Brevet FR2193183A1 — publié le 19740215

b ç La présente invention concerne un appareil frigorifique à absorption fonctionnant avec un gaz auxiliaire inerte et deux agents de travail, à savoir un agent frigorifique et un agent d'absorption, et comportant un absorbeur qui comprend, de préférence, un ou plusieurs tubes au moins approximativement horizontaux et, le cas échéant, branchés en parallèle. i - . Des appareils frigorifiques à absorption du type connu précité présentent, par- comparaison avec des appareils frigorifiques à absorption fonctionnant sans gaz auxiliaire, une puissance frigorifique considérablement réduite. Cela est imputable essentiellement aux processus de diffusion se déroulant entre le gaz auxiliaire et la vapeur de l'agent frigorifique dans l'évaporateur et dans l'absorbeur et à la mauvaise transformation de matière en résultant. Des appareils frigorifiques à absorption fonctionnant avec gaz auxili- aire et de type connu n'ont, par conséquent, pas été utilisés jusqu'à maintenant dans des applications où l'on doit produire une grande puissance frigorifique,comme, par exemple, dane des appareils climatisseurs. Bes avantages connus des appareils frigorifiques à absorption fonctionnant avec un gaz auxiliaire, à savoir leur marche exempte d'usure et leur fonctionnement, pratiquement sans bruit et sans entretien, ont, cependant, suscité le désir de pouvoir utiliser de tels appareils frigorifiques à absorption également dans le -cas deTfortes puissances frigorifiques. On a, par conséquent, cherché à augmenter la puissance frigorifique par une amélioration de la transformation de matière dans l'évaporateur et, en particulier, dans l'absorbeur. Dans le cas de l'évaporateur, on est déjà arrivé depuis longtemps n fut' re en sorte, par des mesures constructives relativement simples, par exemple par revêtement de l'évaporateur par un treillis en fil métallique produisant un effet capillaire, ou bien en rendant rugueux ou en ménageant des stries dans le c8té intérieur de la paroi d'évaporateur, à mouiller,en cours de marche de l'appareil, toute la surface intérieure de l'évaporateur et à la faire ainsi intervenir dans l'échange de matière. Des mesures constructives correspondantes n'ont cependant pas permis d'améliorer sensi blement cet échange de matière dans l'absorbeur. Des expériences ont montré que l'insuccès obtenu dans le cas des absorbeurs était imputable à une cause hydrostatique assez simple : dans le cas des couples d'agents de travail classiques formés par l'ammoniaque utilisée comme réfrigérant, l'eau utilisée comme agent d'absorption et lthydrogrène utilisé: comme gaz auxiliaire, une particule de liquide provenant de la solutión appauvrie qui s'écoule de la base du tube formant 1'absorbeur s'élève le long de la paroi du tubé par effet de capillarité. Dans cette zone, -elle reçoit de l'ammoniac provenant du gaz-passant dans 1e tube. Elle s'enrichit ainsi et sa masse spécifique varie simultanément. Elle devient plus légère que la solution stécoulant à la base du tube.En conséquence, la position de la particule de liquide enrichi en ammoniaque est stable dans le champ des forces gravité ét elle ne présente plus aucune tendance à s'écouler vers le bas. Bes particules de liquide s'élevant par capillarité le liong de la paroi du tube ne participent ainsi pratiquement plus à un-échange de matière. Cet échange de matière proprement dit est produit entre le courant de liquide et la particule, par diffusion au -travers du film mince de liquide se trouvant-- sur la paroi du tube. Son action est,-cependant, complètement négligeable à cet égard.Pour cette raison, tous les essais d'augmentation de l'échange de matières dans l'absorbeur par accroissement de l'effet capillaire de la paroi intérieure de l'absorbeur n'ont pas donné satisfaction. Dans un dispositif connu, on a essayé de remédier à cet inconvénient en utilisant un tube rainuré dont les rainures ou stries sont orientées axialement. Dans un serpentin absorbeur réalisé à partir de ce tube, on introduit le liquide, à l'aide d'un dispositif compliqué, de manière qu'il soit réparti uniformément sur toute la périphérie du tube. Ensuite, le liquide s'écoule avec répartition axiale, au moins sur une courte distance, de manière que le tube soit complètement mouillé par un film de liquide en écoulement. Avec de tels dispositifs, on est évidemment arrivé à augmenter sensiblement les coefficients de transmission de chaleur dans l'absorbeur, mais les inconvénients sont cependant importants : le tube doit être pourvu d'une grande inclinaison, de sorte qu'on ne peut incorporer que peu de tubes sur la hauteur de construction permise. La limitation de transmission de chaleur est alors décalée de la surface intérieure vers la surface extérieure du tube. En outre, le dispositif de répartition de liquide est coûteux, sensible et n'est pas d'un fonctionnement sQr. Ces difficultés sont assez importantes pour que le système n'ait pas pu âtre appliqué en pratique. Un autre dispositif connu prévoit des rainures qui sont disposées en hélice sur la surface intérieure du tube. Ce système n'a également aucune valeur économique, car on rencontre également, dans ce cas, des difficultés pratiques : pour transporter la quantité de liquide prévue, on doit réaliser les rainures avec une très grande profondeur et avec des arêtes vives, ce qui conduit à des difficultés de fabrication importantes. On rencontre, d'autre part, les mêmes inconvénients que dans le cas d'un tube à rainures axiales. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients rencontrés dans un appareil frigorifique à absorption du fait d-l'existence du gaz auxiliaire et d'améliorer l'échange de matière dans l'absorbeur. L'appareil de l'invention est caractérisé en ce que, d'une part, les tubes de l'absorbeur sont munis intérieurement de moyens qui exercent sur le couple d'agents de travail une section de capillarité et, d'autre part, le couple d'agents de travail est une combinaison d'un agent frigorifique et d'un agent d'absorption dont la densité augmente à mesure que la teneur en réfrigérant croit, au moins dans les plages de-températures et de concentration rencontrées dans 1 absorbeur en cours de marche. A l'aide de l'agencement suivant l'invention de l'appareil frigorifique à absorption, on arrive à augmenter sensiblement l'échange de matière dans l'absorbeur et, par conséquent, à augmenter considérablement, d'une manière simple, la puissance frigorifique de l'appareil à absorption. Suivant une caractéristique avantageuse de l'invention, il est prévu que les tubes de l'absorbeur sont pourvus, sur la surface intérieure de leurs parois, de rainures, exerçant une action de capillarité, qui sont avantageusement orientées, au moins approximativement, perpendiculaires à des plans passant par l'axe du tube. I1 s'est avéré particulièrement avantageux et efficace d'utiliser, dans l'appareil frigorifique à absorption de I"invention, des couples de matière constitués par le R22 comme réfrigérant et le tétra-éthylène-glycol-diméthyléther ou bien l'acétate de butyle ou le perchloréthylène comme moyens d'absorption. L'appareil frigorifique à absorption agencé suivant l'invention fonctionne de la manière suivante Sur la surface intérieure du tube de l'absorbeur, un liquide appauvri provenant du courant principal est aspiré vers le haut à la base du tube afin de s'élever par capillarité sur toute la surface du tube, de sorte que celui-ci est mouillé. Entre la couche mince de liquide se trouvant sur la paroi du tube et le gaz passant dans le tube, il se produit un échange de matièreintensif. De la vapeur de réfrigérant est absorbée par le liquide et sa teneur en réfrigérant et, par conséquent, sa densité augmentent. En conséquence, les particules de liquide présentent, à la partie supérieure de la paroi du tube, une plus grande densité que le courant principal de liquide s'écoulant à la base du tube.La couche de liquide se trouvant sur la paroi du tube est instable, il se produit des courants dans la couche et un échange de-matière entre la couche et le courant principal. Sous l'effet des courants produits dans la couche de liquide, du liquide lourd et enrichi flue vers le bas sur une face du tube et simultanément du liquide pauvre et léger s'élève sur l'autre face. Du fait de cet échange permanent entre la couche de paroi et le courant principal, l'ensemble de la surface intérieure du tube a un effet efficace sur l'échange de matière. Pour l'agencement de la structure superficielle appropriée qui sert à mouiller capillairement toute la surface intérieure du tube, il existe plusieurs possibilités connues. On peut revêtir intérieurement le tube d'un tissu en fil métallique ou bien dgun treillis en fil métallique. On peut disposer un fil mince enroulé en hélice dans le tube de manière qu'il s'applique contre la paroi du tube avec une certaine précontrainte, auquel cas il se produit, entre la paroi du tube et le fil, et éventuellement également par rapport à une spirale de fil adjacente, des canaux capillaires dans lesquels le liquide est aspiré vers le haut par la tension superficielle. On peut également ménager dans la paroi du tube des rainures proprement dites qui peuvent être plus ou moins denses et qui peuvent être plus ou moins inclinées par rapport à l'axe du tube. I1 est également possible de rendre la surface irrégulière et rugueuse par sablage, par action chimique ou similaire en vue d'atteindre le même objectif. Pour obtenir un succès pratique de l'opération, il suffit que les intervalles capillaires soient suffisamment étroits pour que le liquide soit aspiré vers le haut jusqu'au point supérieur extrême de la paroi tubulaire, tout en permettant, malgré tout, un écoulement suffisamment grand dans la couche capillaire sous l'effet des différences de densité. On connaît différentes combinaisons d'un réfrigérant et d'un absorbant présentant des propriétés définies ci-dessus. Par exemple, on peut utiliser le réfrigérant lourd R22 que plusieurs chercheurs ont proposé en vue d'une application à des machines frigorifiques à absorption du fait de ses bonnes propriétés chimiques et physiques. Comme agent d'absorption approprié pour le R22, on peut citer entre autres le tétra-éthylène-glycol-diméthylëter, l'acétate de butyle et le perchloréthylène. Toutes ces combinaisons de matière sont caractérisées en ce que la densité du mélange (à température constante) augmente, au moins dans une plage déterminée de concentration, avec la teneur en R22. L'invention n' est pas limitée aux matières précitées et elle est applicable, d'une façon générale, à toute combinaison de matières qui convient pour son utilisation dans des appareils à absorption et qui présente le comportement de densité défini ei-dessus. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres variantes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de 1' invention. R E V S N D I C A I O N S REVENDICATIONS 10) Appareil frigorifique à absorption fonctionnant avec un gaz auxiliaire inerte et deux agents de travail, à savoir un agent frigorifique et un agent d'absorption, comportant un absorbeur qui comprend un ou plusieurs tubes approximativement horizontaux et,le cas échéant, branchés en parallèle, appareil caractérisé en ce que, d'une part, les tubes de l'absorbeur sont munis intérieurement de moyens qui exercent sur le couple d'agents de travail une action de capillarité et, d'autre part, le couple d'agents de travail est une combinaison dgun agent frigorifique et d'un agent d'absorption dont la densité augmente à mesure que la teneur en réfrigérant croit, au moins dans les plages de températures et de concentration rencontrées dans l'absorbeur en cours de marche. 20) Appareil frigorifique à absorption suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes de l'absorbeur sont pourvus sur leur surface intérieure de leurs parois de rainures exerçant une action de capillarité. 30) Appareil frigorifique à absorption suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les rainures sont disposées dans des plans orientés perpendiculairement à l'axe du tube. 40) Appareil frigorifique à absorption suivant l?une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le couple d'agents de travail est constitué par du R22 formant le réfrigérant et par du tétra-éthylèneglycol-diméthyléther, ou bien de l'acétate de butyle, ou bien du perchloréthylène, formant l'agent d'absorption.