cette différen-. ce de température, la vapeur présente dans les tubes 30 est condensée et collectée dans la chambre 36 sous la forme de réfrigérant liquide.
L'échange de chaleur provoque l'évapo- ration du réfrigérant présent dans la solution sur la surface' extérieure des tubes et son passage autour des tubes 40 qui forme le condenseur 14. Toute vapeur formée par évaporation ! instantanée à travers l'orifice réduit 106 échappe de la chambre 36 à travers l'ouverture relativement grande 114 de la plaque à tubes 108, et se mélange par suite avec la vapeur de réfrigérant présente dans le ballon 38.
'La solution riche en absorbant coulant goutte à goutte des surfaces extérieures
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des tubes 30 est collectée au fond du ballon 38 et échappe à travers le conduit 56
Les tubes 40 du condenseur sont alimentés en fluide de refrodisment à travers deux distributeurs ou collec- tours classiques, dont l'un est représenté en 116 sur la figure 2 Suivant la disposition représentée 1'arrangemet est à un jeul passage, le fluide de refroidissment ( de pré férence de l'eau) passant du distributeur fixé aur la plaque à tubes 90, travers tous les tube. 40, vers le oolleoteur de sortie 116 monté sur la plaque à tubes 90.
Une colonne de refroidissement classique peut être utilisée pour recevoir le fluide de refroidissement avant le recyclage de celui-ci vers 1'absorbe de la machine de réfrigération.
Pendant le fonctionnement, les tubes relativement froids 40, du condenseur provoquant la condensation de la vapeur de réfrigérant présente dans le ballon 38 sur les surfaces extérieures des tubes et le réfrigérant tombe goutte à goutte dans la gouttière 42 qui s'étend sur toute la longueur du ballon 38. Un conduit d'échappement 118 dirige le réfrigérant condensé dans un élément tubulaire 44. Le réfrigérant condensé supplémentaire sort de la chambre 36 à travers le conduit 11 EVAPORATEUR 16 - ABSORBEUR 18.
Ainsi qu'il apparaît que la figure 1, 1'évaportateur et l'absorbeur sont tous deux situés dans un ballon cylin- drique 120, ce ballon est situé entre deux plaques à tubes verticales 122 et 124. Les tubes 48 de l'évaporateur sont disposée horizontalement entre les deux plaques à tubes pour communiquer avec un collecteur avant 126 et un collecteur
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arrière 128 cette disposition permettant l'entrée du liquide d'échange thermique à température relativement élevée à travers l'orifice 130 Ion passage à travers les tubes 48 inférieure vers le collecteur 128 et son retour Vers 1'cri- tics de sortie 132 à travers
les tube@ 48 supérieru L'eau est habituellement utilisée comme liquide d'échagbne thermique suivant un Mode de réalisation, l'eau pénètre par 1'crifice 130 à environ 13 C est refroidie dane Ion tube$ 48 et dort à travers l'orifice 132 à environ 9,5 Cd L'eau refroidie circule ensuite dans des groupes conditionneurs d'air séparà ou d'autres dispositifs de refroidissement avant de revenir à l'entrée 130 à 13 C
Le refroidissement de l'eau est assuré par l'évapo- ratit. 'du réfrigérant sur les surfaces extérieures des tubes 48.
Comme il a été indiqué plus haut, le réfrigérant arrive dans l'évaporateur à travers l'élément à chambre tubu- laire 44. La différence nécessaire de pression entre le con- denseur 14 et l'évaporateur 16 peut être maintenue par un orifice restreint 134 formé à l'extrémité d'échappement du conduit 118. La chambre de l'élément 44 est de préférence maintenue à une pression relativement basse, par exemple 0,007 kg/cm2 de pression absolue par égalisation avec la pression régnant dans le ballon 16 a travers le conduit 121 'Le réfrigérant liquide s'écouta par gravité de la chambre 44,
à travers le conduit 136 dans un tube horizontal
138 situé dans la partie supérieure du ballon 16. En dessous du tube 138 sont placés trois récipients ou gouttières 140 ouverts à leur partie supérieure, la communication étant établie par des ouverturee,
142 du tube de façon que les gouttières reçoivent le réfrigérant du tube pour le faire
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passer dans une série de tubes distributeurs de réfrigérant 144 horizontaux Les tubes distributeurs comportent des ouvertures 146 sur les parties supérieures de leurs surfaces de façon que le réfrigérant du tube suinte hors des tubes et s'écoule autour de leurs surfaces extérieures avant de tomber goutte à goutte sur les tubes échangeurs de chaleur 48 situés en dessous.
Le nombre de tubes 144 correspond au nombre de rangées verticales de tubes 48, de sorte que chaque rangée de tubes d'échange thermique est alimentée en réfeigé rant liquide par le tube 144 si* à au-dessu
11 est prévu que le réfrigérant s'est évaporé au moment où il atteint le tube d'échange thermique le plus bas de chaque rangée verticale. Cependant, tout réfrigérant liquide en excès coulant goutte à goutte à partir des tubes d'échange thermique inférieurs est collecté dans une gout- tiare 50 et échappe à travers le conduit 52.
Une pmpe con venable 53 peut être utilisée pour recycler le réfrigérant à travers l'élément 44 pour son retour dans le système. Dans certains cas, cette pompe peut ne pas être nécessaire,
Le réfrigérant évaporé autour des tubes 48 passe automatiquement our des tubes d'échange thermique 54 de ' l'absorbeur 18.
i fluide de refroidissement, par exemple de l'eau, est envoyé, par l'entrée 150 dans les tubes d'échange thermique 54 inférieurs à travers le collecteur avant 152 et revient à travers les tubes 54 supérieurs à une sortie 156 Un écran 158 provoque à l'intérieur du collec- teur 148 l'écoulement du liquide de refroidissement suivant deux passages à travers les tubes d'échange thermique,
D'autres disposition$ de circulation peuvent être utilisées avec des écrans convenables dans les collecteurs* .De préfé-
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rencele liquide de refroidissement pénètre à travers l'entrée 150 à environ 29.5 C et sort a travers la ortie 156 à environ 35 C Le fluide de refroidissement est ensuite dirigé à travers les tubes 40 du condenseur et Sa température s'élève à environ 36,
6 C
La solution d'absorant à une concentriation d'envi'* ron 63 % da LiBr cet envoyée à 1'absorbeur à travers la con duit 60 qui comprend un tube horizontal 159 à 1'ntérieur du ballon 120 Trois r¯cipients ou gouttière* 160, ouverts à leur partie'supérieure, et semgbvlables aux gouttière 140 sont places au-dessous du tube 159.
Des tube$ distributures 162 comportant des ouvertures convenables snt disposée entre les gouttières 160 pour permettre l'écoulement goutte é goutte de la solution de liquide sur les tubes d'échange thermique 54, de sorte que la solution est refroidie pour absorber la vapeur de réfrigérant provenant de l'évaporateur 16. Une séparation convenable 164 peut être placée dans la ballon 120 pour éviter le mélange de l'absorbant et du réfri, gérant sur les tubes 48 de l'évaporateur. Toute solution projetée à partir des tubes 54 vient ainsi frapper la sépa ration 164 sans atteindre les tubes 48.
Une séparation sem blable 164 empêche à l'intérieur du ballon 38 les projec tions à partir du tube 30
Pendant le processus d'absorption du réfrigérant la température du réfrigérant s'élève d'environ 4,5 C à environ 39 C et la température de l'absorbant s'abaisse d'environ 55''C , environ 39 C du fait de la circulation de ' fluide de refroidissement a travers les tubes 54 La soul tion riche en réfrigérant est collectée dans le fond du ballon 120 et sort à travers un conduit 62 vers uns pompe
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à solution 166.
Pendant les périodes de fonctionnement, la pompe solution 166 tourne continuellement pour envoyer la solution , à travers une soupape de modulation 170 dans le conduit 163 et/ou le conduit 168. La solution passant dans le conduit 63 est envoyée à travers les échangeurs de chaleur 58 et 29 dans le conduit 64, de sorte que sa température est élevée d'environ 39 C à environ 129 C au moment où elle atteint le générateur 24. La solution du oonduit 168 passe dans le conduit 60 et est ensuite recyclée sur les tubes de l'absorbeur.
REGULATION DE LA MACHINE,
Le système de réfrigération est, de préférence, un système modulé dans lequel l'écoulement de la solution et le débit d'alimentation en combustible sont modulés suivant les ! besoins de la réfrigération. Par suite, le refoulement de la pompe 166 est proportionné d'après les besoins de la ré- frigération, qui sont déterminée à la sortie 132 pour l'eau refroidie à basse température. L'établissement de la propor tion est de préférence assuré par une vanne de réglage des débits ou de modulation 170 commandée par un moteur de type oourant. La modulation ou réglage du combustible est assurée par une soupape de régulation courante (non représentée).
Pour la charge totale de réfrigération, la vanne 170 est commandée de façon que pratiquement la totalité de la solution à 50% provenant de l'absorbeur passe dans le con- duit 63. Pour des charges partielles, la vanne est comman- dée pour diriger une partie de la solution dans le conduit
168 à partir duquel elle peut ensuite passer à travers le
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conduit 60 et être recyclée à travers l'absorbeur avec la solution provenant de l'échangeur de chaleur 58.
Aux chargea partielles de réfrigération, le fonc- tionnement implique un débit relativement faible de solution ¯riche en réfrigérant dans le conduit 64 de sorte qu'une quantité faible de réfrigérant est disponible dans la solu tion fournie au premier générateur. Le passage de la chaleur vers le premier générateur est réglé en proportion du débit de solution à travers le conduit 64, de sorte que la concentration de la solution sortant du générateur est à tout moment à peu près la même,par exemple 61 %.
L'action de modulation provoque l'échappement de quantités relative- ment faibles de réfrigérant de la solution contenue dans le réfrigérant aux charges partielles, de sorte que la quantité de réfrigérant s'écoulant à travers le conduit de vapeur 28 est plus faible, et qu'une quantité plus faible de solution sort à travers le conduit 32. La quantité de réfrigérant fournie à la chambre 44 et aux tubes 48 de l'évaporateur est ainsi réduite aux charges partielles.
Les variations de la charge peuvent être détectées de différentes façons par exemple au moyen d'une ampoule thermostatique sensible à la température de l'eau froide sortant par la sortie 13 Un accroissement de la température de l'eau froide au-dessus de la température nominale provoque la dilatation de la charge de l'ampoule et son action par l'intermédiaire d'un soufflet ou d'une membrane de commande. Le dispositif de oommande peut comprendre un potentiomètre courant dans le- quel un curseur est déplacé pour faire varier la résistance d'une branche d'un oircuit en pont équilibré des circuits de
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commande de la vanne 170 et de la soupape de combustible du i brûleur 74.
De préférence, la soupape 170 et la soupape du combustible sont actionnées simultanément à partir d'une seule ampoule de détection pour maintenir la réfrigération voulue sans aucun déséquilibre ou oscillation de la concen- tration. La construction de la machine permet d'utiliser un système de commande relativement simple et d'un prix ré- ' duit.
CARACTERISTIQUES DEL'INVENTION.
Une caractéristique de J'invention est 1'utilisatio d'un ballon à tubes à chauffage direct par les gaz de com bustion pour la première génération de vapeur de réfrigérant, Jusqu'ici, les machines de réfrigération à simple effet de grandes dimensions ont comporté des éohangeurs de vapeur à ballons à tubes comme générateurs de vapeur. Cependant, les tubes ont habituellement été alimentés en vapeur oomme milieux chauffants, tandis que suivant la présente construc- tion, comme le montre les figures 1 et 2, la flamme direote est utilisée comme moyen de chauffage. Les températures nécessaires dans le générateur d'un système à double effet
EMI15.1
sont relativemem: élevées, par exemple .67. (, et une press10 relativement élevée de la vapeur est nécessaire pour obtenir ces températures.
Lorsque de la vapeur à une telle pression élevée n'est pas disponible économiquement, le présent arran.,. gement à flamme directe est avantageux par rapport aux systà- mes à chauffage par la vapeur.
Certaines unités à double effet de petites dimen- sions ont été construites en utilisant le feu direot, mais habituellement les générateurs ont oomporté des dispositifs
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de chauffage tubulaire dans lesquels la solution ct la vapeur s'élèvent vers la sortie d'échappement du générateur.
Une quantité considérable de liquide est entraînée avec la vapeur, de sorte qu'une séparation relativement imparfaite du liquide a lieu. De plus, ces systèmes de chauffage verti- caux ne sont pas particulièrement adaptés pour le traitement des grandes quantités de solutions nécessaires dans les unités de grande capacité. L'utilisation du ballon à tubes horizontaux à feu direct disposé comme dans le générateur de premier effet est bien préférable.
La machine selon l'invention représentée sur les dessins annexés comprend un générateur 10 à ballon à tubes horizontaux dans lequel exitste un niveau 22 pour la solution au-dessus de point d'admission 34' pour la solution pénétrant dans le second générateur 12. Ce rapport en hauteur est particulièrement important parce qu'il évite la vidange du premier générateur, en particulier pendant les périodes de démarrage.
Pendant le démarrage, le brûleur 74 et la pompe à solution 166 fonctionnent simultanément, de sorte qu'une quantité considérable de solution peut circuler à travers le système avant la montée du premier générateur à la tempéra- ture de fonctionnement. Le générateur de premier effet étant l'élément le plus élevé du système, le débit initial de solution dans le premier générateur peut être accepté du fait du trop-plein passant par le oonduit 32 sans que le générateur puisse déborder.
Une autre caractéristique nouvelle de l'invention est l'arrangement suivant lequel les chambres 102 et 36 sont formées aux extrémités de sortie des tubes 30 du gêné-
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rateur de aorte que le réfrigérant condensé peut être colle té économiquement et être réintroduit dans le système. La chambre 36 constitue aussi une chambre d'évaporation instan- tanée pour le retour vers les surfaces extérieures du tube 40 du condenseur où il peut se condenser facilement.
De préférence, le générateur 12, l'évaporateur 16 et l'absorbeur 18 sont construite sous la forme de faisceaux de tubes horizontaux et sont disposés en dessous de disposi- tifs égoutteurs individuels de façon que la solution ou le réfrigérant soit distribué sous la forme de gouttelettes séparées sur les surfaces extérieures des tubes. Ces arran- gements de distribution sont bien préférables aux arrange- ments à, pulvérisation classique, en raison de l'amélioration des rendements ot de la réduction des passages à côté des surfaces des tubes.
Ainsi qu'il ressort des figures, les faisceaux de tubes sont de préférence séparés les uns des autres par des distances considérables et par des écrans pour éviter les mélanges indésirables des fluides, par exemple du fait de projections à partir des surfaces des tubes.
De préférence, les éléments sont construits dans trois enveloppes ou ballons cylindriques séparés pour per- mettre l'espacement convenable des faisceaux de tubes et l'écoulement convenable par gravitation de la solution sans nécessiter d'un grand nombre de pompes ou de commandes com- plexes.
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Double-effect absorption refrigeration machine *, @
The present invention relates to an absorption refrigeration machine of the double-acting type, that is to say in which the refrigerant is released from the absorption system in two stages to generate.
An object of the present invention is to provide a double-acting refrigeration machine particularly suitable in the case of the construction of a large capacity unit,
for example beyond 90 tonnes of reverberation effect
Another object of the invention is to realize a double-acting mahcijne which can be controlled by a system.
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relatively simple and inexpensive ordering.
Another object of the invention is to provide a double-acting machine which is not subject to operation during periods of operation or during periods of shutdown.
Another object of the invention is to provide a double-acting machine in which the concentrations of the solutions are maintained within the values pre-written in the different parts of the maohine. The machine according to the invention is such that, during the outage periods, the refrigerant and the absorbent solutions are trapped in specific chambers so that the refrigerant and the solutions cannot mix and therefore deteriorate.
This arrangement ensures improved efficiency as well as protection of the system against crystallization of the absorbent due to eurconoentration.
Other objects of the invention will emerge from the following example, deorit with reference to the accompanying drawings, 'on which
Fig 1 is a schematic and partial sectional view along line 1-1 of Fig 2, of a mahcijnee according to one embodiment of the invention, and
Fig.2 is a section through the laundry 2-2 of fig. 1.
Before the detailed description of the present invention, it should be understood that it is not limited by the details of construction and arrangement shown in the figures, but that it can be carried out as follows: other variants, just as it should be understood that the phraseology and terminology used in the
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this text is intended to facilitate description without the idea of limitation.
GENERAL PROVISION.
Fig. 1 shows an absorption refrigeration machine comprising a first refrigerant vapor generator 10, a second refrigerant vapor generator 12, a refrigerant condenser 14, a refrigerant evaporator 16, and a refrigerant absorber 18: The machine shown is established particularly for the use of water, as a coolant, and lithium bromide, although other coolants and other absorbents can be used in accordance with the invention. In Figure 1, the lithium bromide concentration is indicated as varying from 57% to 63% in the different parts of the machine. Flow rates and temperatures are also shown in the figure by way of example.
During operation, a 57% solution of refrigerant and absorbent is introduced into generator 10 through liquid line 20 to establish a solution level 22 in generator flask 24. The solution is heated through fire tubes 70 and 26, so that the refrigerant escapes from the solution.
The refrigerant vapor is directed into a vapor duct 28 to finally feed the heat exchange tubes 30 of the flask 38 of the second generator 12 The low refrigerant soltion Pela% 1 overflow contained in the flask 24 is directed to through the liquid line 32,
and it passes through the heat exchanger 29 having to enter the generator 12 through the liquid duct 34 The soultijn
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Liquid from conduit 34 comes into thermal contact with the refrigerant vapor contained in tubes 30 by falling dropwise onto the outer surfaces of the tubes, causing condensation of a subatant portion. tielle of the refrigerant which this collected in a room 36
When the refrigerant-absorbent solution flows by gravity around the outer surfaces of the tubes 30,
additional refrigerant vapor is released in the flask 38. This vapor is automatically directed around the cold water tubes 40 of the condenser 14 and the condensate is collected in a gutter 42. The refrigerant of the gutter 42 is then mixed with the refrigerant of the chamber 36 and passes a reduction device 44.
After passing through device 44 the coolant passes into a drip mechanism 46 housed in flask 120 above the cold water tubes 48 of evaporator 16. The heat of the water passing through the tubes is removed. thus extracted to vaporize the refrigerant on the outer surfaces of the tubes.
The unvaporized refrigerant is collected in a gutter 50 and returns to the drip mechanism through a duct 52 and a pump 53 The refrigerant vaporized in the flask 120 is automatically directed) to the tubes 54 cooled from the inside of the tube. absorber 18
During this time the weak absorbent solution;
refrigerant, collected at the bottom of the flask 38 is directed through the duct 56 to the heat exchanger 58 and then through a duct 60 to be distributed under the conquered outlet for you to form droplets on the outer surfaces of the tubes $
54 of the absorber. The refrigerant vapor has therefore
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absorbed by the liquid absorbent which exits through line 62 as a solution rich in refrigerant.
The cycle is completed by the delivery by a pump of the refrigerant-absorbent solution to the first generator 10 through the duct 63, the heat exchangers 58 and 29, the duct 64 and the duct 20.
GENERATOR 10.
As shown in Figure 1, the generator includes a horizontal cylindrical envelope or ball 24.
This cylindrical envelope is located between two vertical plates 66 and 68. In the balloon 24 is placed a fire tube 70 of relatively large diameter, and a series of smaller fire tubes 26. The tube 70 protrudes from the tube plate 66 to through a flue gas pipe 72 to receive a conventional burner 74 which may be an oil burner, a gas burner or a combined gas-oil burner. During operation, the burner flame passes through tube 70 to insulated chamber 76 which communicates with the open ends of tubes 26. The hot gases thus pass through tubes 26 in the direction indicated by arrow 78 to escape through the conduit. smoke 72.
The liquid solution arrives in the flask 24 through the duct 64, a vertical chamber 65 and the duct
20. An exhaust is established at the top of the chamber 65 to the top of the flask 24, through the conduit 67. The solution is discharged from the flask 24 through an overflow chamber 69 and a conduit 32. The The level of the solution is therefore maintained as indicated at 22, both during periods of operation and during periods of shutdown. During the periods
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of the stops, the liquid of the balloon 24 cannot, therefore, pass again through the duct 64-, because the duct 20 forms a siphon for the liquid and the duct 67 equalizes the pressures in the chamber 65 and the balloon 24.
As a result, the solution remains in the generator during downtime.
In the upper part of the flask 24 is placed a separator which prevents the passage of the entrained droplets of the liquid solution into the vapor duct 28.
According to the embodiment shown, the separator comprises a vertical wall 82 and two perforated walls 84 forming a V so that the vapor and any entrained liquid are forced to pass through the perforations by changing direction to pass into the tube 28. The major part of the entrained liquid is thus separated by inertia and returns to the mass of solution of the flask 24. The vapor tube 28 extends from the flask 24 to a chamber i for separating the additional liquid 86 located at the rear 'of the balloon 38.'
SECOND EFFECT GENERATOR 12 - CONDENSER 14.
As shown in Figure 1, the second effect generator 12 and the condenser 14 are arranged in a single cylindrical balloon 38. As shown in Figure 2, this balloon extends between a front tube plate 88 at a plate. - than with rear tubes 90. The heat transfer tubes
30 of the second effect generator extend into the interior of the balloon 38 through the tube plates 88 and 90 so that their opposite open ends communicate with the chamber 86 and the chamber defined by the manifold 92. The separator comprises a vertical wall 94 so that the vapor escapes down the tube 28 through the space located at
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right of separation.
The vapor must therefore change upward direction before entering the tubes 30. As a result, any entrained liquid droplets which may remain are separated from the vapor and are collected in the lower part of the chamber 86. A tube or conduit 96 communicates chamber 86 and the interior of balloon 38 so that the separated liquid automatically returns to the system. A constriction is formed in conduit '96 to maintain a pressure difference between chamber 86 and the interior of balloon 38.
As shown in Figure 1, the manifold 92 has a partition formed of a horizontal wall 98 and a vertical wall 100 to form separate chambers, 102 and 36. The vapor which may be present in the chamber.
36 escapes from the balloon 38 through an opening 11 of the tube plate 88.
As indicated above, the liquid solution from the first effect generator 10 passes through line 32 and finally into the second effect generator.
12 through duct 34, A fixed or adjustable throttle
108 can be formed in conduit 34 to maintain the desired p: ssion difference between generators 10 and 12.
Conduit 34 includes tube 34 'which projects horizontally inside balloon 38 above three separate reotangular containers 110 spaced along the length of the balloon.
This tube has a suitable opening so that the solution arriving through line 34 falls by gravity into the containers. The arrangement of the tube and the containers is preferably the same as that shown at 140 and 138 for the evaporator.
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Between the containers or receivers 110 are disposed drip tubes 112 which have openings spaced along their upper surfaces; in the construction shown, these openings are spaced from each other approximately 12.7 mm along the entire length of the tube with such distribution, the refrigerant-absorber solution filling the tubes and following through the openings of the tubes. to flow around the outer surface thereof and drip onto the outer surfaces of the heat exchanger tubes 30.
The heat exchange tubes thus receive a relatively cold solution on their outer surfaces, and relatively hot steam on their inner surfaces (from chamber 86) ....;
In the case of the exemplary arrangement, the vapor of refrigerant passing through the tubes 30 may be at a temperature of about 161 ° C. and the solution flowing on the outer surfaces of the tubes may be at a temperature of about 161 ° C. 'about 91 C Due to this difference. This temperature, the vapor present in the tubes 30 is condensed and collected in the chamber 36 in the form of liquid refrigerant.
The heat exchange causes the refrigerant present in the solution on the outer surface of the tubes to evaporate and pass around the tubes 40 which forms the condenser 14. Any vapor formed by evaporation! instantaneous through the reduced orifice 106 escapes from chamber 36 through the relatively large opening 114 of tube plate 108, and thereby mixes with the refrigerant vapor present in flask 38.
'' The absorbent-rich solution dripping from exterior surfaces
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of the tubes 30 is collected at the bottom of the flask 38 and escapes through the duct 56
The tubes 40 of the condenser are supplied with cooling fluid through two conventional distributors or collectors, one of which is shown at 116 in FIG. 2 According to the arrangement shown the arrangement is one clear pass, the cooling fluid. (preferably water) passing from the distributor attached to the tube plate 90, through all the tubes. 40, to the output oolleotor 116 mounted on the tube plate 90.
A conventional cooling column can be used to receive the cooling fluid before recycling it to the absorber of the refrigeration machine.
During operation, the relatively cold tubes 40 of the condenser causing the condensate of the refrigerant vapor present in the flask 38 on the outer surfaces of the tubes and the refrigerant drip into the gutter 42 which runs the entire length. from the balloon 38. An exhaust duct 118 directs the condensed refrigerant into a tubular member 44. The additional condensed refrigerant leaves the chamber 36 through the duct 11 EVAPORATOR 16 - ABSORBOR 18.
As can be seen from Figure 1, the evaporator and the absorber are both located in a cylindrical flask 120, this flask is located between two vertical tube plates 122 and 124. The tubes 48 of the evaporator are disposed horizontally between the two tube plates to communicate with a front manifold 126 and a manifold
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rear 128 this arrangement allowing the entry of the heat exchange liquid at relatively high temperature through the orifice 130 Ion passage through the tubes 48 lower to the manifold 128 and its return to the outlet cricket 132 through
The upper tube @ 48 Water is usually used as the heat exchanger liquid In accordance with one embodiment, the water enters through the inlet 130 to about 13 C is cooled in the 48 tube and sleeps through the orifice. 132 to approx. 9.5 Cd The cooled water then circulates through separate air conditioning units or other cooling devices before returning to the inlet 130 to 13 C
The water is cooled by the evaporator. 'refrigerant on the outer surfaces of the tubes 48.
As indicated above, the refrigerant enters the evaporator through the tube chamber element 44. The necessary pressure difference between the condenser 14 and the evaporator 16 can be maintained by a small orifice. 134 formed at the exhaust end of duct 118. The chamber of element 44 is preferably maintained at a relatively low pressure, for example 0.007 kg / cm2 of absolute pressure by equalization with the pressure prevailing in the balloon 16a. through duct 121 'The liquid refrigerant flowed by gravity from chamber 44,
through conduit 136 in a horizontal tube
138 located in the upper part of the balloon 16. Below the tube 138 are placed three receptacles or gutters 140 open at their upper part, the communication being established by openings,
142 of the tube so that the gutters receive the coolant from the tube to do so
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pass through a series of horizontal 144 refrigerant distributor tubes The distributor tubes have openings 146 on the upper parts of their surfaces so that the refrigerant in the tube seeps out of the tubes and flows around their outer surfaces before dripping drop on the heat exchanger tubes 48 located below.
The number of tubes 144 corresponds to the number of vertical rows of tubes 48, so that each row of heat exchange tubes is supplied with liquid refrigerant through tube 144 if * above.
The refrigerant is expected to evaporate by the time it reaches the lowest heat exchange tube in each vertical row. However, any excess liquid refrigerant dripping from the lower heat exchange tubes is collected in drip 50 and escapes through conduit 52.
A suitable pump 53 can be used to recycle refrigerant through element 44 for return to the system. In some cases this pump may not be necessary,
Refrigerant evaporated around tubes 48 automatically passes through heat exchange tubes 54 of absorber 18.
i coolant, for example water, is sent, through the inlet 150 to the lower heat exchange tubes 54 through the front manifold 152 and returns through the upper tubes 54 to an outlet 156 A screen 158 causes inside the collector 148 the flow of the cooling liquid following two passages through the heat exchange tubes,
Other circulation arrangements can be used with suitable screens in the collectors. *
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The coolant enters through the inlet 150 at around 29.5 C and exits through the nettle 156 at around 35 C The coolant is then directed through the tubes 40 of the condenser and its temperature rises to around 36,
6 C
The absorbent solution at a concentration of approx. 63% LiBr is sent to the absorber through the duct 60 which comprises a horizontal tube 159 inside the balloon 120 Three containers or gutter * 160, open at their upper part, and semgbvlables to the gutters 140 are placed below the tube 159.
Dispensing tubes 162 having suitable openings are disposed between the gutters 160 to allow the liquid solution to drip over the heat exchange tubes 54, so that the solution is cooled to absorb the refrigerant vapor. from evaporator 16. A suitable separation 164 can be placed in flask 120 to avoid mixing of absorbent and refri, running on tubes 48 of the evaporator. Any solution projected from the tubes 54 thus strikes the separation 164 without reaching the tubes 48.
A similar separation 164 prevents inside the balloon 38 projections from the tube 30
During the process of absorbing the refrigerant the temperature of the refrigerant rises from about 4.5 C to about 39 C and the temperature of the absorbent drops to about 55 ° C, about 39 C due to circulation of coolant through the tubes 54 The coolant-rich solution collects in the bottom of the flask 120 and exits through a duct 62 to a pump
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to solution 166.
During periods of operation, the solution pump 166 rotates continuously to send the solution, through a modulating valve 170 in the line 163 and / or the line 168. The solution passing through the line 63 is sent through the heat exchangers. 58 and 29 in line 64, so that its temperature is raised from about 39 C to about 129 C by the time it reaches generator 24. The solution from line 168 passes through line 60 and is then recycled to the tubes. of the absorber.
REGULATION OF THE MACHINE,
The refrigeration system is preferably a modulated system in which the solution flow and the fuel feed rate are modulated according to the requirements. refrigeration needs. As a result, the discharge from pump 166 is proportioned according to the refrigeration requirements, which are determined at outlet 132 for the low temperature cooled water. The establishment of the proportion is preferably ensured by a flow rate adjustment or modulation valve 170 controlled by a current type motor. The modulation or adjustment of the fuel is provided by a standard regulating valve (not shown).
For the total refrigeration charge, the valve 170 is controlled so that substantially all of the 50% solution from the absorber passes through line 63. For partial loads, the valve is controlled to direct. part of the solution in the duct
168 from which it can then pass through the
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pipe 60 and be recycled through the absorber with the solution from the heat exchanger 58.
At partial refrigeration loads, the operation involves a relatively low flow rate of coolant-rich solution through line 64 so that a small amount of refrigerant is available in the solution supplied to the first generator. The passage of heat to the first generator is controlled in proportion to the flow of solution through line 64, so that the concentration of solution leaving the generator is at all times about the same, for example 61%.
The modulating action causes relatively small amounts of refrigerant to escape from the solution contained in the refrigerant at partial loads, so that the amount of refrigerant flowing through the vapor conduit 28 is smaller, and that a smaller amount of solution exits through line 32. The amount of refrigerant supplied to chamber 44 and tubes 48 of the evaporator is thus reduced at partial loads.
Variations in the load can be detected in different ways for example by means of a thermostatic bulb sensitive to the temperature of the cold water exiting through outlet 13 An increase in the temperature of the cold water above the temperature nominal causes expansion of the bulb charge and its action via a bellows or a control membrane. The control device may include a current potentiometer in which a slider is moved to vary the resistance of a branch of a balanced bridge circuit of the control circuits.
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control of the valve 170 and the fuel valve of the burner 74.
Preferably, the valve 170 and the fuel valve are operated simultaneously from a single sensing bulb to maintain the desired refrigeration without any imbalance or oscillation in concentration. The construction of the machine allows a relatively simple and inexpensive control system to be used.
CHARACTERISTICS OF THE INVENTION.
A feature of the invention is the use of a tube flask directly heated by the combustion gases for the first generation of refrigerant vapor. Hitherto, single-acting refrigeration machines of large dimensions have included. tube balloon steam exchangers as steam generators. However, the tubes have usually been supplied with steam as a heating medium, while in the present construction, as shown in Figures 1 and 2, the direote flame is used as the heating medium. The temperatures required in the generator of a double-acting system
EMI15.1
are relatively: high, for example .67. (, and a relatively high pressure of steam is required to achieve these temperatures.
When steam at such a high pressure is not economically available, the present arran. Direct flame treatment is advantageous over steam heating systems.
Some small-dimension double-acting units have been built using direot fire, but generators usually have included devices.
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tubular heater in which the solution and the steam rise to the exhaust outlet of the generator.
A considerable amount of liquid is entrained with the vapor, so that a relatively imperfect separation of the liquid takes place. In addition, these vertical heating systems are not particularly suitable for handling the large quantities of solutions required in large capacity units. The use of the horizontal tube balloon with direct fire arranged as in the first effect generator is much preferable.
The machine according to the invention shown in the accompanying drawings comprises a generator 10 with a horizontal tube flask in which there is a level 22 for the solution above the inlet point 34 'for the solution entering the second generator 12. This Height ratio is particularly important because it avoids draining the first generator, especially during start-up periods.
During start-up, burner 74 and solution pump 166 operate simultaneously so that a considerable amount of solution can flow through the system before the first generator rises to operating temperature. The first effect generator being the highest element of the system, the initial flow rate of solution in the first generator can be accepted because of the overflow passing through the duct 32 without the generator being able to overflow.
Another novel feature of the invention is the arrangement whereby the chambers 102 and 36 are formed at the outlet ends of the tubes 30 of the gene.
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aorta rator that the condensed refrigerant can be glued economically and reintroduced into the system. The chamber 36 also constitutes an instantaneous evaporation chamber for the return to the outer surfaces of the tube 40 of the condenser where it can condense easily.
Preferably, the generator 12, the evaporator 16 and the absorber 18 are constructed as bundles of horizontal tubes and are arranged below individual draining devices so that the solution or refrigerant is distributed in the form. of droplets separated on the outer surfaces of the tubes. These delivery arrangements are much preferable to conventional spray arrangements because of improved yields and reduced passageways near the tube surfaces.
As can be seen from the figures, the tube bundles are preferably separated from each other by considerable distances and by screens to avoid undesirable mixing of the fluids, for example due to projections from the surfaces of the tubes.
Preferably, the elements are constructed in three separate cylindrical shells or balloons to allow the proper spacing of the tube bundles and the proper gravitational flow of the solution without the need for a large number of pumps or com- ponents. plexes.