Brevet FR2315673A1 — publié le 19770121

La présente invention concerne un dispositif a éléments échelonnés de source froide pour tour de refroidissement à tirage naturel, et plus particulierement un dispositif de réfrigération par l'air ambiant pour fluides d'installation thermique de production d'énergie. On sait que, de plus en plus, les centrales sont utilisées pour la production d'énergie électrique, et que les sites possibles quant à l'approvisionnement en eau sont limités, eau froide pour le refroidissement des condenseurs en circuit ouvert ou eau d'appoint pour compenser les pertes à l'atmosphere des tours de refroidissement humides. Ainsi, on se tourne plutôt du coté des tours seches ou mixtes, comportant un certain nombre d'echangeurs secs : il est utile d'implanter les centrales à proximité des centres de consommation, pour limiter les pertes en ligne et éviter un développement excessif du réseau de transport à haute tension. L'installation proximité des centres urbanisés est délicate en raison des dimensions gigantesques des tours a tirage naturel, pour des groupes nucléaires importants. On a également utilisé des aéro-réfrigérants à tirage forcé qui présentent l?inconvenient d'être bruyants et de consommer beaucoup dénergi. C'est pourquoi, il est préférable d'adopter un compromis afin de diminuer la taille des tours à tirage naturel, en réduisant le debit d'air utilisé, l'échauf- fement plus important de celui-ci, qui améliore le tirage, permettant de réduire la hauteur. La présente invention a pour but de remédier à la diminution du rendement issue du compromis présenté plus haut, résultant notamment, pour les groupes turbo-alternateurs, de l'augmentation des pressions d'échappement aux turbines, et de procurer un dispositif de réfrigération par l'air ambiant qui évite en hiver tout risque de gel des fluides recyclés et permet d'utiliser au mieux la capacité de production accrue par l'abaissement de de température de la source froide. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble d'aero-refrigerants associés aux condenseurs refroidis par lesdits fluides, ledit ensemble d'aéro-réfrigérants étant étagé dans une tour de refroidissement A tirage naturel, de telle sorte que l'air, à mesure qu'il stechauffe, traverse successivement des aéro-réfrigérents parcourus par des fluides ayant des niveaux de température de plus en plus élevés, l'air ambiant rencontrant toujours en premier dans la tour l'aéroréfrigérant associé au condenseur de plus bas niveau thermique, des moyens étant de plus prévus pour éviter tout risque de gel et de corrosion. Selon une réalisation particuliere, ledit dispositif comporte deux aeroréfrigérants, chacun d'eux étant associé à un condenseur par surface desservant un corps de turbine à basse pression, chaque circuit de fluide de refroidissement comportant une pompe de recyclage. De préférence, lesdits moyens consistent à utiliser, pour les fluides correspondant aux condenseurs de plus bas niveau thermique au moins, des mélanges d'eau et de glycol, additionnés éventuellement d'autres produits, dans des proportions adaptées aux conditions d'utilisation dudit dispositif. Conjointement à cet emploi et visant le même but, pour augmenter si nécessaire la sécurité en période de grands froids, l'emploi d'un dispositif de vannes (non réprésenté) permettant d'inverser le sens du parcours de l'eau dans ltéchangeur, de telle sorte qu'il s'effectue non plus en sens inverse du parcours d'air correspondant (cas normal) mais dans le mEme sens, afin que l'air, présentant à l'entrée sa température la plus basse, soit mis en échange avec liteau, parcourant le circuit considéré, aux points où sa température est la plus élevée. Selon une variante préférée de l'invention, ledit etagement des aéro-réfri- gérants permet d'utiliser au moins le fluide dvun cycle correspondant à un haut niveau thermique pour récupérer un partie de la chaleur perdue en la transférant à une source froide dutilisat-en sur une dérivation du circuit dudit cycle, par un échangeur branché en parallèle avec l'élément réfrigérant de la tour. Il est décrit ci-apres, à titre d'exemple non limitatif et en référence à la figure schématique unique da dessin annoxé, un dispositif de réfrigération par l'air ambiant pour fluides d'installation thermique de production d'énergie. La vapeur sous pression arrivant par le conduit 1, alimente en parallèle selon les directions 2, 3, deux turbines à basse pression 4, 5, respectivement. La vapeur d'échappement des turbines passe dans les condenseurs par surface 6, 7, dont le condensat est refoulé dans les directions 8, 9, respectivement, par les pompes 10, Il. Chaque condenseur par surface est associa a un circuit de refroidissement indépendant. Le circuit 12, associé à la turbine 4 et au condenseur 6, est traversé par un fluide réfrigérant dont la circulation est assurée par la pompe 13 ; ledit circuit comporte également un aéro-réfrigérant 14.Le circuit 15, associé à la turbine 5 et au condenseur 7, est traversé par un fluide de refroidissement, qui peut etre le même que celui qui traverse le circuit 12, et dont la circulation est assuree par la pompe 15 ; ledit circuit comporte également un aero-refrigérant 17. Ltensemble des éro-réfrigérants 14, 17 associes aux condenseurs destinés à être refroidis par lesdits fluides, est étagé dans une tour de refroidissement à tirage naturel 18. L'air ambiant est admis par des ouvertures pratiquées dans la partie inférieure de la tour 18, selon les fleches 19, 20, et se réchauffe au cours de son ascension jusqu'à sa sortie dans l'atmosphere selon la fleche 21. L'invention réside notamment dans le principe de l'étagement des aérq-réfrigé- rants dans la tour de refroidissement, l etagement dans le sens de la bau teur, étant tel, qu'à un niveau croissant des températures dans les condenseurs corresponde, respectivement, un niveau croissant des hauteurs d'étagement des aéro-réfrigérants associés. Dans le cas de figure représenté, on a supposé que la température régnant dans le condenseur 7 est inférieure à celle régnant dans le condenseur 6, d'où un niveau d'étagement inférieur pour I'aéro-réfrigérant 17. Il va de soi que les écarts entre niveaux successifs des aéro-réfrigérants dépendent intimement des écarts de température entre condenseurs associés. De plus, des moyens sont prévus pour éviter tout risque de gel et de corrosion. Ces moyens concernent au moins le fluide de refroidissement correspondant au plus bas niveau d'étagement daéro-réfrigérant, ce dernier étant le premier que rencontre ltair ambiant admis à la base de la tour de refroidissement. Lesdits moyens consistent à utiliser, pour les fluides correspondants, des mélanges d'eau et de glycol, additionnés éventuellement d'autres produits, solubles ou miscibles, tels que lton évite les corrosions, conservant ainsi un état de propreté des parois des circuits ne perturbant -n rien les processus d'échanges thermiques. Il peut stavérer intéressant, selon l'étagement considéré, d'utiliser le fluide correspondant au plus haut niveau thermique, pour récupérer une partie de la chaleur perdue en la transférant à une source "froide" d'utilisation. Par exemple, on peut prévoir, conne cela'est représenté en pointillés sur la figure, une dérivation 22 du circuit correspondant 12, munie d'une vanne 23, pour alimenter, par exemple, un circuit de chauffage 24, l'echangeur étant branché en parallele avec l'élément réfrigérant de la tour. Il va de soi que la disposition décrite sur la figure ne limite en rien la portée de l'invention. On peut prévoir plus de deux condenseurs associés à des turbines et plusieurs dérivations d'utilisation, associées éventuellement à des dispositifs de régulation appropriés ; on peut utiliser des condenseurs par surface ou par mélange. On peut prévoir un dispositif d'humidification de l'air, soit en amont de l'aéro-réfrigérant 17, soit entre les réfrigérants 14 et 17. Le principe de l'étagement selon l'invention est tres général ; on peut l'appliquer aussi à des tours mixtes dans lesquelles à certains niveaux échangeur par surface correspondant serait remplacé par des éléments à ruissellement sur lesquels lteáu à refroidir, cette fois circulant en circuit ouvert, se refroidirait au contact de l'air. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de réfrigération par l'air ambiant pour fluides d'installation thermique de production d'énergie, caractérise en ce qu'il comprend un ensemble d'aero-réfrigérants (14, 17) associés aux condenseurs (6, 7) refroidis par lesdits fluides, ledit ensemble d'aéro-réfrigérants étant étagé dans une tour de refroidissement à tirage naturel (18), de telle sorte que l'air, è mesure qu1il stechauffe, traverse successivement des aéro-réfrigérants parcourus par des fluides ayant des niveaux de température de plus en plus élevez, lair ambiant rencontrant toujours en premier dans la tour I'aéro-réfrigérant associé au condenseur de plus bas niveau thermique, des moyens étant de plus prévus pour éviter tout risque de gel et de corrosion. 2/ Dispositif de réfrigération selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte deux aéro-réfrigérants (14,17), chacun d'eux étant associe à un condenseur par surface (6,7) desservant un corps de turbine à basse pression (4,5), chaque circuit de fluide de refroidissement comportant une pompe de recyclage (13,16). 3/ Dispositif de réfrigération selon l'une des revendications 1 et 2, caract'risé par le fait que lesdits moyens consistent à utiliser, pour les fluides correspondant aux condenseurs de plus bas niveau thermique au moins, des mélanges d'eau et de glycol, additionnes éventuellement d'autres produits, dans des proportions adaptées aux conditions d'utilisation dudit dispositif. 4/ Dispositif de réfrigération selon l'une des revendications 1 à 3, caractéris par le fait que ledit étagement des aéro-réfrigérants permet utiliser au moins le fluide d'un cycle correspondant à un haut niveau thermique pour récupérer une partie de la chaleur perdue en la transférant à une source froide dtutilisation (24) sur une dérivation (22) du circuit dudit cycle, par un échangeur branché en parallele avec l'élément réfrigérant (i4) de la tour. 5/ Dispositif de réfrigération selon la revendication 4, caractérisé par le fait qutil comporte, en outre, un dispositif de robinetterie permettant le fonctionnement soit à contre-courants, soit à courants paralleles, du premier échangeur rencontré par l'air (17).