Brevet FR2234540A1 — publié le 19750117

L'invention est relative aux installations de refroidissement d'eau, dans lesquelles l'eau à refroidir est directement en contact avec de l'air de refroidissement. De telles installations peuvent comporter des plaques de ruissellement verticales ou des dispositifs à matières al vélaires de remplissage sur lesquels ruisselle l'eau à refroidir, l'air de refroidissement circulant dans les passages délimités par lesdites plaques ou dans les alvéoles des matières de remplissage. De telles installations peuvent également comporter des dispositifs répartiteurs engendrant une pluie avec l'eau à refroidir, cette pluie tombant dans l'écoulement d'air de refroidissement. De toute façon, l'air qui est extrait de ces installations est saturé d'eau, à la fois sous forme de vapeur d'eau et sous forme de gouttelettes d'eau. Cet air saturé est rejeté à l'atmosphère, ce qui ne présente généralement pas d'inconvénients en été car l'atmosphère ambiante a une capacité importante d'absorption de l'humidité; par contre, en demi-saison et en hiver, ce rejet d'air saturé dans l'atmosphère ambiante présente des inconvénients importants car le mélange de l'air saturé avec l'atmosphère ambiante provoque des condensations sous forme de gouttelettes, qui engendrent des panaches blancs surmontant l'installation, des pluies sur le voisinage, et même du verglas par temps de gel. I1 est donc certain que cette pollution sera -de moins en moins tolérée, notamment dans les agglomérations, en raison du microclimat défavorable ainsi créé. Pour remédier à cet inconvénient, on- a proposé de disposer, dans l'écoulement d'air saturé extrait de l'installation, un échangeur de chaleur destiné à dessécher cet air. A cet effet, on a eu recours à une disposition consistant à alimenter cet échangeur par tout ou partie de l'eau à refroidir, avant son passage dans la partie de l'installation où elle se trouve en contact avec l'air de refroidissement; cependant, cette disposition présente une efficacité réduite du fait de l'écart relativement faible entre la température de l'eau à refroidir et la température de l'air saturé. Pour obtenir une efficacité suffisante, il faudrait prévoir de très grandes surfaces d'échanges, ce qui conduirait à un échangeur de chaleur beaucoup trop encombrant. De plus, l'échangeur de chaleur disposé dans l'écoulement d'air saturé extrait de l'installation s'encrasse rapidement, surtout par entatrage provoqué par les gouttelettes d'eau se trouvant dans cet air saturé L-'invention a pour but de remédier aux inconvénients évoqués ci-dessus. L'installation conforme à l'invention comporte une partie humide dans laquelle l'eau à refroidir est en contact avec l'air de refroidissement qui est- mis en circulation par des moyens générateurs d'uoedifférence de pression, et elle est caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre, au moins un échangeur de chaleur disposé dans-un passage reliant l'atmosphère à la sortie de la partie humide de l'installation, ce passage étant--disposé de-telle sorte qu'il se produise un écoulement d'air extérieur, aspiré par effet d'induction ou de dépression dû à la circulation d'air de refroidissement. De préférence, -des moyens mélangeurs sont prévus pour obtenir un mélange entre l'écoulement d'air saturé et l'écoulement d'air extérieur. On conçoit alors que l'écoulement d'air extérieur subit un réchauffement notable dans l'échangeur de chaleur et qu'il peut ainsi dessécher 1'air--saturé sortant de la partie humide de l'installation; finalement, l'air rejeté à l'extérieur présente un degré d'humidité fortement diminué, ce qui diminue, voire même élimine, les risques de condensation. Selon une disposition avantageuse de l'invention, l'échangeur de chaleur est un échangeur à faisceau tubulaire alimenté par tout ou partie de l'eau à refroidir, avant son passage dans la partie humide; cette disposition permet d'obtenir uneefficacité généralement satisfaisante de l'échangeur du fait que l'écart entre l-a température de Zeau à refroidir et la température de l'air extérieur est relativement grand, en tout cas beaucoup plus grand que l'écart de tenpérature entre l'eau à refroidir et l'air saturé. Il n'est donc pas nécessaire de prévoir de très grandes surfaces d'échanges et l'on est conduit à un échangeur dont l'encombrement est compatible avec une disposition en aval de la partie humide de l'installation. Dans certaines applications, on pourrait d'ailleurs diminuer les surfaces d'échanges pour obtenir échangeur de chaleur logeable dans des dimensions données, le fluide circulant dans cet échangeur de chaleur pouvant alors être un fluide spécial plus chaud que l'eau à refroidir. L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont relatifs à des modes de réalisation préférés de l'invention et ne comportent bien entendu aucun caractère limitatif. La figure 1, de ces dessins, est une coupe schématique d'une installation établie conformément à un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une coupe schématique -d' une installation établie conformément à un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 3 est une coupe schématique d'une installa tic établie conformément à un troisième mode de réalisation de l lnvention. La figure 4 est une-coupe selon IV-IV figure 3. La figure 5 est une coupe selon V-V figure 6. La figure 6 est une coupe horizontale d'une installa ticjn établie conformément à un quatrième mode de réalisation de 1 t invention. Les figures 7 et 8 sont deux coupes schématiques dtune installation établie conformément à un cinquième mode de réalisation de l'invention. L'installation de refroidissement montrée sur les figures 1, 2, 3 et 5, est destinée à refroidir de l'eau par contact direct avec de l'air de refroidissement. il peut s'agir d'une-eau circulant, grace à une pompe P, en circuitfermé et destinée par exemple à refroidir un groupe de machines M. L'installation comporte une partie humide, que l'on supposera être constituée par des plaques de ruissellement verticales 1 sur lesquelles ruisselle de l'eau à refroidir amenée sur lesdites plaques de ruissellement 1 par des dispositifs d'alimentation appropriés 2, qui peuvent être constitués par des goulottes à débordement ou à aspersion. Entre ces plaques de ruissellement verticales 1 circule de l'air de refroidissement qui est mis en circulation par des moyens générateurs d'une différence de pression qui peuvent comprendre un ventilateur 3 actionné par exemple par moteur électrique 4. Ceci étant et conformément à l'invention, l'installation comporte en outre, au moins un échangeur de chaleur 7 disposé dans un passage 5 reliant l'atmosphère ambiante à la sortie 6 de la partie humide de l'installation~, ce passage 5 étant disposé de telle sorte qu'il se produise un écoulement d'air extérieur, aspiré par effet d'induction ou de dépression dû à la circulation d'air de refroidissement. De préférence des moyens mélangeurs, désignés d'une façon générale par le chiffre de référence 8,- sont prévus pour obtenir un mélange entre l'écoulement d'air saturé et l'écoulement d'air extérieur. Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 1, l'échangeur de chaleur 7 est un-échangeur à faisceau tubulaire, le fluide circulant dans cet échangeur de chaleur 7 étant un fluide spécial, plus chaud que l'eau à refroidir; ce fluide spécial peut être réchauffé dans un réchauffeur R et circuler sous l'action d'une pompe Q. Ce mode de réalisation convient particulièrement bien lorsque l'échangeur de chaleur 7 doit être logé dans des dimensions données, comme cela peut être le cas lorsqu'il~~sKagit de transformer une installation existante; en adoptant une température convenable du fluide circulant dans cet échangeur de chaleur 7, on peut donc diminuer les surfaces d'échanges pour obtenir un échangeur logeable dans des dimensions données. Sur la figure 1, l'installation représentée est une installation classique qui comporte au niveau de la sortie 6 de la partie humide un bâti 9 se prolongeant vers le haut par un divergent 10, le ventilateur 3 étant logé à l'entrée de ce divergent 10. Le passage 5 reliant l'atmosphère ambiante à-la sortie 6 de la partie humide de l'installation~est alors ménagé dans le bâti 9; ce passage 5 peut être constitué par des ouvertures opposées, chaque ouverture etant munie d'un volet 11 pouvant occuper, soit une position fermée (auquel cas l'installation fonctionne comme une installation classique sans écoulement d'air extérieur, ce qui est par exemple le cas en été), soit une position ouverte (comme montré sur la figure 1) et pour laquelle il se produit un-écoulement d'air extérieur, ledit volet Il dans sa position ouverte facilitant l'aspiration de cet écoulement d'air extérieur par effet d'induction dû à l'écoulement d'air saturé Dans une installation établie comme il vient d'être dit, les moyens mélangeurs 8 peuvent être constitués par le ventilateur 3. Cependant, lorsqu'il s'agit de concevoir directement une installation conforme à la présente invention, on peut avoir recours aux modes de réalisation illustrés sur les figures 2 et 3. L'échangeur de chaleur 7 est un échangeur à faisceau tubulaire alimenté par 1'eau à refroidir avant son passage dans la partie humide de 1'installation. A cet effet, et comme montré sur la figure- 2, le passage 5 peut être constitué par plusieurs ouvertures opposées disposées de part et d'autre d'un dispositif à fentes annulaires 12; ce dispositif à fentes annulaires 12 peut être constitué par plusieurs conduits tronconiques 13 emboîtés les uns dans les autres et convergeant vers le haut. Le ventilateur 3 est alors avantageusement disposé à la base du conduit tronconique le plus proche de la partie humide de l'installation. Un conduitconvergent - divergent 14 est disposé -au-delà du conduit tronconique 13 le plus éloigné de la partie humide de l'installation. Un tel dispositif à fentes 12 et à conduit convergentdivergent 14 permet, d'une part, d'obtenir un effet d'induction efficace dû à l'écoulement d'air saturé, et, d'autre part, de constituer simplement les moyens mélangeurs 8 entre l'écou- lement d'air saturé et l'écoulement d'air extérieur. De plus, un tel dispositif joue un rôle de silencieux et permet de diminuer considérablement le niveau sonore de l'installation. Mais on pourrait également avoir recours à une forme d'exécution telle que celle montrée sur la figure 3, et en coupe sur la figure 4; cette forme d'exécution est plus particulièrement relative à une installation présentant une section rectangulaire et comportant éventuellement plusieurs ventilateurs 3. Le passage 5 reliant l'atmosphère ambiante à la sortie 6 de la partie humide de l'installation peut être constitué par des ouvertures ménagées sur les côtés longitudinaux de ladite installation; entre ces ouvertures, on dispose alors un conduit cylindrique 15 dans lequel se trouve disposé un ventilateur 3 au niveau de l'extrémité dudit conduit -15 qui est la plus proche de la partie humide. L'extrémité de ce conduit 15 qui est la plus éloignée de la partie humide comporte un raccordement à une série de convergents 16 présentant des sections rectangulaires orientées transversalement par rapport à la section rectangulaire de l'installation. Au-dessus de ces convergents 16 on dispose un conduit convergent - divergent -17. L'air saturé sortant par les conduits convergents produit un effet d'induction efficace et engendre un écoulement d'air extérieur qui vient se mélanger dans le conduit convergent divergent 17, l'ensemble formé par les conduits convergents 16 et le conduit convergent - divergent 17 constituant alors les moyens de mélange 8. Comme -dans la forme d'exécution de l'inuention illustrée sur la figure 2, on obtient une réduction importante du niveau sonore de l'-installation. Dans les modes de réalisation dont il vient d'êtrequestion et qui sont illustrés sur les figures 1 4, on a supposé que l'installation comportait une partie humide dans laquelle l'écoulement d'air de refroidissement et le ruissellement de l'eau à refroidir s'effeciuaent dans le même sens, c'est-àdire dans le sens vertical. On va maintenant décrire un autre mode de réalisation de l'invention, illustré sur les figures 5 et 6 et qui est re latif à une installation dans laquelle la partie humide est du type à écoulement croisés,c'est-à-dire -l'eau à refroidir ruisselle de haut en bas alors que l'écoulement d'air de refroidissement est horizontal. Dans une telle installation, on peut disposer plusieurs batteries de plaques de ruissellement autour du dispositif ventilateur. Le passage 5 reliant l'atmosphère ambiante à la sortie 6 de la partie humide de l'installation ainsi établie peut alors être constitué par des ouvertures subsistant entre chaque batterie de plaques de ruissellement. Dans chacune de ces ouvertures, on dispose ltéchangeur de chaleur 7 et on prévoit, en aval dudit échangeur de chaleur 7,unuSet 18 pouvant occuper soit une position fermée (auquel cas l'installation fonctionne comme une installation classique sans écoulement d'air extérieur, ce qui est par exemple le cas en été), soit une position ouverte (comme montré sur les figures 5 et 6 > et pour laquelle il se produit un écoulement d'air extérieur. Dans une installation établie comme il vient d'être dit, les moyens mélangeurs 8 peuvent être constitués par le ventilateur 3. Les modes de réalisation décrits jusqu'à présent montrent une installation dans laquelle des moyens générateurs d'une différence de pression sont constitués par un dispositif ventilateur aspirant l'air de refroidissement à travers la partie humide. Suivant des variantes,non représentées, les moyens générateurs d'une différence de pression pourraient être constitués par un dispositif ventilateur refoulant l'air de refroidissement à travers la partie humide. On va enfin décrire un autre mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures 7 et 8 et qui est relatif à une installation dans laquelle les moyens générateurs d'une différence de pression pour créer une circulation d'air de refroidissement sont constitués par une cheminée 19 dont la section va en se rétrécissant vers le haut, une telle cheminée présentant de préférence un profil hyperbolique. Dans une telle installation, sur laquelle les-mêmes chiffres de référence désignent les mêmes organes que sur les figures précédentes,on peut agencer la partie humide suivant une disposition à écoulements parallèl ou à écoulements croisés. Sur la figure 7,on a supposé que la partie humide était de type à écoulements parallèles,c'est-à-dire que l'eau à refroidir ruisselle de haut en bas, alors que l'écoulement d'air de refroidissement est dirigé de bas en haut. Dans cette installation, on peut disposer les plaques de ruissellement sur la majeure partie de la section inférieure de la cheminée 19; dans ces conditions le passage 5 reliant l'atmosphère ambiante à la sortie 6 de la partie humide de l'installation ainsi établie peut alors être constitué par 1? ouverture annulaire subsistant entre les plaques de ruissellement et le bord de la cheminée 19. Dans une telle ouverture annulaire, on dispose l'échangeur de chaleur 7 qui peut être constitué ou bien par un faisceau de tubes concentriques ou bien par plusieurs batteries d'échangeurs. Sur la figure 8, on a supposé que la partie humide était de type à écoulements croisés, c'est-à-dire que l'eau à refroidir ruisselle de haut en bas, alors que l'écoulement d'air de refroidissement est horizontal. Dans cette installations on peut disposer plusieurs batteries de plaques de ruissellement autour de la base de la cheminée 19; dans ces conditions le passage 5 reliant l'atmosphère ambiante à la sortie 6 de la partie humide de l'installation ainsi établie peut alors être constitué par des ouvertures subsistant entre chaque batterie de plaques de ruissellement. Dans chacune de ces ouvertures, on dispose l'échangeur de chaleur 7 et on prévoit, en amont dudit échangeur de chaleur 7, des volets 20 pouvant occuper soit une position fermée (auquel cas l'installation fonctionne comme une installation classique sans écoulement d'air extérieur, ce qui est par exemple le cas en été}, soit une position ouverte (comme montré sur la figure 8) et pour laquelle il se produit un écoulement d'air extérieur. Dans une installation établie comme il vient d'être dit, les moyens mélangeurs 8 sont constitués par les moyens générateurs d'une différence de pression, c'est-à-dire par la cheminée hyperbolique 19. Finalement, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose d'une installation de refroidissement qui présente un certain nombre d'avantages, parmi lesquels on peut citer ceux résumés parles points suivants - l'air saturé est déshumidifié par mélange avec un écoulement d'air extérieur réchauffé, ce qui évite les inconvénients-dus au rejet dans l'atmosphère ambiante; - le réchauffage de l'écoulement d'air extérieur est obtenu gracie aux apports calorifiques de l'eau à refroidir, ce qui provoque un pré-refroidissement de cette eau et permet de diminuer les dimensions de la partie humide de l'appareil; - le niveau sonore de llnstallation est réduit et on obtient un effet directif, généralement vers le haut, dû aux effets d'induction et de mélange. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Installation de refroidissement d'eau, comportant une partie humide dans laquelle l'eau à refroidir est en contact direct avec l'air de refroidissement, et des moyens générateurs d'une différence de pression pour mettre en circulation cet air de refroidissement, caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre, au moins un échangeur de chaleur (7) disposé dans un passage (5) reliant l'atmosphère ambiante à la sortie (6) de la partie humide de l'installation, ce passage (5) étant disposé de télle sorte qu'il se produise un écoulement d'air extérieur, aspiré par effet d'induction ou de dépression dû à la circulation d'air de refroidissement. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que des moyens mélangeurs (8) sont prévus pour obtenir un mélange entre l'écoulement d'air aspiré et l'écoulement d'air extérieur. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que l'échangeur de chaleur (7) est-un échangeur à faisceau tubulaire. 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée par le fait que l'échangeur de chaleur (7) est alimenté par tout ou partie de l'eau à refroidir avant son passage dans la partie humide. 5. Installation selon la revendication 3, caractérisée par le fait que l'échangeur de chaleur (7) est alimenté par un fluide spécial plus chaud que l'eau à refroidir. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que le passage (5) peut être constitué par une ou plusieurs ouvertures muhies chacune d'un dispositif à volets (11, 18y20) pouvant occuper, soit une position fermée, soit une position ouverte. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que le passage- (5) peut être constitué par plusieurs ouvertures disposées de part et d'autre d'un dispositif à fentes annulaires (12). 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée pa-r lefait que le passage (5) peut être constitué par plusieurs ouvertures disposées de part et d'autre d'une série de convergents (16). 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que les moyens mélangeurs (8) sont constitués par les moyens générateurs d'une différence de pression. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que les moyens mélangeurs (8) sont constitués par un dispositif à fentes (12) et/ou par une série de convergents (16). Il Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée par le fait que la circulation d'air de refroidissement et la circulation d'eau à refroidir sont verticales. 12. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée par le fait que la circulation d'air de refroidissement est horizontale et la circulation d'eau à refroidir est verticale. 13. Installation selon la revendication 12 comportant plusieurs batteries de plaques de ruissellement disposées autour des moyens générateurs d'une différence de pression caractérisée par le fait que le passage (5) est constitué par les ouvertures existant entre chaque batterie de plaques de ruissellement. 14. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée par le fait que les moyens générateurs d'une différence de pression sont constitués par un dispositif ventilateur 15. Installation selon la revendication 14, caractérisée par le fait que le dispositif ventilateur est agencé pour aspirer l'air de refroidissement à travers la partie humide. 16. Installation selon la revendication 14, caractérisée par le fait que ie dispositif ventilateur est agencé pour refouler l'air de refroidissement à partir de la partie humide. 17. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée par le fait que les moyens générateurs d'une différence de pression sont constitués par une cheminée.