Brevet FR2307957A1 — publié le 19761112

L'invention se rapporte à une centrale de chauffe raccordée à une installation de chauffage à distance et comprenant une turbine comportant une prise, ainsi qu'un condenseur et une tour de refroidissement, les conduits d'arrivée et de départ de 11 eau de refroidissement du condenseur pouvant être reliés sélectivement à un système de refroidissement par évaporation situé dans la tour et/ou à un échangeur de chaleur disposé dans une canalisation d'eau de chauffage. Une installation de ce type a l'inconvénient que le régime de chauffage pendant les mois d'hiver autorise une détente bien moindre de la vapeur dans la turbine que pendant l'été au cours duquel il faut moins de chaleur de chauffage. La turbine à vapeur ne peut donc pas tourner à son régime optimal et le rendement de l'installation est moindre que celui d'une installation conçue pour être en service uniquement en été ou uniquement en hiver. L'invention a pour objet une centrale du type mentionné, dont le rendement moyen en régime d'hiver et en régime d'été est supérieur à celui de l'installation spécifiée plus haut et permettant d'utiliser pratiquement en totalité la chaleur produite dans la centrale. Selon une particularité essentielle de l'invention, la prise de la turbine est raccordée à un autre condenseur dont l'arrivée et le départ d'eau de refroidissement peuvent être sélectivement raccordées à un échangeur de chaleur en circuit fermé, monté dans la tour de refroidissement au-dessus du système de refroidissement par évaporation, et/ou à un autre échangeur de chaleur qui est placé dans ladite canalisation d'eau de chauffage et dont le circuit secondaire se trouve en aval de celui du premier échangeur de chaleur mentionné, disposé dans -cette canalisation. L'échangeur de chaleur en circuit fermé, monté dans la tour de refroidissement en aval du système de refroidissement par évaporation, a l'avantage que l'air humidifié dans ce système subit un séchage plus ou moins poussé selon le temps qu'il fait , de sorte que le dégagement de buée est réduit à une valeur admissible ou moins est complètement éliminé. De plus, l'installation selon l'invention permet d'adapter de manière optimale le régime au temps qu'il fait momentanément et à certains principes d'écologie. Selon un mode de réalisation avantageux entrant dans le cadre de l'invention, la canalisation d'eau de chauffage forme un circuit fermé avec les appareillages consommateurs de chaleur raccordés à cette canalisation et des cours d'eau à ciel ouvert qui constituent un canal de reflux quittant lesdits appareillages utilisateurs et retournant à l'entrée de la canalisation d'eau de chauffage. L'avantage ainsi obtenu est qu'aucun conduit de reflux à nombreuses ramifications n'est nécessaires entre les appareillages utilisateurs de chaleur de l'installation de chauffage à distance et la centrale de chauffe et, de plus, que la chaleur résiduelle de chauffage est libérée à proximité des appareillages consommateurs de chaleur et contribue en cet emplacement à l'amélioration du climat. Selon une autre particularité avantageuse d'une installation selon l'invention à grandes surfaces de chauffage de locaux balayées par l'eau, les échangeurs de chaleur destinés à poursuivre le refroidissement de l'eau et montés en aval desdites grandes surfaces de chauffage sont disposés dans le mur extérieur des locaux comportant lesdites grandes surfaces de chauffage, de sorte que l'eau passant dans ces échangeurs de chaleur se refroidit et atteint une température qui est inférieure à la température la plus basse régnant dans le local devant être chauffé. Cette disposition permet de poursuivre le refroidissement du fluide de chauffage qui peut finalement être dirigé sur des cours d'eau à ciel ouvert sans inconvénient écologique. 'l'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et dont la figure unique est un schéma simplifié d'une centrale de chauffe et d'une installation de chauffage à distance. Un réacteur nucléaire 1 représenté sur le dessin communique par un conduit 2 de vapeur vive avec l'entrée d'une tubine à vapcur 3 qui comporte une prise 5. 1a sortie de la turbine 3 communique par un conduit 17 avec un condenseur principal 4. La prise 5 est raccordée à un autre condenseur 6. La turbine 3 est couplée à un générateur électrique 10 qui envoie l'énergie produite dans un réseau Il. Le produit du condenseur principal 4 passe dans un conduit 12 et une pompe 14 le refoule dans un conduit 1 qui aboutit au réacteur nucléaire 1. Le produit de l'autre condenseur 6 est aussi refoulé dans le conduit 16 par un conduit 13 et une autre pompe 15. Des réchauffeurs chauffés à la vapeur ainsi tue d'autres pompes et un dégazeur peuvent être prévus de manière classique dans le conduit 16 aboutissant au réacteur nucléaire 1. Le circuit de refroidissement 4' du condenseur principal 4 comprend un départ 20 dans lequel une pompe 21- fait circuler le fluide de refroidissement; le conduit 20 aboutit à un système 22 de refroidissement par évaporation qui est monté dans une tour de refrcidissement 23. Un conduit 25 recycle dans le circuit de refroidissement 4' l'eau qui a été refroidie par l'air de balayage de la tour de refroidissement, qui sort du système 22 de refroidissement par évaporation et il est prélevée sur un bac collecteur 24 placé sous ce système 22. La pression statique ou une pompe non reprétée peut assurer ce reflux.L'eau perdue par évaporation dans le circuit 22 de refroidissement est remplacée par l'eau de chauffage prélevée sur un canal 30 par un conduit 26 et une pompe 27. Des robinets à trois voies 31 et 32 montés sur les conduits 20 et 25 permettent de raccorder ces derniers sélectivement avec un échangeur de chaleur 35 disposé dans la canalisation 30 d'eau de chauffage Le circuit de refroidissement 6' de l'autre condenseur 6 communique par un conduit 40 avec un échangeur de chaleur 42 en circuit fermé qui est disposé dans la tour de refroidissement 23 au-dessus du système 22 de refroidissement par évaporation. Un conduit 41 équipé d'une pompe de circulation 43 relie l'échangeur 42 et le circuit 6'.Un robinet 45, 46 à trois voies monté sur les conduits 40 et 41 permet de raccorder ces derniers à un autre chineur de chaleur 48 rgalement placé dans le canal 30 d'eau de chauffage et dont le circuit secondaire, c'est-à-dire l'eau circulant dans le canal 30, est disposé en aval de celui de l'échangeur de chaleur 35. L'extrémité d'entrée 49 de la canalisation 30 d'eau de chauffage est raccordée à un cours d'eau à ciel ouvert, par exemple à une rivière 50 sur laquelle elle prélève l'eau. L'eau prélevée passe dans une installation 52 de traitement mécanique et éventuellement chimique ou physicochimique. Des installations de pompage 53, 54 et 55 disposées dans la canalisation 30, qui est isolée contre les pertes de chaleur de manière non représentée, et réparties sur la longueur de cette canalisation refoulent l'eau traitée au-delà des échangeurs de chaleur 35 et 48 et la font parvenir à proximité des appareillages consommateurs de chaleur. Be dessin ne représente pour simplifier qu'un seul de ces appareillages consommateurs de chaleur qui est constitué d'un circuit de chauffage d'un local se trouvant dans un bâtiment 68. La canalisation 30 d'eau de chauffage comporte au droit de chaque appareil consommateur un raccord 60 par lequel l'eau de chauffage est prélevée au moyen d'une pompe 61 et par ltintermédiaire de dispositifs non représentés de mesure et de dosage pour être dirigée par une colonne montante 65 sur les surface de chauffage du local. Un serpentin 67 en dérivation sur la colonne montante 65 forme la surface de chauffage du sol d'un local du bâtiment 68. La sortie du serpentin 67 débouche par l'intermédiaire d'un conduit 66 et d'une vanne 70 sur une surface de chauffage d'une pompe à chaleur 71, qui n'est représentée que schématiquement et dont le circuit secondaire est raccordé à un réservoir non représenté d'eau de consommation. La sortie de ladite surface de chauffage de la pompe 71 à chaleur communique avec un conduit 80 qui mène à un serpentin 88 placé dans le mur extérieur du local et disposé dans un plan en diagonale partant du caté intérieur du bas du mur extérieur et orienté vers le côté extérieur de la partie supérieure de ce mur. La sortie du serpentin 88 aboutit par un conduit 90 dans un canal collecteur 91 qui débouche dans un embranchement 92 de la rivière 50.Un serpentin 85 monté entre la colonne montante 65 et le conduit 80 menant au serpentin 88 forme la surface de chauffage du plafond du local et comporte à la sortie une vanne 86. Un conduit 93 en dérivation sur la colonne montante 65 et comportant une vanne 94 débouche dans le conduit 66, entre la vanne 70 et ladite surface de chauffage de la pompe 71 à chaleur. Un conduit 95 branché sur le conduit 80, en dérivation sur le serpentin 88, débouche dans le conduit 90 par l'intermédiaire d'une vanne 96. En régime pendant les jours très chauds de l'été, seule une relativement petite partie de la chaleur prélevée par l'eau de refroidissement dans le condenseur 4 peut être abandonnée dans l'échangeur de chaleur 35; le reste de la chaleur est dirigée sur le circuit 22 de refroidissement par évaporation disposé dans la tour 23. Be débit d'eau de refroidissement de l'autre condenseur 6 est fortement réduit et la chaleur prélevée dans ce dernier est dirigée sur l'échangeur de chaleur 48 se trouvant dans la canalisation 30 d'eau de chauffage, à condition que l'air de refroidissement de la tour ne doive pas subir un séchage, de sorte que l'eau de cette canalisation est portée à environ 350cl La vitesse de circulation de l'eau dans cette canalisation 30 est maintenue à une faible valeur.La pompe 61 montée sur le conduit 60 envoie peu d'eau, qui est en cet emplacement encore à une température d'environ 300C, sur ladite surface de chauffage de la pompe 71 de chaleur par le conduit 93 dont la vanne 94 est ouverte, alors que les vannes 86 et 70 sont fermées, afin de chauffer le rP.scrvoir d'eau de consommation. L'eau de chauffage est refroidie par exemple à 200C, puis elle est renvoyée dans la rivière par le conduit 95 et le canal collecteur 91. En régime aux jours très froids de l'hiver, les deux condenseurs 4 et G sont branchés sur les échangeurs de chaleur correspondants 35 et 48. Une grande vitesse de l'eau est maintenue dans la canalisation 30 et la pompe 61 refoule l'eau, qui est par exemple à 380C, à débit relativement élevé dans la colonne montante 65. L'eau se répartit de cette dernière dans les serpentins 67 et 85 des surfaces de chauffage par le sol et par le plafond. L'eau sortant du serpentin 67 parvient ensuite dans ladite surface de chauffage de la pompe à chaleur 71, puis dans le conduit 80 dans lequel elle se mélange avec l'eau sortant du serpentin 85. L'eau est par exemple à une température de 250C à l'emplacement du mélange.L'eau circule ensuite dans le serpentin 88 se trouvant dans le mur extérieur du local. Le transfert de chaleur de ce serpentin 88 au matériau de ce mur favorise le maintien en température de ce dernier en réduisant l'évacuation de la chaleur du local par ce mur. Il est possible ainsi d'abaisseur la température de l'eau circulant dans le serpentin 88 à une valeur comprise entre celle du local chauffé et la température extérieure. Ce refroidissement de l'eau fait certes perdre une quantité considérable de chaleur directement vers l'extérieur, mais ce facteur ne signifie pas une perte totale dans les villes. L'élévation de la température du mur extérieur sur sa face externe est avantageuse, car elle contribue par exemple à débarrasser les rues éventuellement de la neige en évitant d'avoir à disperser du sel qui est nuisible. 'les robinets 31, 32 ainsi que 45, 46 à trois voiles, un seul de ces robinets pouvant aussi être prévu pour chaque circuit de refroidissement 4' et 6', permettent de régler de manière optimale la répartition de la chaleur prélevée par l'eau de refroidissement dans les condenseurs 4 et 6 sur l'eau de chauffage et la tour de refroidissement 23, mais il faut prendre garde de ne pas prélever sur la prise 5 une quantité de chaleur supérieure à celle qui est nécessaire, car le prélèvement de la vapeur résulte en une diminution de la production d'énergie électrique. Les robinets à troi voies 31 et 45 ou 32 et 46 peuvent aussi être commandés par un ordinateur dans lequel il est possible d'enregistrer non seulement les données du temps momentanées ainsi qu'éventuellement celles des prévisions, mais aussi les valeurs de consigne et réelle de la puissance électrique et de l'énergie thermique délivrées ainsi que les mesures de la température de l'eau de chauffage passant dans la canalisation 30 et/ou de la chaleur emmagasinée dans cette eau de chauffage. D'autres appareillages consommateurs de chaleur peuvent être montés entre les conduits 80 et 90 et nécessiter de l'eau à température inférieure correspondante. Il peut s'agir par exemple d'installations de chauffage de trottoir ou de serres. A la différence de l'exemple décrit et représenté de réalisation, l'eau évacuée par le canal collecteur 91 peut aussi être dirigée sur un cours d'eau à ciel ouvert qui ne communique pas directement avec le fleuve 50. Dans ce cas, le vent et les nuages seraient des agents de transport entre les appareillages consommateurs de chaleur et le lieu auquel l'eau de chauffage est captée sur la canalisation correspondante. Lorsque le mur extérieur du local chauffé renferme une couche isolante, il est préférable de disposer le serpentin 88 dans cette couche.Lorsqu'une telle couche isolante se trouve sur le c8té intérieur du mur extérieur, le serpentin peut être placé aussi dans cette couche ou éventuellement entre cette couche et la surface extérieure du mur. Il va de soi que la centrale décrite et représentée peut subir diverses autres modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Centrale de chauffe raccordée à une installation de chauffage à distance et comprenant une turbine comportant une prise, ainsi qu'un condenseur et une tour de refroidissement, les conduits d'arrivée et de départ de l'eau de refroidissement du condenseur pouvant être reliés sélectivement à un système de refroidissement par évaporation situé dans la tour et, le cas échéant ou en variante, à un échangeur de chaleur disposé dans une canalisation d'eau de chauffage, ladite centrale étant caractérisée -en ce que la prise de la turbine est raccordée à un autre condenseur dont l'arrivée et le départ d'eau de refroidissement peuvent être sélectivement raccordés à un échangeur de chaleur en circuit fermé monté dans la tour de refroidissement au-dessus du système de refroidissement par évaporation, et, le cas échéant ou en variante, à un autre échangeur de chaleur qui est placé dans ladite canalisation d'eau de chauffage et dont le circuit secondaire se trouve en aval de celui du premier échangeur de chaleur mentionné, disposé dans cette canalisation. 2 Centrale selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite canalisation d'eau de chauffage forme un circuit fermé avec les appareillages consommateurs de chaleur raccordés å cette canalisation et des cours d'eau à ciel. ouvert qui constituent le reflux entre la sortie de l'eau desdits appareillages consommateurs et l'entrée de ladite canalisation d'eau de chauffage. 3. Centrale selon l'une des revendications l et 2, à grandessurfacesde chauffage de local balayées à l'eau, caractérisée en ce que des échangeurs de chaleur montés en aval desdites grandes surfaces de chauffage et destinés à poursuivre le refroidissement de l'eau sont disposés dans le mur extérieur du local qui comporte lesdites grandes surfaces de chauffage, de manière que l'eau passant dans ces échangeurs se refroidisse et atteigne une température inférieure à la température la plus basse régnait dans le local chauffé. 4. Centrale selon la revendication 7,, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur placé dans le mur extérieur s'écarte progressivement du ceté intérieur de ce mur dans le sens de la circulation de l'eau. 5. Centrale selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur placé dans le mu-r extérieur est disposé dans un Flan en diagonale de se mur d( manière que l'admission d'eau dans l'échangeur se trouve à proximité du côté intérieur et que .a sortie d'eau de cet échan- geur se trouve à proximité du côté extérieur de ce mur.