Brevet FR2010314A1 — publié le 19700213

-1- 2010314 La présente invention se rapporte à une installation de conditionnement d'air alimentée au gaz comprenant un refroi-disseur et, à l'intérieur de cet évaporateur un serpentin destiné à la circulation du réfrigérant et qui est composé d'un 5 alliage de prix relativement faible, d'une excellente résistance à l'oxydation et à la corrosion et qui présente également une bonne soudabilité. La matière utilisée à cet effet est un acier inoxydable ferritique, non trempant, à teneur en chrome relativement faible et contenant également des composés qui ont des 10 influences stabilisantes et passivantes. Les serpentins pour évaporateurs sont habituellement formés de tubes d'acier. doux galvanisé soudés par tronçons. Il semble qu'il se produise, en raison de la présence des joints soudés, des fuites d'ammoniac qui provoquent des attaques du 15 revêtement de zinc et des perforations du tube. En outre, dans les constructions de la technique antérieure, il est nécessaire de prévoir des inhibiteurs ou d'autres matières de traitement de l'eau pour réduire les effets préjudiciables de certains ions tels que les ions chlorure et bicarbonate, qui provoquent la 20 corrosion et, finalement la formation de crevasses dans les serpentins• La présente invention a plus particulièrement pour objet un refroidissêur destiné à être utilisé comme partie intégrante d'une installation de réfrigération, ce refroidisseur contenant 25 intérieurement un élément tubulaire pour la circulation du réfrigérant. Le nouvel aspect de la présente invention consiste dans le fait que cet élément ou échangeur de chaleur tubulaire est réalisé en un acier inoxydable ferritique non trempant qui, dans sa formule, contient du carbone, du manganèse, du silicium, JO du nickel, du fer, du chrome comme passivant et du titane comme stabilisant des carbures. Cet alliage a une teneur en chrome relativement faibla et on a constaté qu'un serpentin réalisé en cet alliage est re-maxfaablenentî résistant à la corrosion et à l'oxydation, d'un 55 prix da revient relativement faible, facilement soudable et qu'il évita sensiblement la nécessité d'utiliser des inhibiteurs om autrea matières de traitement de l'eau. La description *ui va suivre- an référence aux dessina 69 10905 -2- 2010314 annexés, donnés surtout'à titre d'exemples, feront mieux comprendre l'invention. Sur les dessins annexés : la figure 1 représente schématiquement, avec certaines parties en coupe une forme préférée d'une installation de condi-5 tionnement d'air ; la figure 2 est une vue partielle en coupe d'une deuxième forme de réalisation de l'invention dans laquelle l'enveloppe du refroidisseur et le serpentin sont en acier inoxydable. Dans l'exemple d'exécution représenté, on voit une ins-10 tallation de réfrigération qui comprend un absorbeur primaire 10, un condenseur 11, un évaporateur ou refroidisseur, 12, qui fait l'objet de la présente invention, un générateur 13,. un absorbeur 14 refroidi par la solution et un échangeur de chaleur 15 à succion de liquide, qui sont reliés entre eux pour fournir un cycle 15 de réfrigération. On utilise une pompe 16 pour faire circuler la solution, absorbante faible de 1'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 de "solution absorbante forte", une 20 solution d'un fort pouvoir absorbant. Une solution absorbante appropriée pour être utilisée dans l'installation décrite est constituée par l'eau et un réfrigérant approprié est 1'ammoniac. Le réfrigérant liquide condensé dans le condenseur 11 passe dans le passage de liquide réfrigérant 18 et à travers 25 l'étranglement de réfrigérant 20 pour aboutir au tube 22 d'échange de chaleur de l'échaiigeux. 15.à aspiration de liquide. Le liquide réfrigérant se refroidit dans le tube 22 et il émerge de 1*échangeur. de chaleur à aspiration de liquide pour pénétrer, à travers un étranglement de réfrigérant 24, dans 1'échangeur de 30 chaleur 26 contenu dans le refroidisseur 12. Un. milieu fluide, par exemple de l'eau, qu'il s'agit de refroidir, passe sur la surface externe de 1'échangeur 26, où il se refroidit en cédant sa chaleur pour faire évaporer le réfrigérant à l'intérieur de 1'échangeur. Le milieu fluide refroi-35 di sort du refroidisseur 12 par la conduite 28 pour 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 nouvèau refroidi. 69 10905 -3- 2010314 Le réfrigérant froid qui est évaporé dans 1*échangeur 26 passe dans le passage 32 de vapeur de réfrigérant et traverse 1'échangeur 15, pour échanger sa chaleur avec le liquide réfrigérant qui passe dans le tube 22. La vapeur de réfrigérant passe 5 ensuite par le passage 34 de vapeur de réfrigérant pour aboutir dans l1absorbeur 14 refroidi par la solution. Cet absorbeur 14 est formé, à l'intérieur d'une enveloppe tubulaire ou cylindrique 38, par une cloison intérieure tubulaire 36, de préférence cylindrique, qui divise l'enveloppe tubu-10 laire cylindrique 38 en deux parties qui constituent, l'une 1'absorbeur 14 refroidi par solution, l'autre, une deuxième chambre de solution 40. L'enveloppe 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 va-15 peur pour permettre à la vapeur de s'échapper de 1'absorbeur 14 et de pénétrer dans la chambre 40. Un échangeur de chaleur de. solution absorbante faible 44, qui est de préférence composé d'un serpentin hélicoïdal, est disposé dans 1'absorbeur 14. Des plateaux horizontaux 46 sont fi-20 xés à un support central 48 et agencés à l'intérieur de la cloison 36 pour coopérer avec des gorges annulaires 50 e"t avec l'é-changeur 44 pour imprimer un 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'absor-25 beur peut être rempli d'un garnissage approprié, par exemple composé d'anneaux de Easchig 52» pour réduire la tendance de la mousse de solution à s'éohapper par les trous de sortie 42. Un collecteur 54 distributeur de vapeur de réfrigérant est fixé de façon à fermer la partie inférieure de la cloison 36. 30 le collecteur 54 est percé d'orifices 56 pour le passage de la vapeur de réfrigérant qui arrive par la conduite 34-, pour l'introduire 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 35 solution absorbante forte descend à travers l'absorbeur, à contie courant 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 69 10905 -4- 2010314 région de la partie inférieure de la cloison 36 pour faire passer la solution de l'absorbeur à la chambre 40. Des passages 62 de sortie de la solution sont prévus pour faire.passer un mélange de vapeur de réfrigérant et de solution 5 de la chambre 40 à l'absorbeur 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 de la solution, qui est situé au-dessous de la surface libre de la solution absorbante contenue dans la chambre 40. Ceci ga-10 rantit l'envoi d'un flux mixte de liquide et de vapeur à l'absorbeur primaire. Un flux de fluide de refroidissement, qui est de préférence l'air ambiant, est envoyé à travers l'absorbeur primaire 10 en relation d'échange de chaleur avec la solution absorbante 15 pour refroidir cette solution absorbante afin de provoquer l'absorption de la vapeur de réfrigérant dans l'absorbeur. Le même fluide de refroidissement peut être envoyé au condenseur 11, en position relative d'échange de chaleur avec le réfrigérant contenu dans ce eondenseur pour condenser le réfrigérant. 20 La solution absorbante faible froide passe de l'absor beur primaire 10, par la conduite 66, au réservoir 60 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 25 pompe 16 traverse le réservoir 74 de sortie de la pompe pour parvenir à un serpentin 76 d'échange de chaleur du rectifica-teur. Du serpentin 76, la solution absorbante faible passe, par la conduite 78, à 1'échangeur de chaleur 44 de solution absorbante faible qui est contenu dans l'absorbeur 14.» La solution 30 absorbante faible qui sort du serpentin 44 parvient, par la conduite 80, dans la partie supérieure du générateur 13, en même temps que la vapeur qui s'est éventuellement dégagée dans le serpentin 44. Le générateur 13 comprend une enveloppe 82 munie.d'ai-35 lettes 84 convenablement fixées à cette enveloppe, par exemple par des soudures. Le générateur est chauffé par un brûleur à gaz 86 ou autre moyen de chauffage approprié. La solution absorbante faible est mise en ébullition dans le générateur 13, pour concen 69 10905 -5- 2010314 trer la solution et former une solution forte et de la vapeux de réfrigérant» La solution absorbante forte chaude s'élève à travers la partie de distillation du générateur 13» en passant dans le ser-5 pentin de distillation 88» pour échanger sa chaleur avec la solution faible qui descend en s'écoulant sur la surface externe 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'absor-10 beur 14. La vapeur de réfrigérant dégagée dans le générateur 13 s'élève en 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 distil-15 lateur. 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 Tin contact intime entre ces deux phases 3 afin d'améliorer le transfert de masse. La vapeur de réfrigérait qui sort de la partie de distillation traverse le plàteau de re-20 flux 92, en position relative d'échange de chaleur avec 1'absorbant condensé dans le rectificateur 94. La vapeur passe ensuite dans le rectificateur 94-, «a relation d'échange de chaleur avec le serpentin 76 • L'absorbant condensé dans le rectificateur 94 s*écoule de haut en bas pour tomber sur le plateau 92, sur le— 25 quel il est chauffé par la vapeur de réfrigérant qui traverse ce plateau. L'absorbant réchauffé est ensuite envoyé au générateur avec la solution faible débitée dans le générateur à la conduite 80* La vapeur de réfrigérant est envoyée par la conduite 96, au coadenseur 11, pour compléter le cycle de produc-3© tion de froid. Le refroidisseur d'eau 12 représenté sur le dessin comprend me enveloppe cylindrique extérieure 102 sur laquelle est fixé un élément supérieur 104. Une chemise cylindrique 106 est diapoéée à l'intérieur de l'enveloppe 102 à un certain écarteaenfc 35 de celle-ci. Une matière calorifuge appropriée 108 qui peut être une mousse de polyuréthane ou de polystyrène est interposée entre l'enveloppe 102 et la chemise 106, ainsi que le long de la partie inférieure de la chemise. Le' calorifuge est de préférence 69 10905 -6- 2010314 gonflé en mousse sur place pour donner un ensemble d'un seul tenait. 1*échangeur de chaleur 26 contenu dans le refroidisseur 12 est disposé à l'intérieur de la chemise 16 pour la circulation du réfrigérant. Un plateau distributeur 110 qui est disposé au-5 dessus de 1'échangeur de chaleur 26 reçoit l'eau qui revient des échangeurs de chaleur éloignés par la conduite d'eau de retour 30. le plateau distributeur 110 présente deux couronnes concentriques de buses 112 dirigées vers le bas qui sont alignées au-dessus des deux hélices du serpentin 26, pour débiter l'eau du 10 plateau 110 sur les spires du serpentin 26. Un chapeau 114 est convenablement fixé au plateau 110 pour rabattre sur le plateau 110 le courant d'eau qui arrive par la conduite 30, Des "déversoirs de trop-plein 116 sont également prévus sur le plateau 110 pour éviter toute accumulation excessive d'eau, sur ce pla-15 teau. En ce qui concerne plus particulièrement la composition du serpentin 26 contenu dans 1'évaporateur 12, un intervalle préféré de dosage des éléments dans l'acier inoxydable est le suivant : 20 Carbone 0,04 à 0,08 % Manganèse 0,20 à 1,00 Silicium 0,40 à 1,00 Chrome 10,50 à 11375 " ------:-Hickel - 0,20 à 0,75 25 Titane 0,20 à 0,75 îer complément à 100 % (Tous les pourcentages s'entendent en poids). Les compositions particulières qui se sont révélées bien appropriées dans la pratique sont les suivantes 30 35 I II III Carbone 0,04% 0,08% 0,08% Manganèse 0,50 1,00 0,20 à 1,00 Silicium 0,40 *» • O o 1,00 Chrome 11,00 10,50 à 11,75 10,50 à 11,75 Nickel 0,20 0,50 0,50 Titane 0,50 5 x C ou 0,75 0,35 à 0,75 Fer Complément Complément Complément 69 10905 -7- 2010314 Ainsi qu'il sera évident pour l'homme de l'art, les compositions ci-dessus contiennent normalement des traces de soufre et de phosphore, chacun de ces éléments étant dans une proportion comprise entre 0,025 et 0,05 %» en poids également. 5 La composition utilisée pour réaliser un serpentin desti né â être utilisé dans le refroidisseur suivant l'invention s'est révélé avoir les propriétés physiques suivantes : Limite élastique à 0,2 % d'allonge- 2 ment permanent 21 à 28 kg/mm p 10 Résistance à la traction 42 à 49 kg/mm Allongement à 50,8 mm % 20 à 32,5 Dureté Eockwell B 72 à 80 2 Module d'élasticité en tension 20.400 kg/mm Intervalle de fusion environ 1480 à 1530°G 15 En utilisant des compositions d'aciers inoxydables ferritiques non trempants comprises dans l'intervalle indiqué, on évite la nécessité d'ajouter périodiquement des inhibiteurs ou autres matières de traitement de l'eau lorsque cet acier est utilisé dans un refroidisseur. Un exemple type de composition 20 d'inhibiteur comprend entre 500 et 1000 parties de chromate de sodium et entre 1,5 et 3 % cLe borax. On trouve ce mélange dans le commerce sous la forme d'une poudre ou de granulés et, lorsqu'on utilisait avec des tubes en acier doux galvanisé de la technique antérieure, ce mélange était destiné à éviter la corrosion des 25 tubes. Toutefois, on a constaté que les inhibiteurs réduisent à un certain degré le coefficient de transmission de chaleur du serpentin et qu'ils n'évitent pas entièrement la formation de dépôts de calamine sur les serpentins ni la formation consécutive de crevasses dans les serpentins que l'on peut vraisemblablement 30 attribuer à l'action des ions chlorure et bicarbonate. D'autre part, lorsqu'il est composé d'une matière ayant une formule comprise à l'intervalle indiqué plus haut, le serpentin suivant l'invention s'est révélé présenter, après un traitement de passi-vation par exemple dans l'acide nitrique à 10 % et l'acide fluor-35 hydrique à 1 %, une exceptionnelle résistance à l'attaque par l'eau ordinaire de diverses provenances, aux températures auxquelles on refroidit l'eau dans les installations de conditionnement d'air, et en présence d'air. 69 10905 8 201031>#(jf r. * le refroidisseur, représenté sur la figure 1 comprend, ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, une double paroi garnie intérieurement d'une mousse isolante. Toutefois, on reste dans le domaine de l'invention si la paroi de l'évaporateur est une 5 simple enveloppe utilisant la composition d'acier inoxydable décrite. Une construction de ce type est représentée sur la figure 2 et comprend un serpentin 26ja du même type que celui représenté sur la figure 1, ainsi qu'une enveloppeït20, elle-même entourée d'une matière calorifuge appropriée quelconque 122, composée par 10 exemple d'un feutre de fibres de verre ou d'une mousse de matière plastique, et qui est maintenue en place par des cerclages 124 ou autres moyens appropriés. On peut utiliser toute une série d'éléments de refroidis-seurs tels que celui décrit ci-dessus et, naturellement, on peut 15 apporter diverses variantes sans pour cela sortir du domaine de l'invention. De même, il sera évident pour l'homme de l'art qu'il peut être avantageux d'utiliser cette large gamme de formes de construction et leurs variantes dans d'autres parties de l'installation de réfrigération. 69 10905 -9- 2010314 - REVENDICATIONS - 1 - Installation de réfrigération comprenant tan générateur, un absorbeur, un condenseur et un évaporateur présentant intérieurement des surfaces d'échange de chaleur, cette instal- 5 lation étant caractérisée en ce que lesdites surfaces sont réalisées en un alliage d'acier inoxydable ferritique non trempant composé de 0,04- à 0,08 % de carbone, 0,20 à 1,00 % de manganèse, 0,40 à 1,00 % de silicium, 10,50 à 11,75 % de chrome, 0,20 à 0,50 % de nickel, 0,20 à 0,75 % de titane, et de fer pour le 10 complément, toutes ces proportions s'entendant en pourcentage en poids. 2 - Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'acier inoxydable est composé de 0,04 % de carbone, 0,50 % de manganèse, 0,40 % de silicium, 11,00 % de chrome, 15 0,20 % de nickel, 0,50 % de titane, et de fer pour le complément» 3 - Installation de réfrigération suivant la revendication 1, caractérisée en ce que 1'acier inoxydable est composé de 0,08 % de carbone, 1,00 % de manganèse, 1,00 % de silicium, 10,50 à 11,75 % de chrome, 0,50 % de nickel, 5x0 ou 0,75 % 20 de titane et de fer pour le complément. 4 - Installation de réfrigération suivant- la revendication 1, caractérisée en ce que l'acier inoxydable est composé de 0,08 % de carbone, 0,20 à 1,00 % de manganèse, 1,00 % de silicium, 10,50 à 11,75 % de chrome, 0,50 % de nickel, 0,35 à 25 0,75 % de titane et de fer pour le complément. 5 - Installation de réfrigération suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les surfaces d'échange de chaleur sont constituées par un serpentin tubulaire.