Brevet FR2012019A1 — publié le 19700313

Il est connu dans la technique de monter,' sur l'enveloppe d'un générateur, un élément d* échange de chaleur qui comprend des ailettes radiales espacées circonférentiellement constituant les surfaces d'échange de chaleur voulue.. Les surfaces construites de 5 cette façon sont en contact èur'toute-leur longueur axiale avec 1*élément calorifuge cylindrique qui entoure l'enveloppe du générateur et il en résulte qu'il se développe" des températures excessives sur les pointes des ailettes dans la région extrême inférieure, relativement chaude dans la zone de combustion. Par ailleurs, 10 dans cette construction , il est pratiquement impossible d'obtenir la turbulence désirée du passage des gaz en mouvement ascendant à travers ces surfaces, et la structure générale laisse" 'beaucoup à désirer en ce qui concerne le rendement de transmission à la chaleur La présente invention se rapporte à une installation de 15 conditionnement d'air alimentée par le gaz, comprenant un générateur et un élément d'échange de chaleur enroulé en hélice dans la zone de combustion et qui est soudé ou fixé d'une autre façon à l'enveloppe du générateur. L'élément d'échange de chaleur, placé de cette façon, est caractérisé par des surfaces de transmission de chaleur 20 espacées dans le sens axial et qui sont d'une longueur radiale plus faible dans la région de l'extrémité inférieure de la zone de combustion que dans le voisinage de l'extrémité supérieure ou de sortie de cette zone. En construisant l'échangeur de chaleur sous cette forme intégralement solidaire du générateur, on évite les 25 problèmes de la technique antérieure consistant dans une température excessive des pointes des ailettes et un apport de chaleur trop élevé pour le liquide absorbant apport qui tendrait à provoquer la dégradation de ce liquide. Le résultat est que les températures des fluides à l'intérieur du générateur sont équilibrées 30 et que la partie supérieure de cet appareil donne une transmission de chaleur plus efficace, ce qui donne au générateur un meilleur rendement de sorte que cet appareil peut être construit à des dimensions inférieures à celles qu'on adoptait dans la technique antérieure. 35 La présente invention a plus particulièrement pour objet un générateur d'installation de réfrigération à absorption destiné à constituer une partie importante de l'installation de réfrigération, le générateur portant un élément d'échange de chaleur enroulé \ BAD ORIGINAL 69 11224 2 2012019 en hélice, fixé à sa paroi externe, forme de préférence d'une bande ou lamelle de tôle et qui, lorsqu'il est assemblé à l'enveloppe présente une plus petite dimension radiale dans la région inférieure de la zone de combustion que le long de la partie supérieure de 5 cette zone. I»*élément d'échange de chaleur construit de cette façon présente des surfaces d'échange de chaleur espacées axialement et, vue de dessous, ces surfaces sont sensiblement alignées et cependant échelonnées ou décalées". Les surfaces d'échange de chaleur peuvent présenter line forme tordue, vues en élévation de côté, bien 10 que ceci ne soit pas une nécessité absolue. Ainsi qu'on l'a indiqué, en donnant à l'élément d'échange de chaleur une forme qui peut présenter une configuration échelonnée ou conique, on obtient dans la région des pointes des ailettes, des températures plus basses dans la région relativement chaude de la zone de combustion, les tempé-15 ratures des fluides contenus dans le générateur sont en général équilibrées, les points chauds à l'intérieur du générateur sont sensiblement éliminés et on obtient un accroissement important de la surface par unité de volume, ce qui assure une combustion plus efficace. 20 La description qui va suivre et les dessins annexés fe ront mieux comprendre 1'invention. Sur les dessins s - la figure 1 représente schématique, avec certaines parties en coupe, une forme préférée d'installation de conditionnement d'air suivant l'invention; 25 ' la figure 2 est une vue en élévation d'une autre cons truction des générateurs, qui incorpore les nouveaux principes de la présente invention; " ' la figure 3 est une vue en coupe verticale prise sensiblement suivant la ligne III-III de la figure 2; 30 les figures 4 et 5 sont des vues en perspective d'exem- pies de configuration des structures des ailettes construites suivant l'invention; la figure 6 est une vue partielle en coupe prise sensiblement suivant la ligne VI-TI de la figure 2. 35 Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1 une installation de réfrigération suivant 1'invention comprend un absorbeur primaire 10, un condenseur 11, un évaporateur ou refroi-disseur 12, un générateur 13» qui, dans la forme représentée, BAD ORIGINAL 69 11224 3 2012019 constitue une forme de réalisation de la présente invention, un absorbeur 14 refroidi par la solution et un échangeur de chaleur 15 à succion de liquide, qui sont reliés entre eux pour donner un cycle de production de froid. On utilise une pompe 16 pour faire 5 circuler la solution absorbante faible de l'absorbeur primaire 10 au générateur 13. On entendra dans le présent mémoire par le terme de "solution absorbante faible" une solution d'un faible pouvoir absorbant et par le terme "solution absorbante, forte", une solution d'un fort pouvoir absorbant. Une solution absorbante appropriée 10 pour être utilisée dans l'installation décrite est constituée par l'eau et un réfrigérant approprié et l'ammoniac. Le réfrigérant liquide condensé dans le condenseur 11 passe dans le passage de liquide réfrigérant 18 et à travers l'étranglement de réfrigérant 20 pour aboutir au tube 22 d ' échange 15 de chaleur de l'échangeur 15 à aspiration de liquide. Le liquide réfrigérant se refroidit dans le tube 22 et il émerge de l'échangeur de chaleur à aspiration de liquide pour pénétrer, à travers un étranglement de réfrigérant 24, dans un échangeur de chaleur (non représenté), qui est contenu dans le refroidisseur 12. 20 Un milieu fluide, par exemple de l'eau, qu'il s'agit de refroidir, passe sur la surface externe de l'échangeur contenu dans le refroidisseur 12 ou il se refroidit en cédant sa chaleur pour faire évaporer le réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur. Le milieu fluide refroidi sort du refroidisseur 12 par la conduite 28 25 £our être envoyé à des échangeurs de chaleur éloignés appropriés (non représentés) après quoi il est renvoyé au refroidisseur par l'entrée 30 pour être à nouveau refroidi. Le réfrigérant 3 qui est évaporé dans l'échangeur 26 passe dans le passage 32 de vapeur de réfrigérant et traverse l'échan-30 geur 15» pour échanger sa chaleur avec le liquide réfrigérant qui passe dans le tube 22. La vapeur de réfrigérant passe ensuite par le passage 34 de vapeur de réfrigérant, pour aboutir dans l'absorbeur 14 refroidi par la solution. Cet .absorbeur 14 est formé à l'intérieur d'une enveloppe 35 tubulaire ou cylindrique 38, par une cloison intérieure tubulaire 36, de préférence cylindrique, qui divise l'enveloppe tubulaire cylindrique 38 en deux parties qui constituent, l'une l'absorbeur 14 refroidi par solution, l'autre, une deuxième chambre de solution 69 11224 4 2012019 40. Iifenveloppe 38 est de préférence fermée à ses deux extrémités, la cloison 36 peut être munie d'une plaque de fermeture supérieure 37 percée de trous 42 de sortie de la vapeur pour permettre à la vapeur de s'échapper de l'absorbeur 14 et de pénétrer dans la cham-5 bre 40. Un échangeur de chaleur de solution absorbante faible 44, qui est de préférence composé d'un serpentin hélicoïdal, est disposé dans l'absorbeur 14. Des plateaux horizontaux 46 sont fixés à un support central 48 et agencés à l'intérieur de la cloison 36 10 pour coopérer avec des gorges annulaires 50 et avec l'échangeur 44 pour imprimer ma trajet sinueux au flux de la vapeur et de la solution qui traverse l'absorbeur 14. L'espace compris entre le plateau supérieur 46 et la paroi supérieure de l'absorbeur peut être rempli d'un garnissage approprié, par exemple composé d'anneaux de Kaschig 15 52, pour réduire la tendance de la mousse de solution à s'échapper par les trous de la sortie 42. Un collecteur 54 distributeur de vapeur de réfrigérant est fixé de façon à fermer la partie Inférieure de la cloison 36. Le collecteur 54 est percé d'orifices 56 pour le passage de la va-20 peur de réfrigérant qui arrive par la conduite 34, pour 11introduire dans l'absorbeur 14 et dans la chambre 40. la solution absorbante forte qui arrive du générateur 13 est introduite dans la partie supérieure de l'absorbeur 14 par la conduite 58. la solution absorbante forte descend à travers l'absorbeur, à contre-courant 25 „ par rapport à la vapeur de réfrigérant et à la solution absorbante faible qui s'élèvent dans le serpentin 44'. Un passage 60 de sortie de la solution absorbante forte est prévu dans la région de la partie inférieure de la cloison 36 pour faire passer la solution de l'absorbeur à. la chambre 40." 30 Des passages 62 de sortie de la solution sont prévus pour faire passer un mélange de vapeur de réfrigérant et de solution de la chambre 40 à 18absorbeur primaire 10. Chacun des passages de sortie comprend un élément tubulaire ouvert à son extrémité supérieure pour l'introduction de la vapeur, et un trou 64 d'entrée 35 de la solution, qui est situé au dessous de la surface libre de la solution absorbante contenue dans la chambre 40. Ceci garantit l'envoi d'un flux mixte de liquide et de vapeur à l'absorbeur primaire. BAD «WMNj&fc 69 11224 5 2012019 Un flux de fluide de refroidissement, qui est de préférence l'air ambiant, est soufflé sur l'absorbeur primaire 10 en position relative d'échange de chaleur avec la solution, absorbante pour refroidir cette solution absorbante afin de provoquer l'absorp-5 tion de la vapeur de réfrigérant dans l'absorbeur. Lé même fluide de refroidissement peut être soufflé sur le condenseur 11, en position relative d'échange de chaleur avec le réfrigérantcontenu dans ce condenseur, pour condenser le réfrigérant. La solution absorbante faible froide passe de l'absorbeur 10 primaire 10, par la conduite 66, au réservoir 68 d'entrée de la pompe. La solution absorbante faible qui sort du réservoir d'entrée 68 est envoyée à la pompe 16 de solution absorbante faible, par la conduite 72. Le liquide qui est refoulé par la pompe 16 traverse le réservoir 74 de sortie de la pompe pour parvenir à un serpentin 76 15 d'échange de chaleur du rectificateur® Du serpentin 76s la solution absorbante faible passe, par la conduite 78, à l'échangeur de chaleur 44 de solution absorbante faible qui est contenu dans l'absorbeur 14. La solution absorbante faible qui sort du serpentin 44 parvient, par la conduite 80, dans la partie supérieure du généra-20 teur 13, en même temps que la vapeur qui s'est éventuellement dégagée dans le serpentin 44. Le générateur-13 comprend une enveloppe 82 sur laquelle est fixé un nouvel ailettage qui sera plus complètement décrit ci-dessous. Le générateur est chauffé par un brûleur à gaz 86 ou autre 25 moyen de chauffage approprié. La solution absorbante faible est mise en ébullition dans le générateur 13s pour concentrer la solution et former une solution forte et de la vapeur de réfrigérant-, La solution absorbante forte chaude s'élève à travers la partie de distillation du générateur 13? en passant dans le serpen-30 tin de distillation 88, pour échanger sa chaleur avec la solution faible qui descend en s'écoulant sur la surface extern© du serpentin. La solution forte chaude passe ensuite par la conduite 58, qui contient Intérieurement un étranglement 87, et elle est ensuite débitée dans la partie supérieure de l'absorbeur 14» 35 la vapeur de réfrigérant dégagée dans le générateur 13 s'élève ©n traversant la partie de distillation du générateur, où elle est concentrée par transfert de masse avec la solution faible qui descend en s'écoulant sur le serpentin 88'du distillateur. BAD ORIGINAL 69 11224 2012019 Les plateaux 90 de distillation qui sont placés dans le générateur 13 impriment au flux de solution et de vapeur un trajet sinueux pour assurer un contact intime entre ces deux phases, afin d'améliorer le transfert de masse. La vapeur de réfrigérant qui sort de 5 la partie de distillation traverse le plateau de reflux 92, en position relative d'échange de chaleur avec l'absorbant condensé dans le rectificateur 94® La vapeur passe ensuite dans le rectificateur 94 en relation d'échange de chaleur avec le serpentin 76. L'absorbant condensé dans le rectificateur 94 s'écoule 10 de haut en bas pour tomber sur le plateau 92, sur lequel il est chauffé par la vapeur de réfrigérant qui traverse ce plateau. L'absorbant réchauffé est ensuite renvoyé au générateur avec la solution faible débitéedans le générateur à la conduite 80. La vapeur de réfrigérant est envoyée du rectificateur 94, par la 15 conduite 96, au condenseur 11, pour compléter le cycle de production de froid. Lswi des avantages les plus importants qui sont apportés par la présente invention consiste dans la présence d'un ailettag© (structure à ailettes) du générateur qui réduit sensiblement la 20 température des extrémités ou pointes des ailettes dans la partie inférieure plus chaude de la zone de combustion, qui équilibre les températures des fluides à l'intérieur du générateur» de sorte qus la partie supérieure de ce générateur transmet une plus grande quantité de chaleur et que son rendement est donc plus élevé, qui 25- élimine sensiblement les points chauds à l'intérieur du générateur et qui,-étant donné que les gaz de fumée peuvent contourner les ailettes, permet de disposer d'un supplément de volume pour la combustion , ainsi que d'obtenir une combustion plus efficace dans un volume plus petit. 30 Une forme de réalisation de 1'invention qui présente les caractéristique s décrites ci-dessus est représentée sur la figure 1 et plus particulièrement par la vue partielle de la figure 5. Ainsi qu'on peut le voir sur ces figures, un élément d'échange de chaleur 102 est enroulé en hélice autour de la périphérie extérieure de 35 1'enveloppe 82 du générateur et cet élément est de préférence constitué par une bande ou lamelle de tôle continue 103 qui comprend une partie marginale 103a relativement rectiligne et une partie marginale opposée 103b convergente, qui est munie sur se longueur, BAD ORIGINAL 69 11224 7 2012019 d'une façon appropriée, d'une série de dents ou ailettes 103c qui présentent une légère torsion, par exemple d'un quart de tour par rapport à l'horizontale, comme on peut le voir sur la figure 3 • Une caractéristique importante consiste dans le fait qu' 5 étant donné qu'on utilise un élément d'échange de chaleur 102 présentant un "bord convergent 103b, la bande 103, qui est fixée à l'enveloppe 82 du générateur par exemple par soudage continu, ménage dans l'extrémité inférieure 104a de la zone de combustion 104, Tin espace libre 104h entre les spires inférieures de l'élément d'é-10 change de chaleur enroulé en hélice et la périphérie intérieure du manchon calorifuge 105» lequel est enveloppé par une coquille métallique 106. les spires extrêmes inférieures de l'élément 102 sont désignées sur la figure 1 par la référence 102a et on peut voir sur cette même figure que les spires extrêmes supérieures 102b sont de 15 préférence en appui sur la paroi interne du manchon 105 ou du moins à proximité immédiate de cette paroi intérieure. On remarquera que, dans la forme de réalisation représentée plus particulièrement sur les figures 1 et 5 de même que dans la construction représentée sur les figures 2 et 4 et qu'on décrira 20 dans la suite, qui comprend avantageusement un ailettage présentant une légère torsion des diverses ailettes, la présence d'un intervalle ou espace libre 104b de dimension variable entre les surfaces d'échange de chaleur ou ailettes 102a et la paroi intérieure du manchon isolant 105, qui est de largeur décroissante dans le sens 25 de l'ascension des gaz de fumée dans la zone de combustion 104, apporte plusieurs résultats avantageux. Tout d'abord, le fait que les spires inférieures 102a sont écartées de la périphérie interne du manchon calorifuge 405 assure une création plus efficace.de courants tourbillonnaires dans cette région, sans gêner la turbulence normale 30 avantageuse au-dessus de cette région. En outre, l'intervalle-libre ménagé par les Constructions suivant l'invention s'est révélé capable de maintenir la température des extrémités des ailettes à une valeur non sensiblement supérieure à 480°C. Troisièmement, un effet qui est étroitement lié à l'utilisation d'ailettes présentant une 35 légère torsion consiste dans une amélioration importante des propriétés de transmission de la chaleur des ailettes. On peut expliquer cet effet en constatant qu'un ailettage échelonné ou conique dans lequel les diverses ailettes sont tordues donne au courant 69 11224 8 2012019 ascendant de gaz de fumée, une forme générale hélicoïdale en raison de la déviation des gaz dans le sens qui éloigne•ces derniers des extrémités des ailettes, par opposition ce qui se produit lorsque les gaz frappent la surface d'ailettes plates, et qui donne une 5 médiocre transmission de la chaleur et un degré de turbulence inférieur à celui qu'on désire obtenir. On a représenté sur la figure 3 "un exemple représentatif d'ailette suivant l'invention, incorporé dans l1ailettage échelonné de la figure 2 mais il va de soi que cette construction est éga-10 lement applicable à 1'ailettage conique de la figure 1; ainsi qu'à d'autres variantes d'échangeurs de chaleur qui sont également dans le domaine de l'invention. Dans la réalisation des figures 2 et 4, un générateur 110 porte un élément d'échange de chaleur de forme échelonnée, désigné dans son ensemble par la référence 111 et qui 15 est soudé ou fixé d'une autre façon à l'enveloppe du générateur et, comme représenté, peut être construit de façon à comporter quatre étages 111a à 111d bien que l'on puisse naturellement adopter un autre nombre d'-étages et un autre nombre de rangées ou spires dans chaque étage. De même que dans la réalisation de la figure 1, le 20 générateur 110 est entouré d'un manchon calorifuge 112, de forme générale cylindrique, enveloppé d'une coquille métallique 113. la chaleur est fournie au générateur de la façon classique, par un brûleur à gaz 114 de forme sensiblement annulaire. L'élément d'échange de chaleur 111 est de préférence 25 construit à partir d'une bande ou lamelle métallique ayant sensiblement la forme représentée sur la figure 4. La bande 115 comprend une partie marginale 115a relativement étroite- et une partie marginale discontinue opposée 115b qui, dans la vue partielle en perspective de cette figure, comprend une série de redans 115c munis 30 de dents ou ailettes 115d de telle sorte que, lorsque la bande 115 est soudée par un Joint continu ou fixée d'une autre façon à l'enveloppe 110 du générateur, en enveloppant ce dernier, l'échangeur de chaleur 111 prend la forme représentée sur la figure 2. En disposant de cette façon les ailettes de l'échangeur de chaleur, on 35 évite les températures excessives des extrémités des ailettes et on obtient les autres avantages de l'invention qui ont été mentionnés plus haut. Un important aspect de la présente invention consiste en ~W 69 11224 9 2012019 en ce que, dans les ailettages représentés, et dans toutes leurs variantes suivant l'invention, l'échangeur de. chaleur présente, en plan, une configuration échelonnée. On a constaté par des recherches que cette configuration assure une turbulence plus: effective 5 des gaz de fumée et donne une transmission de chaleur, améliorée, en particulier lorsqu'elle est combinée avec l'utilisation d'ailettes tordues ou inclinées. La figure 6 montre un exemple d'ailettage dans lequel les ailettes 116a et 116b de l'étage 111c sont sensiblement à la verticale les unes des autres mais décalées par rap-10 port aux ailettes 116c de l'étage 111b suivant. La forme tordue ou inclinée des ailettes est. représentée par la vue en coupe de la figure 3 et cette nouvelle, forme est éga-- lement utilisée sur les échangeurs de chaleur ou. ailettes 103c. Chaque ailette 115d présente une base ou racine r qui est d'un seul 15 tenant avec une dent t présentant, dans la vue de. la figure 3, un bord avant 1 qui se raccorde, en raison de la torsion ou de l'inclinaison à un bord arrière e. La racine _r de chaque ailette est soudée à l'enveloppe du générateur 110 et les dents t sont, dans la coupe verticale, représentées en•appui ou en contact sur le man-20 chou calorifuge 112. 69 11224 10 2012019 BEVENDICAIIONS 1- Installation de réfrigération caractérisée en ce qu® elle comprend un générateur et une enceinte disposée à un certain 5 écartement radial de celui-ci, un absorbeur, un condenseur, un éva-porateur, des moyens de combustion placés au-dessous du générateur, et un élément d'échange de chaleur fixé au générateur, qui encercle ce dernier et qui comprend plusieurs rangées espacées axialement dont les plus inférieures sont d'une largeur radiale plus petite 10 que celle des rangées qui les surmontent et exemptes de contact direct avec l'enceinte dé sorte qu'on évite ainsi d'exposer la partie inférieure de l'élément d'échange de chaleur à des températures de combustion excessives et qu'on obtient une combustion plus efficace. 2- Installation suivant la revendication 1, caractérisée 15 en ce que l'élément d'échange de chaleur est une bande métallique enroulée en hélice autour du générateur. 3- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les rangées de 1'élément d'échange de chaleur, vues en élévation de côté, comprennent plusieurs étages décalés les uns par 20 rapport aux autres. 4- Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la bande métallique est formée de façon à donner naissance à une série d'ailettes qui s'étendent radialement vers l'extérieur et dont chacune présente une torsion. 25 . 5- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ee que 1'élément d'échange de chaleur est une bande métallique disposée en étages successifs autour du générateur, la bande présentant une série d3ailettes tordues, qui s'étendent radialement vers l'extérieur, et en ce que dans un même étage, les ailettes sont 30 alignées entre elles, vues en plan tandis que les ailettes d'un étage sont décalées par rapport aux ailettes de l'étage adjacent «fin d'assurer une meilleure transmission de la chaleur. BAD original