Brevet FR2216540A1 — publié le 19740830

La présente.invention se rapporte aux réfrigérants d'eau du genre servant à assurer le refroidissement d'eau par échange tnermique avec de l'air à température' atmosphérique. Ces réfrigérants comportent, d'ordinaire, un conduit souvent allongé en direction verticale, avec une entrée d'air inférieure et une' sortie d'air supérieure, un faisceau de surfaces de ruissellement, perméable à l'air et garnissant une partie du volume intérieur du conduit, et un distributeur d'eau, situé au-dessus du garnissage, pour répartir en fines gouttelettes -lteau à refroidir, aussi uniformément que possible, sur toute la surface occupée en plan par ceiui-ci. En service, l'eau ruisselle en chute libre du haut en bas du garnissage, cède sa chaleur par échange thermique à contre-courant, avec de l'air qui circule à l'intérieur du conduit, soit par tirage naturel, auquel cas le conduit fonctionne à la manière d'une cheminée à air, soit par tirage forcé, effectué au moyen d1 un ventilateur ou soufflante. L'invention se rapporte à ceux de ces réfrigérants qui fonctionnent par tirage forcé, et pour lesquels, par conséquent, il ntest pas nécessaire -d'avoir un conduit d'air vertical, bien que cette disposition, la plus fréquente, soit celle que l'on va adopter dans la description qui va suivre. Les réfrigérants d'eau connus à tirage forcé sont de plusieurs types, Le plus répandu de ces types emploie un ventilateur laélico- lde situé du côté sortie du-conduit d'air (en haut de la cheminée dans le cas d'un conduit vertical) et en aval d'un -séparateur de gouttes. Celui-ci est composé d'une multiplicité de lames ondulées situées côte à côte, qui forment entre elles pour l'air sortant des veines de circulation sinueuses, et sur lesquelles l'air dépose les gouttelettes d'eau dont-il s'est chargé en traversant le gar plissage de surfaces de ruissellement.Cette aisposition, généralement très bruyante, permet cependant de réduire l'encombrement au sol, par rapport à un autre type, qui emploie un ventilateur centrifuge foulant, situé à l'entrée du conduit, et dont l'encombre- ment s'ajoute à celui de ce dernier. Ce deuxième type utilise également un dispositif d'égouttage tel que décrit ci-dessus. Une troisième disposition connue de réfrigérant d'eau à tirage forcé comporte le montage, Juste avant l'extrémité de sortie du conduit, d'au moins un ventilateur centrifuge de type usuel, avec volute, La présence de la volute conduit à disposer l'axe du ventilateur perpendiculairement à l'axe de circulation d'air dans l'enveloppe du réfrigérant. L'air, qui se déplace vers le ventilateur, le long de l'enveloppe, fait donc un coude à 900 pour y pénétrer axialement. Du fait de l'encombrement de cet appareil, le diamètre de roue est sensiblement plus faible que le diamètre moyen de l'enveloppe de réfrigérant.En particulIer, la présence de la volute conduit à restreindre les orifices d'entrée et de sortie du ventilateur. L'air circule donc dans le ventilateur à une vitesse très supérieure à la valeur requise le long du réfrigérant, et il en résulte des pertes de rendement -sous forme d'énergie cinétique. La présente invention a pour objet de perfectionner les réfrigérants du genre sus-visé. Pour réduire à la fois l'encombrement au sol et le niveau de bruit, sans pour autant nuire au rendement, elle propose, en vue d'assurer la circulation forcée de l'air dans le réfrigérant, un ventilateur aspirant radial, consistant en une simple roue montée suivant un axe parallèle à celui du conduit de réfrigérant, dont l'ouie d'entrée-est ouverte directement au flux d'air circulant dans le conduit, tandis que sa surface de décharge souffle directement dans la partie de conduit située en aval de la roue, ou bien à l'air libre, sans interposition de volute. On pourrait obtenir pour l'air un parcours de circulation à peu près équivalent en montant, à l'extrémité du conduit, un ou plusieurs ventilateurs du type mortier, montés sur axe perpendiculaire à celui du conduit, c'est-à-dire sur axe horizontal dans le cas d'une cheminée d'air à axe vertical. Mais la roue de ventilateur à circulation radiale que propose l'invention permet de mieux tirer parti de ltespace délimité par le conduit et d'augmenter au maximum le diamètre de l'appareil dans les limites disponiblesss ce qui abaisse le niveau de bruit et réduit les pertes dissipées en énergie cinétique, du fait que la vitesse de l'air dans le venti- lateur n'est que peu supérieure à celle qui règne dans le conduit du réfrigérant. Un ventilateur à entrée d'air axiale et sortie d'air radiale centrifuge convient aux buts de l'invention. I1 en est de même d'un ventilateur à entrée d'air radiale centripète et à sortie a'air axiale. Les roues hélico-centrifuges ou hélico-centripètes sont elles aussi utilisables aux fins de l'invention. selon un autre perfectionnement, l'invention se propose de tirer parti de l'effet centrifuge du ventilateur, et d1 en utili-ser les aubes comme surfaces de recueil des gouttelettes que contient l'air humide à sa sortie du garnissage de ruissellement. Que la circulation d'air au sein du ventilateur soit centrifuge ou centripète, l'eau, considérablement plus- dense que l'agir est surtout soumise à l'effet centrifuge des aubes et se trouve projetée par celles-ci contre les parois latérales du conduit, le long desquelles elle retombe jusqu'au bassin-de collectage d'eau rroide, situé à la base du réfrigérant. Ceci permet de se dispenser, en tout ou en partie, du dispositif d'égouttage connu. Avantageusement, les parois de recueil des gouttelettes d'eau, qui entourent le ventilateur radial, sont reveAtues d'un matériau absorbants ou poreux, tel que mousse plastique, coton,-fibre naturelle ou artificielle, ou autre analogue, formant piège à ton et réduisant encore le niveau de bruit. Une autre disposition consiste à mettre, au devant des parois de conduit qui entourent le ventilateur, un écran composé de gouttières verticales, ouvertes vers le ventilateur, pour recevoir les gouttelettes et les conduire vers le bas. Dans le cas d'un ventilateur centripète, la sorte d'air est axiale et ce mode de réalisation de l'invention facilite l'installation d'un aubage redresseur fixe, en aval du ventilateur. Le conduit peut présenter, autour du ventilateur, un élargis- sement ayant pour effet de faciliter la circulation de l'air sortant par la péripnérie-de la roue ou y entrant. On peut avoir intérêt, dans certaines applications, à disposer, en aval de la roue de ventilateur, une cloison ajourée, formée de lames à profil ondulé, situées côte à côte, et servant aussi bien à amortir le son qu a retenir les gouttelettes d'eau que contient l'air sortant et qui auraient échappé à l'effet centrifuge des aubes du ventilateur. Les objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront, par ailleurs de la descriptfon que l'on va en donner ci-après, visant des modes de réalisation choisis à titre d'exemple et représentés sur les dessins annexés. Sur cers dessins la figuré 1 représente, en coupe verticale, axiale, un réfrigérant d'eau à ventilateur d'aspiration centrifuge ; la figure 2 est une vue partielle en plan, avec partie en coupe, de l'appareil de la figure 1, prise suivant la ligne II-I de la figure 1 ; la figure 3 est une vue partielle en coupe verticale axiale d'un autre appareil muni d'un ventilateur d'aspiration centripète; la figure. 4 est une vue en plan, avec partie en coupe > de l'appareil de la figure 3, prise suivant la ligne IV-IV de la fi gure ; les figures 5 et 6, homologues des deux figures précédentes, portent sur un appareil muni d'un ventilateur aval hélico-centripète. Selon le mode de réalisation des figures 1 et 2, une enve- loppe 1, formant conduit vertical ou cheminée, est fermée à sa partir inferieure par un fond 2, pour former bassin de recueil d'eau. Au-dessus du niveau d'eau dans ce bassin, l'enveloppe 1 présente des ouvertures 3 d'entrée dtair, et elle renferme, audessus de ces ouvertuess, un garnissage ou faisceau 4 de surfaces de ruissellement de type connu. Un distributeur 5, formé, par'ex- emple, d'un réseau de tuyaux munis de gicleurs, est disposé audessus du garnissage 4. Ce distributeur, alimenté en eau à refroidir, la répartit aussi uniformément que possible, sous forme de jets finement divisés, sur toute la surface occupée en plan par le garnissage. Au-dessus du distributeur 5, une ossature à claire-Yoidt6 reposant sur les parois de l'enveloppe 1, sert de support à un moteur électrique 7 à axe vertical, qui mène un ventilateur coaxial 8. Le ventilateur 8 est composé d'un flasque horizontal superieur 9, plein, d'un flasque horizontal inférieur 10, qui, présentant une large ouverture centrale, se réduit en fait à un anneau plat, relativement étroit, à bord intérieur 11 coudé vers le bas, et d'aubes verticales 12, qui relient les deux flasques. Immédiatement au-dessous de la roue de ventilateur 8, une cloison horizontale fixe 13, reposant sur l'ossature 6, a une large ouverture centrale égale en dimensions à l'ouverture du flas que inférieur 10,-et 'et présentant, le long de cette ouverture, un coudage 14, dirigé vers le haut, qui recouvre avec jeu le coudage 11 dirigé vers le bas. Un léger intervalle 15 est ménagé entre le bord extérieur de la cloison 13 et la paroi de l'enveloppe 1, laquelle est revue d'une couche 16 de matériau poreux ou absorbant sur toute la partie située au-dessus de l'ossature 6 et autour du ventilateur 8. En service, l'eau répartie par le distributeur 5 retombe sur le garnissage 4 et s'écoule de haut en bas le long des surfaces de ruissellement dont il est composé, pour aboutir au bassin de recueil inférieur. L'air aspiré par les ouvertures 3 circule de bas en naut a travers le garnissage 4 dont les surfaces de ruissellement constituent des surfaces d'échange de cnaleur direct, et cet air, chargé de gouttelettes d'eau, pénètre axialement de bas en haut dans le ventilateur 8, puis en sort en direction centrifuge pour s'échapper en haut de la cheminée, par mouvement axial à composante légèrement centripète (suivant traJet fléché) à travers un espace annulaire résumé entre la roue du ventilateur et la paroi de 1 t enveloppe 1. Du fait de leur densité, les gouttelettes d'eau, qui sortent radialement de la roue par effet centrifuge, ont tendance à poursuivre leur chemin jusqu'au revêtement absorbant 16, au lieu de remonter avec le courant d'air sortant. Cependant, une partie de ces gouttelettes adhèrent à la surface des aubes 12 et augmentent de dimension jusqu a ce que lteRfet centrifuge de la roue les projette sur le revêtement 16. Celui-ci se sature- rapidement et l'eau ainsi recueillie ruisselle le long-de ce revêtement, à travers l'interstice 15, pour retourner au garnissage 4 et/ou au bassin inférieur. Les pertes d'eau sont ainsi évitées sans le secours du dispositif d'égouttage connu, générateur de pertes de charge, et le revêtement absorbant 1o contribue à diminuer le bruit. Selon une variante, la paroi 1 du conduit vertical présente, au droit du ventilateur, un évasement 1', représenté en traits mixtes. Cet évasement élargit l'espace. disponible autour du ventilateur et facilite la circulation de l'air sortant de la roue. I1 permet aussi, le cas échéant, d'augmenter le diamètre de la roue 8 au delà de la valeur permise dans le cas à'un conduit d'air présentant une section uniforme sur toute sa largeur. Selon une autre variante, l'air sortant de la roue 8 stéchap- pe dans l'atmosphère après avoir traversé une cloison à clairevoie C, représentée en traits mixtes, composée d'un persiennage formé de lames, présentant un profil ondulé en coupe transversale et disposées c8te à côte. La cloison C sert à réduire le niveau de bruit de l'installa- tison, et aussi, le cas éehéant, à retenir les gouttelettes d'eau encore présentes dans l'air à sa sortie de la roue. Le mode de réalisation des figures 3 et 4 comporte des éléments identiques ou équivalents aux éléments 1 à 8 décrits ci dessus, dont certains figurent sur le dessin, avec les mêmes numé- ros a indice. D'après cette varIante, l'enveloppe i se termine à la partie supérieure par une cloison horizontale 21, à large ouverture extraie, et présentant, sur le pourtour de celle-ci, un rebord 22, coudé vers le naut. Le ventilateur 8, à axe vertical, a un-flasque inférieur 23 à paroi pleine, dont la surface de révolution présente une zone extérieure plate 23a qui se raccorde par une zone intenmédiaire courbe 23b à une zone centrale conique 23e, convergeant vers le haut. Le flasque supérieur 24 de la roue de ventilateur a une large ouverture centrale égale en diamètre à l'ouverture centrale de la cloison 21 ; il se réduit ainsi à un simple anneau plat et étroit à bord intérieur 27 coudé vers le naut, disposé à recouvrement, avec un faible jeu, par rapport au rebord coudé 22 de la cloison 21. Un redresseur 25 à aubage fixe est monté en bout du rebord 22. Des gouttières verticales 26, ouvertes vers l'intérieur, et espacées les unes des autres, forment un rideau non continu devant les faces intérieures de l'enveloppe 1 et autour de largue de ventilateur 8. En fonctionnement, l'air aspiré de bas en haut dans la cemi- née 1 remonte dans l'espace annulaire réservé sur le pourtour de la roue â, pénètre dans celle-ci en direction radiale centripète, et, guidé par les surfaces 22a, 23b, 23c du flasque 23, sort de la -roue en direction axiale pour s'évacuer de la cheminée après avoir traversé le redresseur Alors que l'air pénètre dans la roue en direction centripète, les gouttelettes d'eau dont il est chargé, considérablement plus denses que lui, ont tendance à adhérer aux surfaces intérieureS de la roue, et à augmenter de dimensions jusqu a ce que l'effet centrifuge les projette en partie dans les gouttières 26, et en partie contre la face intérieure de ltenveloppe 1, d'où elles retombent, comme dans le mode de réalisation précédent, pour aboutir atj garnissage 4 et/ou au bassin inférieur du réfrigérant. Le rideau de gouttières 26 protège effectivement la face in; rieure de l'enveloppe 1 contre le balayage d'air ascendant qi, en l'absence d'un tel rideau, aurait pour effet de geAner le sellement vers le bas de l'eau accumulée. Le mode de réalisation des figures 5 et 6 contient des élé ments identiques ou équivalents aux organes 1 à 4 et 6 à 8 des modes de réalisation précédents, dont certains figurent sur le dessin sous les mêmes numéros d'indice. De meme que pour l'appareil des figures 3 et 4, la cheminée 1 se termine en haut par une cloi- son plate 21 présentant une large ouverture centrale entourée d'un rebord vertical- 22 dirigé vers le haut. Sur le rebord 22 repose l1ossature -à claire-voie 6~qui sert de support au moteur 7 à axe vertical.Le moteur est fixé en retombée l'ossature 6 et mène une roue 8 de ventilateur hélico-centripète composée d'un flasque inférieur plein 31, d'un flasque supérieur 32 qui consiste en un étroit anneau plat délimitant une large ouvertures et d'aubes ou ailettes 33. Le diamètre extérieur du flasque 32 est plus grand que celui du flasque 31, et les aubes 33, qui relient l'anneau 32 à la zone en bordure du flasque 31, sont inclinées suivant les gé nératrices d'un c8ne convergeant vers le bas, au. lieu d'etre parallèles à ltaxe de rotation de la roue comme dans les ventilateurs centripètes ou centrifuges précédemment décrits, ou- perpendiculaires à cet axe comme dans les ventilateurs hélicoRdes, En raison de cette disposition, l'air pénètre dans la roue - en direction inclinée, avec une composante radiale centripète et une composante verticale ascendante, et s'évacue verticalement par le haut de la cheminée, à travers les ouvertures, de meAme diamètre, délimitées par l'anneau 32-et la cloison 21. La roue 8 est donc suspendue au moteur 7, lui-mezme suspendu à l'ossature 6, et l'arbre d'entratnement de la roue se prolonge vers le bas, au delà du-flasque 31 auquel il est fixé, pour porter à son extrémite inférieure un appareil rotatif 34 de pulvérisation d'eau, alimenté en eau à refroidir par une buse 35. Cet appareil 34 remplace le distributeur 5 des modes de réalisation précédents et fait retomber l'eau en pluie sur le garnissage 4. De-même que dans les modes dé réalisation préeSdents, les ailettes du ventilateur font office d'organe d'égouttage et les gouttelettes d'eau, prélevées au flux d'air sortant du garnissage 4, sont recueillies par une couche de revetement 16, semblable à celle précédemment décrite. REVENDICATIONS la - Réfrigérant d'eau par air atmosphérique à tirage forcé avec conduit d'air renfermant un faisceau de surfaces de ruissellement d'eau pour écnange thermique eau-air par contact direct et un ventilateur à circulation radiale monté en aval du faisceau, caractérisé en ce que ledit ventilateur est une simple roue à ailettes montée sur un axe parallèle à l'axe de circulation d'air dans le conduit avec une ouie d'entrée ouverte directement à l'air sortant du faisceau et une surface de décharge soufflant directement dans le conduit ou bien à l'air libre sans interposition de volute. 20 - Réfrigérant suivant la revendication 10) dont la roue de ventilateur est à entrée d'air axial et sortie radiale centrifuge. 30 - Réfrigérant suivant la revendication 10) dont la roue de ventilateur est à entrée d'air radiale centripète et sortie axiale. 40 - Réfrigérant suivant la revendication 1 dont la roue de ventilateur est du type hélico-centrifuge ou hélico-centripète avec des ailettes disposées obliquement par rapport à l'axe de la roue. 50 - Réfrigérant suivant une quelconque des revendications précédentes dont le conduit présente, sur sa face intérieure, autour du ventilateur, une zone aménagée pour recevoir et conduire, en un lieu d'emmagasinage, de l'eau dont stest chargé l'air qui a traversé le faisceau de ruissellement, propulsée hors de la roue par effet centrifuge. 60 - Réfrigérant suivant la revendication 5, dont la zone aménagée pour recevoir l'eau sortant de la roue de ventilateur par effet centrifuge est revgtue d'un matériau absorbant ou poreux, par exemple mousse plastique, coton, fibres naturelles, fibres artificielles, adapté à recueillir l'eau et à former piège à son. 7" - Réfrigérant suivant la revendication 5, dont la face intérieure de paroi aménagée pour recevoir l'eau sortant de la roue de ventilateur par effet centrifuge est garnie d'une série de gouttières verticales disposées au voisinage les unes des autres. 80 - Réfrigérant suivant une quelconque des revendications précédentes dont la roue constitue le seul dispositif séparateur de gouttes pour l'air sortant du faisceau de surfaces de ruissellement. 90 - Réfrigérant suivant une quelconque des revendications précédentes dont le conduit présente, autour.de la roue de ventila teur, un élargissement ayant pour effet de faciliter la circulation d'air entrant ou sortant radialement. 100 - Réfrigérant suivant une quelconque des revendications précédentes dont la roue de ventilateur est disposée en retombée par rapport à son moteur d'entraRnement. 11" - Réfrigérant suivant la revendic-ation 10, comportant un appareil rotatif de pulvérisation d'eau disposé en retombée par rapport à la roue et servant de distributeur pour le faisceau de surfaces de ruissellement. 120 - Réfrigérant suivant une quelconque des revendications précédentes comportant, à la sortie du conduit, une cloison à claire-voie adaptée à réduire- le niveau de bruit de l'installation.