Brevet FR2284848A1 — publié le 19760409

La présente invention se rapporte aux installations de réfrigération utilisant de l'air et que lton appelle ou- ramment installations d'aéroréfrigération. L'évacuation de la chaleur pour les installations industrielles et, plus particulièrement pour les centrales-électriques, peut être- réalisée à l'aide d'échangeurs tubulaires dans lesquels le fluide de refroidissement est de ltair atmosphérique mis en mouvement par des ventilateurs, ou par le tirage naturel d'une cheminée. Ce genre de dispositif est communément appelé échangeur du type sec Les tubes constituant ces échangeurs portent extérieurement des ailettes dont le but est de compenser le mauvais coefficient de convection entre l'air et le métal du tube. Le fluide à refroidir circule à l'intérieur des tubes. Ces échangeurs tubulaires ont pour principal avantage d'éviter tout contact entre l'air et le fluide à refroidir. L'échange de chaleur ne fait pas intervenir dans ce type de refroidisseur l'évaporation comme dans un réfrigérant atmosphérique humide par exemple, d'où aucune consommation de fluide à refroidir ni formation de panache ou de retombées de gouttelettes nuisibles à 1 1environnement. L'installation de ces échangeurs tubulaires peut être envisagée de façons tres différentes - verticalement à la périphérie d'une tour à tirage naturel, les éléments d'échangeurs étant placés à plant ou en delta" à la partie basse et autour du périmètre extérieur de la tour ; - horizontalement à l'intérieur d'une tour à tirage naturel ou sur une structure métellique portant des ventilateurs aspirant ou soufflant l'air de ventilation sur les échangeurs 5 - inclinés en forme de toit à l'intérieur d'une tour à tirage naturel ou sur une structure métallique portant des ventilateurs;; - inclinés en forme de V à la périphérie d'une structure de sup port portant des ventilateurs etc... Dans tous les cas, et comme il ne s'agit que de refroidir un fluide sans changement d'étant de ce dernier, la puissance de pompage est uniquement liée à la perte de charge du fluide à l'intérieur des tubes des échangeurs et des collecteurs d'amenée et de départ de ce fluide. Il n'y a pas en effet, comme dans le cas du réfrflgérat atmosphérique humide, rupture de la veine du fluide à refroidir d'où une hauteur géométrique de pompage relativement importante devant intervenir dans la détermination de la puissance absorbée par la pompe, cette dernière devant être prévue non seulement pour assurer la circulation du fluide mais également son élé ovation. Le fluide à refroidir circule dans les tubes des échangeurs sous pression DU en sîphonnage. Il est indispensable d'assurer de façon aussi parfaite que possible la purge de l'air contenu dans le fluide à refroidir pour assurer un échange thermique correct à l'intérieur des tubes, éviter toute corrosion des surfaces internes d'échange due à la présence de l'air, et assurer un fonctionnement des pompes de circulation sans risque de cavitation. Pour les échangeurs tubulaires alimentés sous pressions cette purge d'air est effectuée à l'aide de dispositifs purgeurs automatiques fonctionnant mécaniquement par inter- mittence. Elle peut etre également réalisée par 1' intermédiaire d'un collecteur de purge placé de façon adéquate et assurant une fuite continue du fluide à refroidir, laquelle est supposée entraîner l'air contenu dans le fluide. Pour les échangeurs tubulaires fonctionnant par siphonnage, la purge dtair lorsqu'elle existe ne peut sleffectuer que pas des extracteurs tels qu'éåecteurs ou pompes à air. I1 est également indispensable assurer ltexpansion et la contraction du fluide circulant en circuit fermé et qui changera de volume en fonction des températures chaudes et froides de ce fluide, elles-memes tributaires de la température ambiante. Les dispositifs de purge d'air précités peuvent ne pas assurer leurs fonctions : un dispositif mécanique ne travaillant que par intermittence est sujet à défaillances. De plus, il risque de se colmater ou de se bloquer an position fermée. Le fluide ne sera plus alors correctement purgé . I1 peut se bloquer en position ouverte. Il y aura alors perte du fluide à refroidir. Les orifices des purgeurs automatiques sont en général de dimensions relativement-réduites d'où risque de purge incomplète et il sera le plus souvent nécessaire de prévoir un nombre relativement important de purgeurs de façon à entratner tout l'air contenu dans le fluide et ceci aux endroits les plus favorables des échangeurs (partie haute et poins froids). Dans certains cas de fonctionnement, à débit de fluide réduit par exemple, un siphonnage partiel dans les tubes peut être à craindre et les purgeurs feront alors entrer de l'air dans l'installation ce qui va à l'encontre du but recherché. Au moment du remplissage de l'installation, les purgeurs a ' orifice relativement réduit ne permettent pas toujours une extraction d'air aussi rapide que souhaitée. De même lors d'un arrêt de l'installation, il peut être envisagé une vidange rapide coté fluide pour éviter par exemple le gel ou une augmentation sensible de la viscosité les purgeurs, de par leur conception ne peuvent permettre cette vidange rapide. Dans le cas ou la purge est réalisée de façon continue par un collecteur spécial, il y a un certain débit de fluide à refroidir qui ne participe pas à échange, dsot une efficacité thermique réduite. Mis à part les inconvénients mécaniques, ce collecteur de purge présente les mêmes dangers de fonetionnement que les dispositifs énumérés ci-dessus. Enfin pour les installations fonctionnant en siphonnage, 11 ensemble des inconvénients énumérés ci-dessus reste applicable avec en plus des difficultés complémentaires pour assurer llinversion du fonctionnement pour la vidange rapide des échangeurs par exemple. L'expansion ou la contraction du fluide en cours de refroidissement est assurée d'tune façon générale par ltinter- médiaire d1un réservoir tampon avec mise à l'atmosphère directe ou par une soupape correctement tarée selon que le disposai est placé à la partie haute du circuit ou à un endroit quelconque de ce circuit. Elle peut astre également assurée par l'intermediaire d'un réservoir sous pression de gaz inerte. Mis à part le système avec réservoir et mise à l'atmosphère directe, les autres dispositifs présentent les inconvénients dus au fait qutils font appel à des commandes mécaniques ne fonctionnant que par intermittence et donc sujettes à défaillances. La présente invention a pour but essentiel de créer une disposition particulière du circuit de fluide à refroidir permettant d'assurer, sans aucun risque de fonctnonnement, l'extrac- tion d'air du fluide sous pression à refroidir. Cette disposition doit de plus permettre d'assurer - les opérations de remplissage et de vidange du circuit fluide dans des temps aussi courts que souhaités - l'expansion et la contraction du fluide et ceci d'une façon extrebmement simple sans qu'il soit fait appel à un quelconque dispositif mécanique ; - les opérations annexes comme la marche à charge réduite en période froide, l'isolement côté fluide à refroidir d'un ou plusieurs échangeurs, le remplissage de fluide de l'installa tion etc. Selon l'invention, ce but est atteint en ce que 1 'ins- tallation draéroréfrigération de liquide du type Bsec", à tirage naturel ou forcé, dans laquelle le liquide à refroidir parcourt des échangeurs est caractérisée en ce que ledit liquide est déversé, après passage dans lesdits échangeurs, dans un bassin couvert, où le niveau libre du liquide est au voisinage de celui de la partie supérieure des échangeurs et où ledit liquide peut se dilater et se purger du gaz contenu, à l'endroit où le liquide est à la température la plus basse. Pour plus de clarté) le dispositif est décrit en regard du dessin annexé et seulement à titre d'exemple pour une installation de refroidissement d'eau à tirage naturel d'une centrale électrique. -11 peut évidemment s'appliquer à tout autre fluide, à tout autre système de ventilation et à toute autre installation. La figure 1 représente schématiquementun circuit d'aéroréfrigération d'eau d'une centrale électrique. La figure 2 est une vue de détail, en élévation avec coupe partielle par un plan radial, d'un réfrigérant a tirage naturel. La vapeur détendue dans une turbine 1 est introduite dans un condenseur 2 par une tubulure 2a. Ce condenseur est soit à surface d'échange (faisceau tubulaire), ou par contact direct entre la vapeur et liteau de réfrigération (condenseur par mélange). L'eau condensée sort à la partie inferieure du eondenseur tubulaire par une tuyauterie 2 b ou est mélangée avec l'eau de réfrigération dans le cas du condenseur par mélange. L'eau de réfrigération s'échauffe au fur et à mesure que la vapeur se condense. Cette eau, dont la circulation est assurée par une pompe 4, est refroidie dans un aéroréfrigérant Z à tirage naturel sur la figure 1 (la pompe reste valable pour tout autre système même à tirage artificiel). Le rôle de l'aéroréfrigérant est donc de dissiper la chaleur absorbée par 1'eau au cours de la condensation de la vapeur. Le 7 liquide de réfrigération peut évidemment être un autre fluide que de l'eau. La figure 2 concerne un aéroréfrigérant à tirage naturel dont les particularités et avantages sont décrits ci-dessous. I1 est évident que des dispositions semblables peuvent être retenues pour un appareil à tirage artificiel ou un appareil mixte à la fois à tirage naturel et artificiel. Le collecteur principal d'eau chaude 8 alimentant en parallèle les échangeurs 7, disposés verticalement à la périphérie du réfrigérant, est placé dans un caniveau 9 en principe enterré. Des vannes 12 assurent les connections entre le collecteur principal 8 et les échangeurs 7. Le collecteur principal d'alimentation d'eau est circulaire dans le cas de I'aéroréfrigérant-à tirage naturel. Il peut être rectiligne ou d'un tracé différent dans le cas d'un aéroréfrigérant à tirage artificiel constitué de plusieurs cellules disposées en ligne ou de toute autre manière. De plus, sur la figure, la liaison entrele collecteur principal et les échangeurs est effectuée uniquement à la partie basse de ces derniers par l'intermédiaire des vannes de connexion 12. I1 est également possible d'alimenter, à partir de ce collecteur principal 8, les échangeurs à plusieurs niveaux différents pour assurer au moment du démarrage et dans certaines conditions atmosphériques, un remplissage très rapide des échangeurs. Les vannes 12 à commande manuelle ou motorisée offrent la possibilité d'isoler un ou plusieurs échangeurs pour faciliter les réparations éventuelles ou l'entretien du matériel. Ces vannes peuvent également Entre utilisées dans certaines conditions de fonctionnement en hiver ou3 par exemple, pour un débit d'eau à refroidir réduit. Leur Sermetures associée à l'ouverture des vannes 15 > permet de vidanger individuellement chaque échangeur. Le volume du caniveau 9 est déterminé pour que celui- soit susceptible de recevoir la totalité du volume d'eau con- tenu dans les échangeurs. La fermeture et l'ouverture rapide des vannes 12 et 13 ainsi que la longueur, réduite des tuyauteries de liaison avec l'échangeur, conduisent à un temps de vidange très court Indispensable pendant la période de déclenchement de la centrale en hiver par temps frcid pour éviter la prise en glace de l'eau l'inté- rieur des tubes. il est bien évident que Si l'alimentation aes rieurs se fait à plusieurs niveaux différents comme il est parle c::dessus, la vidange sera d'autant plus rapide et les risques de gc de l'eau dans les faisceaux3 réduits. Une pompe de reprise placée dans le caniveau 9 ou à proximité de celui-ci réintroduit 1 t eau le moment venu dans le ba sin d'eau froide 11 prs une opération d vidange partielle ou totale. La purge d'air de l'eau refroidic dans l1aércréfrirant est ainsi réalisée au niveau Ie plus élevé des échangeurs et à l'endroit où l'eau est à la plus basse température. La figure 2 montre comment cette purge permanente de 17eau est assurée: L'eau refroidie sort des échangeurs à la partie supérieure par l'intermédiaire d'une tuyauterie en col de cygne 10 interrDmpue au-dessus du plan d'eau du bassin d'eau froide 11. Ce bassin a une forme annulaire et une section rectangulaire pour l'aéroréfrigérant à tirage naturel de la figure 2. Il peut être exécuté en béton armé, en acier, en matière plastique ou en toute autre matière et avoir une section ou une forme différente de celle représentée sur la figure 2. L'air entraîné avec l'eau froide se dégage naturellement au-dessus du plan d'eau du bassin dont la partie supérieure est munie d'orifices appropriés 14 pour ltévacuation de l'air à l'atmosphère. Ce dispositif de purge entièrement statique donne toute garantie de bonne marche pour une durée indéterminée, rie demande aucune intervention manuelle ou mécanique pour sa mise en service ou son arrêt et ne consomme ou ne court-circuite pas d'eau de cfrculation. Le bassin d'eau froide 11 est conçu de manière à permettre l'expansion et la contraction du liquide à refroidir Sa capacité est suffisante pour réaliser la mise en service de la pompe de circulation 4 sans risque de désamorçage ou d'entratnement d'air. Le premier remplissage de 11 installation est prévu pour s'effectuer par l'intermédiaire de ce bassin, qui peut éventuellement être utilisé également pour introduire dans le circuit un anti-gel ou un produit de traitement d'eau. Durant les opérations de remplissage, il est à noter que l'air s'évacue naturellement et rapidement par l'inter- médiaire des tuyauteries en col de cygne i0 largement dimen sionnées. Un jeu de vannes de contournement représenté en 5 et 6 sur la figure 1 permet d'isoler ltaéroréfrigérant pour éviter la prise en glace de l'eau dans. les tubes en hiver par grands froids pendant les périodes de démarrage de la centrale avant que lseau ne s'échauffe suffisamment dans le condenseur. I1 va de soi que des modifications peuvent astre apportées aux modes de réalisation qui viennent d'hêtre décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Installation d'aéroréfrigér8tion de liquide du type 'tsec't, à tirage naturel ou forcé, dans laquelle le liquide à refroidir parcourt des échangeurs, caractérisée en ce que ledit liquide est déversé, après passage dans lesdits échangeurs, dans un bassin couvert, où le niveau libre du liquide est au voisinage de celui de la partie supérieure des échangeurs et où ledit liquide peut se dilater et se purger du gaz contenu, a l'en- droit où le liquide est à la température la plus basse. 2.- Installation d'aéroréfrigération selon la revendication 1, caractérisée en ce quelle comprend une pluralité d'échangeurs disposés approximativement verticalement et alimentés en parallèle par le bas par un collecteur principal, le dispositif de purge comprenant un bassin disposé au niveau des collecteurs supérieurs des réfrigérants et réuni à ces derniers par des tuyauteries partant du sommet desdits collecteurs et aboutissant dans le bassin au-dessus du plan d'eau. 3.- Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la liaison entre le collecteur principal et les échangeurs steffectue au moyen de tuyauteries munies de vannes. 4.- Installation selon l'une des revendications 2 ou 5s caractérisée en ce que la liaison entre le collecteur principal et les échangeurs s'effectue à des niveaux différents. 5.- Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que des vannes de contournement permettent d'isoler le collecteur principal et les échangeurs du condenseur,