Brevet FR2262273A1 — publié le 19750919

On sait que la réfrigération industrielle destinée à évacuer les chaleurs résiduelles (par exemple celles des centrales thermiques de production d'énergie électrique) pose un problème du fait qu'il est de plus en plus difficile d'évacuer ces chaleurs dans le courant des rivières. En effet, l'aug- mentation des températures de celles-ci est une atteinte grave à ltenvironnement, en en ce sens que la faune et la flore en sont gravement perturbées, que ces rivières deviennent elles-mêmes impropres à refroidir de futures usines. Il est par ailleursdifficile d'utiliser les océans pour le même usage ; d'abord on y trouve en quelque sorte les mêmes inconvénients, ensuite ils sont souvent trop loin de la source de chaleur à évacuer. Aussi a-t-on recours à des cheminées ou tours de réfrigération évacuant la chaleur dans l'atnosphère sans se heurter aux difficultés signalées. On est toutefois conduit, par les calculs thermodynamiques, à des projets de dimensions telles que les coûts de construction s'lèvent très sensiblement et que l'esthétique du paysage s'en trouve gravement affectée. lies dispositifs de réfrigération par air actuellement utilisés se divisent en deux types principaux : - le premier qu'on peut appeler humide fait appel au ruissellement d'eau à l'air libre, eau dont une partie peut s'évaporer, assurant ainsi le refroidissement de lteau non évaporée qui est recueillie dans le bas - le second qu'on peut appeler sec comporte un faisceau tubulaire étanche en contact avec un courant d'air à 1'in- térieur d'une cheminée. Les systèmes réfrigérants humides sont les plus petits et les moins coflteux d'emploi. Par contre, ils consomment une quantité d'eau non négligeable, ce qui devient genan par suite de la raréfaction progressive de l'eau dans la nature. En outre; ils provoquent d'énormes nuages de vapeur, sont très sensibles à la quantité d'humidité dans l'atmosphère et de plus sont fréquemment le siège de proliférations d'algues ou de moisissures qui nécessitent un entretien difficile et désagréable. Il est donc indiqué de s'orienter vers les systèmes réfrigérants secs utilisant des faisceaux tubulaires. La présente invention concerne des perfectionnements apportés à de telles cheminées- de réfrigération sèche en vue d'en améliorer les performances et d'en réduire notablement, toutes choses égales par ailleurs, les dimensions et plus spécialement la hauteur et éventuellement aussi la consommation d'énergie de ventilation pour assurer un tirage artificiel si le tirage naturel est insuffisant, Ces avantages sont obtenus grâce à une disposition particulière det tubes des faisceaux d'échange thermique refroidis extérieurement et situés en principe à la base des cheminées ou tours de réfrigération : conformément à la présente invention, les tubes sont disposés en rangées multiples, ali gnée les uns derrière les autres dans chaque rangée dans la direction générale de l'écoulement de l'air de refroidissement, les rangées successives étant écartées les unes des autres pour ménager des passages Libres; clest-à-dire dépourvus d'obstruction à l'écoulement quasi-rectiligne. En d'autres termes, les faisceaux de tubes de l'invention sont très nettement "transparents" pour un observateur situé dans la cheminée et regardant vers l'extérieur de celle-ci. Il s'ensuit une réduction très appréciable de la perte de charge, comparativement aux cheminées usuelles à fais ceaux tubulaires serrés et tassés. Un avantage supplémentaire de cette disposition est que l'inspection et le nettoyage des faisceaux sont facilités et qu'en outre les pièces de fixation et de jonction des tubes sont beaucoup plus accessibles. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut 8trie réalisée. Les figures 1 et 2 indiquent schématiquement, en coupe parallèle à l'écoulement, des faisceaux disposés respectivement selon l'art antérieur et selon la présente invention. lies figures 3 et 4 montrent de m8me en perspective très schématique l'empilement ës tubes d'un faisceau selon l'art antérieur et selon l'inventión respectivement. La figure 5 représente en élévation une cheminée selon l'art antérieur. La figure 6 représente de la même manière une cheminée selon l'invention. lies figures 7 à il représentent des panneaux ou couronnes périphériques verticaux ou obliques de faisceaux de tubes verticaux, horizontaux ou obliques. Sur les figures 1 et 3 illustrant la disposition selon la technique antérieure, de même que sur les figures 2 et 4 illustrant celle de la présente invention, on a matérialisé par des flèches F la direction générale d'écoulement de l'air de refroidissement aspiré à travers le faisceau de tubes 1 munis comme à l'accoutumée dtailettes annulaires superposées 2 et schématisés pour simplifier par des cylindres 6 de même en combrement. On a désigné par 2 (figure i) et P (figure 2) le pas des tubes dans le sens perpendiculaire à ? et de même par e (figure 3) et E (figure 4) l'épaisseur du faisceau dans le sens 2. On remarquera que le pas 2 est de tordre de grandeur du diamètre hors tout des tubes à ailettes 6 et le pas P du triple ; de même E est nettement plus grand que eS mais cela n'est pas gelant car la place ne manque pas dans le sens 2. Selon la technique antérieure illustrée sur les figures 1 et 32 l'écoulement d'air à travers le faisceau de tubes tassés et serrés les uns contre les autres est tortueux et étranglé, l'air devant se frayer péniblement un chemin en contournant chaque tube et en passant entre les ailettes qui le laminent. Par contre, dans la disposition beaucoup plus "aérée" de l'invention illustrée sur les figures 2 et 42 l'écartement des files ou rangées de tubes le long de F ménage à itécoulement d'air de refroidissement des passages 3 non obstrués et sensiblement rectilignes. Malgré l'augmentation du nombre de tubes dans le cadre de l'invention comparativement à la technique antérieure, on réalise, grace à la réduction de perte de charge un meilleur tirage qui se traduit par une économie substantielle d'énergie et une diminution notable des frais d'investissement pour la construction de cheminées dont la hauteur sera plus réduite. La figure 5 montre une cheminée 4 combinée aux faisceaux de tubes conformément à l'art antérieur pour un tirage naturel qui convient au refroidissement desdits faisceaux. La hauteur de cette cheminée est nettement plus grande que celle de la cheminée 5 selon l'invention montrée par la figure 6 pour le meme tirage naturel, dsoh résulte I1 économie sensible d'investissement mentionnée. Sur les figures T à 11, on a représente les collecteurs 7-7 des tubes à ailettes 6, les embases 8 des cheminées et leurs superstructures 9. Ta figure 7 montre des panneaux de faisceaux sensible ment plans juxtaposés suivant les cttés dtun polyèdre dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de la cheminée. Les tubes 6 sont ici sensiblement verticaux, La figure 8 illustre une disposition analogue des panneaux, mais les tubes 6 y sont obliques. La figure 9 représente la disposition des faisceaux en couronne périphérique cintrée le long de la base de la che minée0 lies tubes 6 sont contenus chacun dans un plan sensiblement horizontal. lia figure 10 montre les faisceaux disposés en groupes sensiblement perpendiculaire à l'axe de la cheminée. Les tubes 6 sont également contenus chacun dans un plan sensiblement horizontal. Dans le mode de réalisation de~la figure 11, les panneaux sont obliques et chaque panneau s'appuie sur le panneau voisin. Deux panneaux voisins forment un V en section sen siblément parallèle à l'axe de la cheminée. lies tubes 6 sont contenus chacun dans un plan sensiblement horizontal. REVENDICA2IONS 1. Tour de réfrigération dans l'atmosphère pour centrales thermiques et autres installations, équipée de faisceaux de tubes d'échange thermique traversés par de l'air de refroidissement et situés en principe à la base de la tour, caractérisée en ce que les tubes échangeurs sont disposés en rangées multiples dans la direction générale de l'écoulement de l'air de refroidissement, les rangées successives étant écartées les unes des autres pour ménager des passages quasirectilignes libres, ctest-à-dire dépourvus d'obstructions, à la traversée du faisceau par l'air celui-ci étant de ce fait ntransparent" pour un observateur regardant à travers lui. 2. Tour selon la revendication 1, dans laquelle les tubes échangeurs de chaque rangée sont sensiblement alignés les uns derrière les autres dans le lit du vent. 3. Tour selon la revendication I ou 2 dans laquelle les tubes échangeurs présentent par ailleurs un alignement dans le sens perpendiculaire à l'écoulement diair de refroidis sement, la distance séparant les points les plus proches de deux tubes échangeurs successifs de cet alignement perpendiculaire étant supérieure au diamètre hors tout dtun tube échangeur. 4. Tour selon la revendication 3, dans laquelle le pas des tubes échangeurs successifs dans ledit alignement perpendiculaire est égal ou supérieur à plusieurs diamètres hors tout de tubes échangeurs. 5. Tour selon la revendication 4, dans laquelle le pas est de l'ordre du triple du diamètre hors tout d'un tube échangeur.