Brevet FR2132317A1 — publié le 19721117

La présente invention concerne des réfrigérateurs à absorption du type dans lequel un réfrigérant liquide s'évapore pour produire un effet de refroidissement et est ultérieurement absorbé par une solution absorbante liquide. Plus spécialement, la présente 5 invention concerne des perfectionnements à de tels réfrigérateurs qui permettent de les refroidir en utilisant un milieu de refroidissement relativement tiède tel que l'air ambiant. Une difficulté que présentent leç réfrigérateurs à absorption utilisant une solution aqueuse d'un sel comme absorbant est due au 10 fait qu'on ne réussit généralement pas à refroidir les réfrigérateurs avec un fluide de refroidissement relativement tiède tel que l'air ambiant, les'principales raisons de cet inconvénient sont les suivantes : (1) la tension de vapeur de la solution de sel aux températures élevées résultant du refroidissement par air 15 assure dans l'évaporateur une température qui est trop élevée pour effectuer un refroidissement satisfaisant et/ou (2) la solution de sel présente une température de cristallisation si élevée qu'elle tend à former des cristaux à la température ambiante lorsque le réfrigérateur est arrêté. Par température de cristal-20 lisation, on entend la température à laquelle il commence à se former des cristaux solides lorsque la solution de sel est refroidie. Cette difficulté sera décrite plus en détail ci-après en se référant à un réfrigérateur utilisant' une~ s-olution aqueuse de bromure de lithium comme exemple d'un absorbant type. Toutefois, les prin-25 cipes de l'invention ne sont pas limités à l'utilisation d'un absorbant particulier. Dans les réfrigérateurs à absorption du type en question, la pression régnant dans l'absorbeur, pour une concentration donnée de la solution, varie en fonction de la température de 50 l'absorbeur. la température minimale pratique que peut atteindre l'absorbeur est de 5,5 à 11°C supérieure à la température du fluide de refroidissement ou d'environ 46°C pour l'air ambiant maintenu à 35°C. Par conséquent, si l'on désire faire fonctionner un ensemble refroidi par air, il faut utiliser une solution 35 absorbante présentant une tension de vapeur suffisamment faible à 46°C pour provoquer 1'évaporation nécessaire dans l'évaporateur. En pratique, l'évaporateur doit pouvoir refroidir un courant 72 11458 2 2132317 d'eau à 7°C et dans ce but, la température régnant dans l'évaporateur ne doit pas dépasser 5°C. Cette dernière température est obtenue pendant 1'évaporation de l'eau à une pression de 6,7 mm Hg. Par conséquent, la solution quittant l'absorbeur dans une 5 installation classique refroidie par air doit présenter une tension de vapeur ne dépassant pas 6,7 mm Hg à 46°C. D'après les données dont on dispose quant à la tension de vapeur obtenue avec le bromure de lithium, on a constaté qu'une solution à 59,2 tfo en poids satisfait à cette condition. La concentration de la 10 solution d'admission doit être naturellement plus élevée et pour une installation en fonctionnement, la concentration d'admission est d'environ 62,2 $. Etant donné que cette dernière solution présente une température de cristallisation d'environ 44°C, une telle solution est inutilisable étant donné qu'elle cristallise 15 lorsque l'appareil est arrêté. Si l'on utilise une solution d'admission plus diluée, par exemple une solution à 59 pour surmonter la difficulté que présente la cristallisation, la solution de sortie devrait avoir alors une concentration d'environ 56 % et une tension de vapeur de 9 mm Hg. A cette prèssion, 20 l'évaporateur fonctionnerait à 10°C, ce qui évidemment empêcherait d'obtenir de l'eau refroidie à 7°C. Selon les principes de la présente invention, l'évaporateur fonctionne à une pression inférieure à celle de lrabsorbeur, tandis que ce dernier fonctionne à une pression qui est compa-25 tible avec la concentration de la solution de sel et avec la température du milieu de refroidissement disponible. La vapeur à basse pression provenant de l'évaporateur doit naturellement passer dans l'absorbeur soumis à une pression plus élevée et afin de maintenir la différence de pression, la vapeur sortant 30 de l'évaporateur est comprimée avant de passer dans l'absorbeur. Ainsi, l'absorbeur peut utiliser un absorbant présentant une tension de vapeur à la température de l'absorbeur qui est supérieure à la pression de fonctionnement de l'évaporateur. Par suite, l'absorbant peut présenter une moins forte concentration 35 de sel que celui qui devrait être normalement utilisé. C'est-à-dire qu'en se référant aux concentrations données à titre illustratif dans l'exemple ci-dessus, la présente invention permet, 72 11458 5 2132317 par exemple,d'utiliser une solution de bromure de lithium à 59 ia dans un appareil refroidi par air produisant de l'eau à 7°C, tandis que sans la différence de pression et la mise sous pression de la vapeur provenant de l'évaporateur, cette même solu-5 tion produirait de l'eau refroidie à une température de 10°C ou plus. La présente invention concerne plus, spécialement des réfrigérateurs à effets multiples, c'est-à-dire des réfrigérateurs ayant des étages générateurs de haute pression et de basse pres-10 sion. Cette augmentation de la pression de la vapeur du réfrigérant sortant de l'évaporateur, qui est nécessaire pour la mise en oeuvre de l'invention, peut être obtenue dans ce type d'appareil en utilisant le courant de la vapeur du réfrigérant produite dans le générateur à basse pression comme fluide d'entraînement 15 dans un dispositif d'éjection ou d'aspiration monté dans l'appareil de manière à transporter la vapeur du réfrigérant à partir de l'évaporateur, à comprimer cette vapeur à un degré faible mais néanmoins significatif et à l'introduire dans l'absorbeur à la pression de fonctionnement qui règne déjà dans ce.dernier. 20 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention res- sortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, des formes de réalisation de l'invention. Sur ces dessins : 25 la figure 1 est une vue schématique d'un réfrigérateur à absorption à double effet utilisant une solution de sel selon la présente invention ; et la figure 2 est une vue schématique d'une variante de l'installation de la figure 1. 30 En se référant à la figure 1, on a représenté un réfrigéra teur à absorption, à double effet, utilisant une solution aqueuse d'un sel, comportant un générateur à haute pression 10, un générateur à basse pression 12, un évaporateur 14, un serpentin 15 à eau refroidie coopérant avec l'évaporateur 14, et un absorbeur 35 16 refroidi par air, tous ces composants pouvant être classiques. Une source de chaleur externe 18 chauffe le générateur 10 à haute pression et seul l'absorbeur 16 est refroidi étant donné'que 72 11458 4 2132317 le générateur 12 à "basse pression constitue un condenseur de la vapeur du réfrigérant. Plus particulièrement, la vapeur chaude du réfrigérant maintenu à haute pression est séparée de la solution absorbante dans un séparateur de vapeur 20 et est acheminée 5 par un conduit 22 ou générateur 12 à basse pression dans lequel elle constitue la source de chaleur permettant d'engendrer de la vapeur à basse pression. Cette vapeur est ensuite séparée de la solution absorbante dans un séparateur de vapeur 24 et est transférée ensuite dans l'absorbeur 16. La vapeur du réfrigérant à 10 haute pression est condensée à mesure qu'elle abandonne sa chaleur dans le générateur 12 à basse pression et elle est ensuite acheminée par un conduit 26, à travers un échangeur de chaleur 27, puis à travers un étranglement 28 vers l'évaporateur 14. Le liquide absorbant provenant du séparateur 20 est acheminé 15 par un conduit 30 et à travers un échangeur de chaleur 32 et un dispositif de détente 34 vers le générateur 12 à basse pression dans lequel le liquide est en relation d'échange de chaleur avec la vapeur à haute pression du réfrigérant. Le liquide absorbant (pauvre en réfrigérant) provenant du séparateur 24 20 passe par un conduit 36 dans un échangeur de chaleur 38?pùis à travers un étranglement, dans l'absorbeur 16. Dans l'absorbeur, la vapeur du réfrigérant est absorbée par l'absorbant liquide d'une manière connue et la solution de sel résultante présentant maintenant une forte teneur en réfrigérant 25 passe dans un conduit 40 qui l'achemine vers une pompe 42 qui la ref-oule à travers les échangeurs 38 et 32 dans le générateur 10 à haute pression. La disposition décrite ci-dessus correspondant à certains réfrigérateurs à absorption a double effet est de construction et 30 de fonctionnement classiques et n'a été donnée que pour définir le milieu d'application de la présente invention. Naturellement, l'installation a pour principale fonction d'utiliser l'évapora-tion du réfrigérant dans l'évaporateur pour absorber la chaleur de l'eau à refroidir qui peut être ensuite utilisée à des fins 35 de climatisation. La chaleur absorbée est abandonnée à l'atmosphère par l'air refroidissant l'absorbeur 16. Selon la présente invention, comme indiqué plus haut, la 72 11458 5 2132317 pression régnant dans l'évaporateur est maintenue au-dessous de celle régnant dans 1' absorbeur en faisant passer continuellement la vapeur du réfrigérant de l'évaporateur 14 dans une zone à basse pression, la vapeur est ensuite comprimée à la pression ré-5 gnant dans l'absorbeur et introduite dans ledit absorbeur à cette pression. On l'effectue en faisant appel à l'énergie cinétique du courant de la vapeur du réfrigérant -qui est produite par le générateur à basse pression et qui normalement passerait directement dans le condenseur d'une installation classique. 10 Comme on le voit sur la figure 1, on utilise un dispositif d'éjection ou d'aspiration 44 ou autre dispositif du type à tube venturi dans lequel le courant de la vapeur de réfrigérant provenant du séparateur 24 du générateur 12 à basse pression est utilisé comme fluide d'entraînement pour appliquer une aspiration à l'é-15 vaporateur 14 et pour faire passer les vapeurs combinées du réfri-, gérant dans l'absorbeur 16. L'éjecteur 44, qui est représenté schématiquement, peut être de n'importe quelle construction convenable, et comme représenté, il comporte un ajutage 46 de petite section droite faisant saillie dans une chambre d'aspiration 48 20 reliée à l'évaporateur 14 par un conduit 50. L'ajutage 46 transforme la pression de la vapeur en un courant s'écoulant à grande vitesse et passant dans un diffus_eur 54 en réduisant la pression régnant dans la chambre d'aspiration 48 et-en comprimant ensuite la vapeur provenant de 1'évaporateur pour la faire passer dans 25 l'absorbeur par l'intermédiaire d'un conduit 52. Tout réfrigérant liquide en excès contenu dans l'évaporateur 14 peut être utilisé pour augmenter la masse de vapeur du réfrigérant passant dans l'ajutage 46 de l'éjecteur. On peut l'effectuer en évacuant tout d'abord le réfrigérant liquide froid de 30 l'évaporateur 14 par un conduit 56 et au moyen d'une pompe 58 et en ajoutant ensuite de la chaleur en faisant passer le liquide dans 1'échangeur de chaleur 27, puis dans une chaudière ou autre échangeur de chaleur 60 qui est en échange de chaleur avec l'air chauffé s'éloignant de l'absorbeur 16. Le réfrigérant évaporé 35 passe ensuite par un conduit 62 dans l'entrée de. l'ajutage 46 de l'éjecteur. La figure 2 représente une forme de réalisation de l'invention 72 11458 6 2132317 dans laquelle sont utilisés les mêmes principes fondamentaux de l'invention, mais dans laquelle l'écoulement de l'absorbant liquide est légèrement différent, les composants identiques à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes numéros de réfé-5 rence auxquels on a ajouté le signe prime. Sur la figure 2, l'absorbant riche en réfrigérant passe de l'absorbeur 16' dans le générateur 12' à basse pression plutôt que dans le générateur à haute pression comme sur la figure 1, par l'intermédiaire d'un conduit 64, d'une pompe 66 et d'un échan-10 geur de chaleur 68. Le réfrigérant liquide en excès contenu dans l'évaporateur 14' passe également dans le conduit 64 par l'intermédiaire d'un conduit 70. L'absorbant provenant du séparateur 24' associé au générateur 1.2' passe dans le générateur à haute pression par un conduit 72, une pompe 74 et un échangeur 15 de chaleur 76. L'absorbant provenant du séparateur 20' du générateur 10' à haute pression passe dans l'absorbeur 16' par l'intermédiaire d'un conduit 78, de 1'échangeur de chaleur 76 et de 1'échangeur de' chaleur 68. La vapeur du réfrigérant provenant du générateur 10' passe parole conduit 22' dans le générateur 20 12' à basse pression dans lequel elle est condensée en liquide qui est acheminé vers l'évaporateur 14' par un conduit 80 et à travers l'étranglement 28'. On comprendra mieux le fonctionnement des formes de réalisation des figures 1 et 2 en attribuant tout d'abord des valeurs 25 types à certaines des variables de fonctionnement. A titre il-lustra"tif, on va supposer que la température de l'air ambiant est de 35 °C, que la solution entrant dans l'absorbeur est une solution aqueuse de bromure de lithium à 59 i° en poids (présentant une température de cristallisation d'environ 16°C et que 30 la solution de sortie est une solution de bromure de lithium à 56 fo a une température de 46°C. La solution sortante présente une tension de vapeur d'environ 9 mm Hg à cette température et par conséquent, il s'agit de la pression la plus basse qui peut être atteinte dans l'absorbeur. Comme on l'a précédemment expli-35 qué, si l'évaporateur fonctionne à la pression de 9 mm Hg de l'absorbeur comme ce serait le cas dans des installations classiques, l'évaporateur maintenu à la pression de 9 mm Hg produirait 72 11458 7 2132317 une température de 10°C, qui serait trop élevée.pour produire l'eau désirée refroidie à 7°C. Toutefois, dans les installations représentées sur les figures 1 et 2, l'évaporateur est maintenu à 7 mm Hg par l'action de l'éjecteur 44 ou 44' et à cette pres-5 sion, la température régnant dans l'évaporateur est de 5°C. L'éjecteur a également pour effet de comprimer la vapeur à basse pression du réfrigérant à une pression plus élevée de 9 mm Hg, de façon que la vapeur puisse être absorbée dans l'absorbeur Dans la forme de réalisation de la figure 1, une aspiration 10 supplémentaire est imposée à l'évaporateur 14 en évaporant tout réfrigérant liquide en excès de l'évaporateur 14 et en introduisant la vapeur résultante en amont de l'ajutage 46 de l'éjecteur. S'il n'y avait pas de compression à la pression plus élevée, il n'y aurait pas d'absorption et par conséquent pas de transmis-15 sion de chaleur et en réalité, ainsi qu'on l'a déjà mentionné, l'évaporateur fonctionnerait à la pression de 9 mm Hg et par suite, à une température trop élevée. D'après la description ci-dessus, il est évident que l'invention permet d'utiliser des solutions de sel absorbantes dans des 20 appareils qui utilisent l'air ambiant ou autre milieu de refroidissement relativement tiède. Cet avantage est dû. à la possibilité qu'offre l'installation d'utiliser, des solutions de sel moins concentrées,ne subissant pas de " cristallisation tout en engendrant en même temps une basse température dans l'évaporateur malgré 25 les pression, et température relativement élevées régnant dans l'absorbeur. Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et représentées et est susceptible de recevoir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de 30 l'invention. 72 11458 8 2132317 REVENDICATIONS 1. Réfrigérateur à absorption, à plusieurs étages générateurs de pression, comportant un évaporateur pour évaporer un réfrigérant liquide, un absorbeur pour absorber la vapeur du réfrigérant 5 dans un absorbant liquide, un dispositif pour faire circuler un fluide de refroidissement en relation d1 échange de chaleur avec l'absorbant liquide dans l'absorbeur et un générateur destiné à provoquer le dégagement de la vapeur du réfrigérant à partir de l'absorbant liquide, réfrigérateur caractérisé en ce qu'il 10 comporte un dispositif de transfert et de compression destiné à recevoir la vapeur du réfrigérant à partir de l'évaporateur et à faire passer la vapeur dans l'absorbeur à une pression supérieure à celle régnant dans l'évaporateur et sensiblement égale à la pression régnant dans l'absorbeur, de façon que ledit évapo- 15 rateur engendre une température inférieure à celle qui serait atteinte à la pression régnant dans l'absorbeur. 2. Réfrigérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de transfert et de compression comporte un premier conduit réservé à la vapeur du réfrigérant partant du 20 générateur et comportant une partie de petite section droite interne qui forme une région d'écoulement à grande vitesse et à basse pression et un second conduit réservé à la vapeur du réfrigérant entre l'évaporateur et ladite région de basse pression de manière que la vapeur du réfrigérant s'écoule à partir de l'éva- 25 porateur, se mélange avec la vapeur du réfrigérant provenant du premier conduit et passe dans l'absorbeur. 3. Réfrigérateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le générateur destiné à provoquer le dégagement de la vapeur du réfrigérant comporte un générateur à haute pression 30 chauffé par une source de chaleur et un générateur à basse pression chauffé par la vapeur chaude du réfrigérant engendrée dans le générateur à haute pression et en ce que le premier conduit réservé à la vapeur du réfrigérant part du générateur à basse pression. 35 4. Réfrigérateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit pour acheminer l'absorbant liquide riche en réfrigérant de l'absorbeur au générateur à basse pression. 72 11458 9 2132317 5. Réfrigérateur selon la revendication 3> caractérisé en ce qu'il comporte un conduit destiné à acheminer l'absorbant liquide riche en réfrigérant de l'absorbeur au générateur à haute pression. 5 6. Réfrigérateur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif destiné à transporter le réfrigérant non évaporé à partir de l'évaporateur, à évaporer ledit réfrigérant et à acheminer la vapeur vers l'absorbeur. 7. Procédé de mise en oeuvre d'un réfrigérateur à absorption 10 à plusieurs générateurs de pression dans lequel la vapeur du réfrigérant est dégagée à partir d'une solution du réfrigérant dans un absorbant liquide, condensée, évaporée dans un évapora-teur et réabsorbée par l'absorbant liquide dans un absorbeur qui est refroidi par un courant de fluide de refroidissement, 15 procédé caractérisé en ce qu'il consiste à évacuer la vapeur du réfrigérant de l'évaporateur pour y maintenir une pression inférieure à celle qui règne dans l'absorbeur, à comprimer la vapeur évacuée sensiblement à la pression régnant dans l'absorbeur et à faire passer la vapeur comprimée dans ce dernier. 20 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la solution du réfrigérant dans l'absorbant passe à travers un premier générateur qui est chauffé par une source de chaleur pour dégager la vapeur du réfrigérant, puis à travers un générateur ultérieur dans lequel la condensation de la vapeur chaude 25 du Réfrigérant engendrée dans le premier générateur dégage un courant de vapeur de réfrigérant à partir de la solution, l'évacuation de la vapeur de l'évaporateur étant effectuée par aspiration de cette vapeur avec un courant de vapeur provenant du générateur ultérieur. 30 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'absorbant liquide riche en réfrigérant passe de l'absorbeur dans le premier générateur et en ce que le réfrigérant non évaporé contenu dans l'évaporateur est évacué de ce dernier, évaporé et transféré dans le courant aspirant de la vapeur provenant 35 du générateur ultérieur. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'absorbant liquide riche en réfrigérant passe de l'absorbeur au générateur ultérieur.