Brevet FR2573185A1 — publié le 19860516

La présente invention concerne d'une manière généra- ie des échangeurs de chaleur et en particulier elle est relative à un appareii assurant un échange de chaleur d'un gaz à un liquide. Plus particulièrement l'invention concerne un échangeur de chaleur d'un gaz à un liquide qui transfère à un liquide de la chaleur obtenue à partir des gaz de combustion d'un générateur à chauffage direct d'une machine à absorption. Dans les systèmes de réfrigération à absorption il est usuel de fournir de la chaleur externe, habituellement sous la forme de vapeur ou de gaz de combustion brûlés di- rectement, au générateur afin de chauffer une solution d'ab- sorbant pauvre, typiquement une solution de bromure de li- thium, et d'accroître ainsi la concentration de l'absorbant. CGnéraiement la partie inférieure de l'enceinte du généra- teur est remplie de solution à travers laquelle s'étendent les tubes de combustion. Le fonctionnement d'un système de - réfrigération à absorption à chauffage direct est bien connu dans la technique et il ne sera donc pas décrit présente- ment en détail. Un exemple d'un système à absorption de ce genre est décrit dans ie brevet US-3 316 727. - Bien que la présente invention puisse être utilisée conjointement avec une large gamme de dispositifs ayant des possibilités de transfert de la chaleur, elle est tout par- ticulièrement appropriée à une utilisation avec une machine à absorption à chauffage direct. L'échangeur de chaleur décrit présentement utilise des brileurs et des tubes individuels disposés à contre-cou- rant de manière à assurer un transfert de chaleur plus effi- 3n cace qui élève le rendement global de la machine à absorp- tion dans laquelle il est installé. L'invention vise un échangeur de chaleur pour un générateur à chauffage direct destiné à être utiiisé dans - une machine à absorption à chauffage direct. Suivant une forme d'exécution préférée de l'inven- tion les gaz de combustion et l'air sont introduits à tra- vers des brûleurs de l'ensemble brûleur et ils sont brûlés dans les tubes de combustion. Ces tubes de combustion com- 2573 1 85 portent chacun deux branches, à savoir une branche supé- rieure dans un compartiment de solution supérieur et une branche inférieure dans un compartiment de solution infé- rieur. Ces deux compartiments comportent une pluralité de chicanes qui imposent un trajet sinueux à la solution admi- se dans le compartiment supérieur du générateur. Cette solu- tion est admise dans le compartiment supérieur à proximité de l'extrémité de décharge des tubes de combustion et elle est évacuée à proximité de l'extrémité d'allumage initial des tubes de combustion dans le compartiment inférieur. Par conséquent l'écoulement des fluides, à savoir des gaz de combustion et de la solution, est tel qu'un transfert de chaleur à contre-courant est obtenu, du fait que les gaz de combustion les plus chauds pénètrent dans l'échangeur de chaleur à proximité de la solution la plus chaude quittant le générateur tandis que les gaz de combustion les plus froids quittent l'échangeur de chaleur à proximité de la solution la plus froide pénétrant dans le générateur. Un but de la présente invention est d'améliorer le rendement d'une machine à absorption en utilisant un échan- geur de chaleur à contre-courant et à faisceau de tube sub- mergé dans le générateur de la machine à absorption. Un autre but de la présente invention est de dispo- ser les tubes de combustion d'un générateur à chauffage direct dans au moins deux compartiments de solution, afin d'éviter les pertes de submersion dues au gradient de pres- sion de la solution à l'endroit des tubes inférieurs du générateur. Un autre but de la présente invention est d'agen- car les tubes de combustion d'un générateur à chauffage direct suivant une disposition à contre-courant pour obtenir un transfert de chaleur plus efficace. Un autre but de la présente invention est de four- nir un échangeur de-chal-eur qui soit économique à fabriquer, simple à construire et qui ait un rendement supérieur aux échangeurs de chaleur connus antérieurement. On décrira ci-après,à titre d'exempie non iimita- tif, une forme d'exécution de la présente invention,en réfé- rence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en élévation, avec arrache- ment partiel et partiellement en coupe, d'un générateur à chauffage direct d'une machine à absorption utilisant la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe du générateur faite suivant la ligne II-II de la figure 1. O10 La figure i représente un générateur à chauffage direct pour un système de réfrigération à absorption sui- vant l'invention qui utilise, par exemple, de i'eau en tant que fluide frigorigène et du bromure de lithium en tant que solution d'absorbant. Techniquement le bromure de lithium pur est un absorbant et n'est pas une solution d'absorbant. Cependant il est habituel de considérer l'absorbant dans un système de réfrigération à absorption comme étant une solu- tion parce que l'absorbant peut contenir du fluide frigori- gène dissous en lui. Par conséquent le terme "solution" est utilisé dans toute cette demande pour indiquer l'absorbant pur et la solution d'absorbant. Il convient également de noter que l'expression "solution riche" est utilisée présen- tement pour indiquer une solution d'absorbant qui a une teneur élevée en absorbant, tel que le bromure de lithium pur, tandis que l'expression "solution pauvre" est utilisée pour indiquer une solution d'absorbant qui a une faible teneur en absorbant, du fait qu'une quantité appréciable de fuiide frigorigène se trouve dissoute dans cette solution. En outre il y a lieu de noter que l'on peut utiliser, dans le cadre de la présente invention, des fluides frigorigènes autres que l'eau et des absorbants autres que le bromure de lithium et que diverses modifications peuvent être apportées au système de réfrigération pour tenir compte de ces fluides frigorigènes et absorbants différents. 2573 1 85 Le système de réfrigération à absorption dont fait partie le générateur 10, comporte en outre généralement un absorbeur, un condenseur, un évaporateur, une pompe de fiui- de frigorigène, une pompe de solution et un échangeur de chaleur à solution. En tant que source appropriée pour faire bouillir ie fluide frigorigène à partir de la solution pauvre fournie à travers un conduit 14 d'entrée dans le générateur 10, ce générateur comporte un ensemble brûleur approprié 12 pour fournir des gaz de combustion et de l'air à des tubes de combustion inférieurs et supérieurs. Le méiange enflammé de gaz et d'air s'écoule à travers ies tubes de combustion inférieurs 16 qui sont logés dans un compartiment de soiu- tion inférieur 17, puis à travers une chambre de communica- tion 18, puis à travers des tubes de combustion supérieurs 26 qui sont logés dans un compartiment de solution supérieur 27, pour être finalement évacués h partir des tubes de com- bustion supérieurs 26 vers une cheminée (non représentée). Suivant une variante d'exécution de l'invention chaque tube de combustion inférieur 16 est relié à un tube de combustion supérieur 26 par un tube de liaison. - La solution pauvre qui est introduite dans le géné- rateur 10 -à travers le conduit d'entrée 14 et qui provient en général d'un absorbeur, en passant à travers un échangeur de chaleur à solution, pénétre dans le compartiment de soiu- tion supérieur 27 et s'écoule à travers ce compartiment supérieur 27 suivant une direction généralement parallèle aux tubes de combustion supérieurs 26. La solution pauvre s'écoule, dans le compartiment de solution supérieur 27, suivant un tracé sinueux en passant au-dessus et en dessous d'une pluralité de chicanes 22 jusqu'à ce qu'elle atteigne la section à chicane extrême 24. La solution pauvre qui est introduite dans le compartiment de solution supérieur 27, est ainsi chauffée par les tubes de combustion supérieurs 26 qui provoquent l'ébullition du fluide frigorigène à par- tir de la solution pauvre. La vapeur de fiuide frigorigène formée dans le compartiment de solution supérieur 27 passe par dessus ie bord supérieur 29 du compartiment de solution 27, qui est en forme d'auge, pour pénétrer dans un conden- seur 20 o elle est refroidie et condensée. La solution relativement plus chaude et plus riche qui s'écoule dans la section à chicane extrême 24, sort par un trop-piein 28 pour tomber dans la section à chicane extrême 32 du compartiment de solution inférieur 17. Cette solution plus riche débor- dant s'écoule ensuite dans une direction généralement paral- lèle aux tubes de combustion inférieurs 16, en passant alternativement au-dessus et en dessous de chicanes infé- rieures 34, en suivant un trajet sinueux, jusqu'à la section à chicane antérieure et inférieure 36. Dans cette section à chicane antérieure et inférieure 36, la solution relative- ment chaude, riche et concentrée déborde par dessus le com- partiment de solution inférieure 17 et passe à travers un conduit de décharge 38 dans l'absorbeur. L'orientation et l'écoulement des fluides dans les tubes de combustion et dans les compartiments de solution supérieurs et inférieurs sont tels que l'on obtient un écoulement à contre-courant avec les gaz de combustion les plus chauds pénétrant dans les tubes de combustion infé- rieurs 16 en relation d'échange thermique avec la solution concentrée sortant qui est la plus chaude et qui s'écoule à travers le conduit de décharge 38, tandis que les gaz de combustion les plus froids qui sortent des tubes de combus- tion supérieurs 26 sont en relation d'échange thermique avec la solution pauvre la plus froide pénétrant dans le compar- timent de solution supérieur 27 à travers le conduit d'en- trée 14 dans le générateur. Par conséquent ce procédé d'échanges de chaleur est plus efficace puisqu'il assure un écoulement d'échange de chaleur à contre-courant, il évite les pertes d'immersion dues aux gradients de pression et il réduit la dispersion de la solution dans le générateur en la maintenant à proximité immédiate des tubes d'échange de chaleur. La vapeur de fluide frigorigène formée dans le géné- rateur s'écoule dans le condenseur 20 qui contient un échan- geur de chaleur en forme d'auge comprenant une pluralité de tubes de condenseur 42 contenus dans une enveloppe ouverte 44 en forme d'auge, o la vapeur de fiuide frigorigène est refroidie et condensée. Le fluide frigorigène liquide con- densé dans le condenseur 20 s'écoule à travers un passage de liquide frigorigène 46 dans l'évaporateur. Un fluide tel que de l'eau s'écoule à travers les tubes de condenseur 42 afin de condenser le liquide frigorigène dans le condenseur. Si on se réfère maintenant à la figure 2, on peut voir que le générateur 10 et le condenseur 20 sont inclus tous les deux dans une enveloppe unique 30 mais on conçoit qu'une autre disposition peut être également envisagée d'une manière satisfaisante. L'ensemble brOleur fournit un méian- ge enflammé de gaz et d'air dans les tubes de combustion inférieurs 16, afin de chauffer la solution pauvre qui est fournie au générateur à partir de l'absorbeur, à travers le conduit d'entrée dans le générateur. La solution pauvre est chauffée dans le compartiment de solution supérieur 27 et dans le compartiment de solution inférieur 17 afin de dégager par ébullition le fluide frigorigène à l'état de vapeur et de concentrer ainsi la solution pauvre. La vapeur de fluide frigorigène s'élève en direction du condenseur 20 qui est avantageusement logé dans la même enveioppe 30 que le générateur 10 mais qui peut aussi avoir une enveloppe séparée, ce condenseur 20 comprenant une pluralité de tubes de condenseur 42 formant échangeur de chaleur. La vapeur de fluide frigorigène est condensée sous forme de liquide fri- gorigène dans ce condenseur. Le liquide frigorigène passe du condenseur 20, à travers le passage 46 pour le liquide fri- gor-igène, en direction de l'évaporateur. Il convient également de noter que le compartiment de solution inférieur 17 et le compartiment de solution supérieur 27 sont des récipients en forme d'auge ouverts à leurs sommets, lesquels permettent à la solution pauvre, pénétrant par le conduit d'entrée 14 dans le générateur, de suivre un trajet sinueux au-dessus et en dessous des chica- nes supérieures 22, en suivant une direction généralement parallèle aux tubes de combustion supérieurs 26. La solution pauvre pénétrant dans le compartiment de solution supérieur 27, à travers son sommet ouvert 29, s'écoule en direction de la section de chicane extrême supérieure 24 et elle déborde dans le compartiment de solution inférieur 17. Ce compar- timent de solution inférieur est égaiement un récipient en forme d'auge à sommet ouvert 31, comportant des plaques supérieures 19 reliées à l'enveloppe 30 afin de guider la solution de trop-plein dans le compartiment inférieur. La solution partieilement concentrée et échauffée qui déborde dans le compartiment de solution inférieur 17, suit égaie- ment un tracé sinueux au-dessus et en dessous de chicanes inférieures 34, en direction de la section de chicane anté- rieure et inférieure 36. La solution riche et pauvre qui s'écoule vers et dans la section de - chicane antérieure et inférieure 36 passe ensuite à l'extérieur, à travers le conduit de décharge 38, en direction de l'absorbeur. De cette façon l'agencement à contre-courant de l'écouiement des fluides donne lieu à un transfert de chaleur plus effi- cace qui augmente le rendement d'ensemble de ia machine à absorption. REVENDICATIONS 1.-Appareil pour fournir de la chaleur à un système de réfrigération à absorption caractérisé en ce qu'il com- prend un système de réfrigération à absorption comportant un absorbeur, un évaporateur, un générateur (10), un condenseur (20), un fluide frigorigène et une solution d'absorbant divisible en une solution riche et une solution pauvre, des moyens (16,26) pour faire passer des gaz de combustion à travers ie générateur (10), ces moyens comportant un orifice d'entrée et un orifice de sortie, une enveloppe définissant un passage pour la-solution d'absorbant, cette enveloppe comportant des parois et une partie inférieure pour enfermer ies moyens fournissant les gaz de combustion, ce passage guidant l'écoulement, à travers lui, de la solution d'absorbant, une pluralité de plaques (22,34) espacées les unes des autres dans l'enveloppe et s'4tendant perpendicu- lairement à l'écouiement de la solution d'absorbant, ces plaques (22,34) étant alternativement attachées à la partie inférieure de l'enveloppe et espacées de cette partie infé- rieure, afin de commander l'écoulement de la solution d'ab- sorbant suivant un mouvement sinueux, et des orifices d'en- trée et de sortie (14,38) respectivement pour fournir la solution d'absorbant en direction de l'enveloppe et évacuer cette solution d'absorbant à partir de l'enveloppe, l'orifi- ce d'entrée (14) fournissant la solution d'absorbant étant juxtaposé à l'orifice de sortie des gaz de combustion pas- sant à travers ie générateur tandis que l'orifice de sortie (38) pour l'évacuation de la solution d'absorbant est juxta- posé à i'orifice d'entrée des gaz de combustion passant à 3n travers le générateur (10). 2.- Appareil pour fournir de la chaleur à un systè- me de réfrigération h absorption suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens pour faire passer les gaz de combustion à travers le générateur (10) comprennent des tubes de passage multiples (16,26), ces tubes étant répartis- en un premier groupe de tubes de combustion individuels (26), un second groupe de tubes de combustion individuels (16) et un groupe de tubes de liaison pour relier chaque tube individuei (26) du premier groupe à un tube individuei correspondant (16) du second groupe de telle façon que les gaz de combustion s'écoulant à travers le second groupe de tubes de combustions individuels (16) s'écoulent en sens inverse des gaz de combustion s'écoulant à travers le pre- mier groupe de tubes de combustion individuels (26). 3.- Appareii pour fournir de la chaleur à un système de réfrigération à absorption suivant la revendication 2 caractérisé en ce que l'enveloppe comprend un premier passage (27) pour le premier groupe de tubes de combustion individuels (26) et un second passage (17) pour le second groupe de tubes de combustion individuels (16). 4.- Appareil pour fournir de la chaleur à un systè- me de réfrigération à absorption suivant la revendication 3 caractérisé en ce que le premier passage (27) est situé au-dessus du second passage(17) de telle façon que la solu- tion d'absorbant pénètre dans le premier passage (27) et s'écoule dans une direction opposée à celle des gaz de com- bustion s'écoulant à travers le premier groupe de tubes de combustion individuels (26), cette solution pénétrant en- suite dans le second passage (17) qui inverse la direction de l'écoulement de la solution d'absorbant à travers lui. 5.- Un échangeur de chaleur à chauffage direct pour réaliser un échange de chaleur entre un gaz et un liquide caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe (30), une pluralité de tubes (16,26) passant à travers cette enveloppe (30), chacun de ces tubes étant traversé par des gaz de combustion s'écoulant à travers lui, un canal d'écoulement (27,17) généralement parallèle aux tubes pour enfermer à l'intérieur les tubes, ce canal d'écoulement ayant un orifi- ce d'entrée (14) pour diriger l'écoulement du liquide à travers le canal d'écoulement et un orifice de sortie (38) pour évacuer le liquide à partir du canal d'écoulement, et une pluralité de plaques espacées (22,34) disposées dans le canal d'écoulement(27,17) perpendiculairement à la direction de l'écoulement du liquide dans ce canal, ces plaques étant alternativement fixées à la partie inférieure du canal In d'écoulement et espacées de cette partie inférieure de telle façon que le liquide s'écoule en dessous et au-dessus des plaques alternées (22,34). 6.- Un échangeur de chaleur à chauffage direct pour réaliser un échange de chaleur entre un gaz et un liquide suivant la revendication 5 caractérisé en ce que l'écoule- ment du liquide à travers le canal d'écoulement (27,17) s'effectue dans une direction opposée à la direction de l'écoulement des gaz à travers les tubes. ln