Brevet FR2103396A1 — publié le 19720414

i 2103396 La présente invention concerne un dispositif destiné aux tours de refroidissement par évaporation, pour le refroidissement de l'eau par l'air, avec parois à ruissellement, le long desquelles l'eau ruisselle, et entre lesquelles passe l'air. Les tours de refroidissement par évaporation employées dans des régions pauvres en eau, en vue de l'évacuation de la chaleur perdue de centrales thermiques, comportent différentes chicanes pour la répartition de l'eau à re-10 froidir. Ges chicanes sont disposées horizontalement ou verticalement, sont constituées en métal, en matière synthétique ou en matière céramique, et sont établies sous la forme de plaques, de grilles ou d'éléments spatiaux. Le résultat recherché est une grande surface d'eau, afin de favoriser l'échange thermique et 15 le changement d'état (c'est-à-dire 11évaporation de l'eau), tout en réduisant la résistance au passage de l'air. La plupart des tours de refroidissement fonctionnent d'après le principe du courant croisé ou du contre-courant, parfois une combinaison des deux principes. 20 On connaît également des chicanes consti tuées en tissu grossier à treillis (brevet République d'Allemagne Fédérale n° 1 255 294), imprégné d'une matière synthétique durcissable, ce qui a pour effet d'obturer en partie les mailles du tissu. Ceci signifie pratiquement qu'un film de liquide se 25 forme sur chacune des deux faces des chicanes, mais que seule la face extérieure de ce film est soumise au refroidissement. Lîin-venteur est sans doute conscient de cet inconvénient, car il y a lieu d'attacher de l'importance à la conformation rugueuse de la surface, dans le but de freiner l'écoulement de l'eau. Les déni-pO vellations, en particulier les points nodaux du tissu, favorisent la formation de gouttes, lesquelles se détachent du film de liquide et sont entraînées par le courant d'air. Ceci signifie une perte d'eau importante et, de plus, un moindre effet réfrigérant, parce que l'air subit un réchauffage complémentaire par les goûtai? tes entraînées, et assure par conséquent moins efficacement le refroidissement de l'eau qui ruisselle. En outre, la rugosité et l'inégalité de la surface à ruissellement ne permettent pas d'obtenir une épaisseur de film uniforme. Il s'ensuit que le refroidissement du liquide n'est pas uniforme0 7130072 2 2103396 L'inconvénient du refroidissement du côté extérieur seulement du film de liquide, soit du film à double épaisseur, se présente également dans le cas de plaques à ruissellement (brevet République d'Allemagne Fédérale n° 1 196 218), 5 ce résultat ne pouvant guère être amélioré par la perforation des plaques. Il est vrai que lorsque, au lieu de plaques, on emploie un treillis tressé, il se forme d'abord, la répartition du liquide étant adéquate, un film continu, lequel se rompt toutefois aussitôt en raison des points nodaux présents 10 dans le treillis, ce qui entraîne la formation d'agglomérations "filamenteuses" du liquide, ainsi que de vides dans le treillis, c'est-à-dire un refroidissement peu économique et une utilisation inadéquate des chicanes* Un autre problème consiste à répartir le 15 liquide à refroidir sur toute la largeur d'un élément rapporté, de manière à obtenir un film de liquide uniforme. Il est connu de prévoir, au bord supérieur d'une plaque rapportée une rigole de répartition d'eau (brevet République d'Allemagne Fédérale n° 1 253 29^) qui présente deux rangées d'orifices des-20 tinés à alimenter les deux faces de la plaque. L'inconvénient de cette disposition consiste en ce que, par suite de la répartition de l'eau en plusieurs jets, qui ruissellent librement le long de la plaque, on n'obtient pas encore un film de liquide continu. A cela s'ajoute le risque d'encrassement et d'obstrue— 25 tion, qui est particulièrement sérieux dans le cas d'orifices de petit diamètre0 11 est, en outre, connu (brevet République d'Allemagne Fédérale n° 1 196 218) d'établir le bord supérieur d'un treillis de ruissellement sous la forme d'arêtes d'écoule-50 ment. Pour pouvoir produire, avec un tel dispositif, un film d'eau s'étendant sur toute la largeur, il faut que le bord formant, l'arête d'écoulement soit usiné d'une façon précise et soit disposé d'une manière parfaitement horizontale, ce qui exige une mobilisation de moyens qui n'est plus en proportion avec le but 55 poursuivi. Ou bien, il serait nécessaire de noyer l'arête par une masse d'eau, ce qui ne permettrait pas d'obtenir un film minceo Aucune des solutions connues concernant les chicanes ne garantit la formation d'un mince film de liquide COPY 71 30072 5 2103396 d'épaisseur uniforme, qui se déplace avec une vitesse uniforme jusqu'à l'extrémité inférieure des chicanes0 Le film devient non uniforme et se rompt, de sorte que des parties des surfaces à ruissellement demeurent inutilisées, que.des gouttes se dé-5 tachent et constituent une perte, et que l'effet réfrigérant n'atteint pas l'optimum possible. L'invention se propose d'assurer la formation dlun film d'eau d'épaisseur uniforme, qui demeure uni . jusqu'à l'extrémité inférieure de la paroi à ruissellement, qui 10 ruisselle avec une vitesse de chute uniforme, qui est léché par l'air sur ses deux faces, et qui, grâce à sa stabilité, empêche le dégagement de goutte s,, Le but recherché par l'invention est atteint en ce que chaque paroi à ruissellement présente un dé-15 flecteur vertical, à l'extrémité inférieure duquel se raccordïe une grille de faible épaisseur, constituée par des barreaux dispoés verticalement et horizontalement, et en ce que l'eau à refroidir vient frapper le déflecteur en un jet libre provenant d'au moins un tube d'amenée, sous vin angle aigu, le nombre des 20 tubes d'amenée étant fonction de la largeur de la paroi à ruissellement. La grille à barreaux assure un film d'eau mince qui, malgré la grande turbulence, demeure uni et ne se rompt pas. On évite le dégagement de gouttes, bien que l'air 2? lèche sans entrave les deux faces du film. Ce résultat favorable se maintient même lorsque la paroi à ruissellement présente une certaine inclinaison ; d'autre part, la surface disponible de la paroi à ruissellement est utilisée au mieux. Grâce au dispositif suivant l'invention, les valeurs caractéristiques 50 de l'échange thermique et du changement d'état peuvent être améliorées, cela pour une résistance égale, voire moindre, de l'air, de sorte que, pour une même puissance calorifique, on peut réduire les dimensions géométriques de la tour de refroi-• dissement et donc, aussi, le prix de revient de celle-ci. Lors-55 que la tour présente des dimensions plus réduites, le travail de pompage est également moindi^ parce que la distance entre les réservoirs à eau supérieur et inférieur est moins élevée. Les parois à ruissellement peuvent être établies d'une manière très simple, et n'exigent aucun entretien ; l'amenée et la 4COPY 71 30072 4 2103396 répartition de l'eau n'exigent pas de moyens spéciaux et fonctionnent d'une manière fiable. En divisant les parois à ruissellement en éléments distincts de faible largeur, on obtient un poids réduit, ce qui facilite le montage et le démontage® ^ Des exemples de réalisation de l'invention sont représentés d'une manière schématique sur les dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue latérale d'un fragment d'une paroi à ruissellement avec amenée d'eau ; 10 figure 2 représente le même fragment en vue frontale ; la figure 3 est une vue en plan d'une tour de refroidissement en coupe horizontale0 Conformément aux figures 1 et 2, une paroi 15 à ruissellement se compose d'un déflecteur 1, au bord inférieur 2 duquel est fixée, d'une manière appropriée, une grille constituée par des barreaux verticaux continus 3 et des barreaux horizontaux 4, également continus» Venant d'un réservoir 5 - par exemple une rigole de répartition d'eau - l'eau se di— 20 rige à travers le tube d'amenée 6, orienté sous un angle aigu a, sur le déflecteur 1, où elle se répartit sur une zone d'une largëur déterminée et ruisselle sur la grille. Les barreaux de la grille peuvent consister, par exemple, en métal, en matière synthétique ou en matière- cé-25 ramique, et être réunis les uns aux autres par soudage, soudage par points, collage ou frittage ; ils ne doivent cependant pas être tressés entre eux, car ceci aboutirait à la rupture du film d'eau» Les barreaux peuvent avoir une section circulaire ou quadrangulaire, ou présenter n'importe quel autre profil appro-30 prié. On a constaté que, par exemple, des barreaux ronds d'un diamètre de 1,5 mm, avec une largeur de maille de 10 x 10 mm, permettent de former un film d'eau continu qui atteint une vitesse de ruissellement de 0,3 m/sec environ» Le jet d'eau qui vient frapper le déflec-35 teur 1 se répartit sur une certaine largeur, ainsi qu'il est indiqué par les lignes de courant 7- Cette largeur dépend principalement de l'angle d'incidence du jet d'eau et de la pression sous laquelle le jet s'échappe du tube d'amenée 6. Plus grand est l'angle que forme avec la verticale la direction sous. 40 laquelle le jet vient frapper le déflecteur, et plus grande 71 30072 5 2103396 est la largeur sur laquelle l'eau se répartit. Le maximum est atteint au voisinage de l'angle droit. L'espacement des tubes d'amenée doit également être adopté en fonction de la laegeur à obtenir. Lorsque 5 ces tubes sont trop rapprochés, les films se chevauchent mutuellement et il se forme des accumulations d'eau qui se prolongent jusqu'en bas et dans lesquelles l'eau se refroidit insuffisamment. Lorsque les tubes sont trop écartés les tins des autres, les films d'eau ne se touchent plus, et il reste entre etix des 10 bandes de parois à ruissellement exemptes d'eau. Le coefficient d'utilisation des parois à ruissellement disponibles, et donc aussi de l'espace, est défavorable, et l'air passant entre les parois à ruissellement ne peut pas refroidir l'eau à un degré optimal. 15 Des essais ont montré qu'avec un niveau de pression de 4 mètres, il s'échappe d'un tube d'amenée d'un diamètre intérieur de 20 mm un débit d'eau de 2 kg/sec environ, qui, avec un angle d'incidence de 60°, se répartit uniformément en une largeur de 1 m sur le déflecteur et la grille qui lui fait 20 suite. La paroi à ruissellement peut être subdivisée en bandes dont la largeur est déterminée par la répartition de l'eau ajustée en fonction de chaque cas particulier - ; mais chacun de ces éléments indépendants peut aussi présenter une largeur 25 double ou multiple, avec un nombre correspondant de tubes d'amenée. L'air peut être conduit en courant croisé ou en contre-courant avec l'eau ruisselante, le but recherché étant toujours de créer une turbulence dans l'air, afin d'assurer un 30 échange thermique et un changement d'état favorables. Dans le cas de courant croisé, les parois à ruissellement sont disposées pratiquement dans le sens radial dans la tour de refroidissement. L'air afflue sur toute la périphérie de la tour vers l'intérieur, en direction de l'axe de celle-ci, en léchant la surface du film 35 d'eau. La disposition des parois à ruissellement peut être conforme à différentes configurations géométriques, ainsi qu'on le voit sur la figure 3, les parois étant subdivisées en éléments individuels dans tous les exemples de réalisation ; elles peuvent cependant être constituées en une pièce dans certains cas. 71 30072 6 2103396 Le groupe A comporte une disposition purement radiale des parois à ruissellement» Les éléments distincts formant le groupe B sont également orientés dans le sens radial ; toutefois ils ne sont pas alignés, mais dispo-5 sés en quinconce, la turbulence de l'air étant ainsi accrue, ce qui augmente l'effet de refroidissement, tout en n'augmentant que légèrement la résistance à l'écoulement. Ceci s'applique dans une plus grande mesure au groupe C par lequel les éléments individuels sont disposés en zigzag. Le groupe D 10 présente une disposition en spirale, qui offre l'avantage que les canaux pour le flux d'air peuvent présenter tous la même section de passage, alors que, dans les autres cas, les sections respectives des canaux vont en diminuant de l'extérieur ^ers l'intérieur.» 15 Le fonctionnement d'après le principe du contre-courant permet également d'adopter différentes dispositions pour lesquelles les intervalles entre parois à ruissellement voisines sont toujours petits, afin de forcer l'air à entrer en contact très intime avec l'eau. 71 30072 7 2103396 H E 7 £ I D I G A î I Q M S 1. Dispositif destiné aux tours de refroidissement par évaporation, pour le refroidissement de l'eau par l'air, avec parois à ruissellement, le long desquelles l'eau ruisselle et entre lesquelles passe l'air, caractérisé en ce que chaque paroi à ruissellement présente un déflecteur vertical (1), à l'extrémité inférieure (2) duquel se raccorde une grille de faible épaisseur, constituée par des barreaux (3»4-) disposés verticalement et horizontalement, et en ce que l'eau à refroidir vient frapper le déflecteur (1) en un jet libre provenant d'au moins un tube d'amenée (6), sous un angle aigu, le nombre des tubes d'amenée (6) étant fonction de la largeur de la paroi à ruissellement» 2. Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que chaque paroi à ruissellement ne présente de préférence qu'une largeur affectée à un tube d'amenée (6), les éléments indépendants étant disposés dans la tour de refroidissement suivant une configuration géométrique.