Brevet FR2345685A1 — publié le 19771021

ta présente invention concerne un échangeur thermique de grande surface, notamment pour centrales thermiques, comprenant un ensemble d'au moins une couche d'éléments échangeurs disposés à la base d'une cheminée à conduit d'évacuation essentiellement vertical, et à l'intérieur desquels passe un premier fluide, notamment de l'eau à refroidir, ces éléments étant traversés d'autre part par un second fluide, notamment de l'air, pénétrant dans la cheminée par sa base, sous lesdits éléments échangeurs, et suivant une direction horizontale ou approximativement horizontale, avec tout ensemble approprié assurant la circulation de ces deux fluides. On connaît déjà des échangeurs thermiques de ce type, notamment des échangeurs dans lesquels ledit ensemble d'éléments échangeurs est disposé suivant une couche verticale ou une couche horizontale, à ltentrée de la cheminée, ou selon des couches alternativement horizontales et verticales, à savoir suivant une configuration en escalier. Le but de la présente invention est d'apporter des perfectionnements à ce genre déchangeurs, et notamment de faire en sorte que pour une mee surface de projection au sol, les éléments echangeurs présentent une surface échange augmentée ceci avec une diminution de la perte de charge de l'air de re froidissement à leur traverse. On cherche également à obtenir une hauteur efficace de tirage augmentée, pour une même hauteur totale de la cheminée. Pour ce faire, un échangeur thermique selon l'invention est caractérisé en ce que lesdits éléments échangeurs vus de profil, sont disposés suivant une-ligne qui s'etend essentiellement dans la zone où les filets d'irs passant d'un écoulement essentiellement horizontal à un écoulement essentiellement vertical, subissent leur- changement de direction, et qui est inclinée de telle sorte que lesdits filets d'air traversent lesdits élements en sw=éCoulant d'une façon générale normalement à ladite ligne. De la sorte, lesdits éléments échangeurs se comportent comme des aubes ou des déflecteurs aidant au changement de direction de l'airs en ne donnant naissance qu'à une perte de charge minime, à savoir notablement diminuée par rapport au cas où les éléments sont disposés horizontalement ou verticalement. D'autre part, étant donné qu'ils sont disposés suivant une ligne inclinée sur l'horizontale, il est évident qu'ils peuvent fournir une surface d'échange considérablement augmentée par rapport au cas où ils sont disposés horizontalement, avec une meme surface de projection au sol, c'est-à-dire pour un même encombrement de l'échangeur. En outre, le niveau moyen desdits éléments échangeurs est situé plus bas que dans les échangeurs thermiques connus dans lesquels les éléments sont disposés horizontalement, ce qui permet d'obtenir une hauteur efficace de tirage plus grande, sans avoir à augmenter la hauteur de la cheminée. Selon un mode de réalisation d'un échangeur thermique conforme à l'invention, on peut prévoir que ladite ligne suivant laquelle sont disposés les éléments échangeurs est une ligne droite ou à enveloppe droite dont la direction générale est inclinée d'environ 30 à 60 sur l'horizontale. Selon un autre mode de réalisation, procurant pour l'essentiel les mêmes avantages, on peut encore prévoir que ladite ligne est une courbe ou possède une enveloppe courbe, de genre parabolique ou analogue, à concavité dirigée vers le haut. De toute façon, il est avantageux de prévoir, notamment en vue de simplifier et de rendre plus légère la structure de support de l'échangeur thermique, que ladite ligne s'étend, de bas en haut, essentiellement depuis le sol ou une assise servant d'appui à l'extrémité inférieure de l'ensemble des éléments échangeurs, jusqu'à la base dudit conduit d'évacuation. Il y a lieu de noter que, d'une façon particulièrement avantageuse, un échangeur thermique conforme à l'invention peut encore être caractérisé en ce qu'il est constitué de deux parties essentiellement symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan longitudinal vertical, et en ce que, de préférence, les parois latérales du conduit d'évacuation sont inclinées vers l'intérieur. De la sorte, on est en mesure d'assurer à la che- minée un excellent tirage, mtme si le vent dominant change de direction, étant bien entendu que l'une des entrées latérales de la cheminée est située face à la direction du vent dominant. Avantageusement, on peut encore prévoir, selon l'in- vention, qu'au moins un déflecteur incliné est disposé dans ledit conduit d'évacuation, à proximité et le long d'au moins une de ses parois latérales, de sorte d'empêcher le vent d'être rabattu dans la cheminée, par son ouverture supérieure. Ce déflecteur peut ainsi contribuer à améliorer encore le tirage de la cheminée en empêchant tout écoulement d'air perturbateur à contre-courant du tirage. De préférence, afin de diminuer les efforts transversaux sur les parois latérales de la cheminée, du fait de la force du vent, on prévoit que le profil des parois latérales de la cheminée est essentiellement courbé, sa cavité étant dirigée vers l'exté- rieur. Concomitamment, on prévoit encore avantageusement, notamment afin d'augmenter encore le tirage, que ledit déflecteur est également à profil courbé, sa concavité étant dirigée vers l'intérieur, de sorte quil formes avec la paroi latérale correspondante, un genre de convergent-divergent propre à augmenter l'effet de cheminée. La présente invention concerne encore une structure de support pour un échangeur thermique, notamment pour un échangeur du type décrit ci-dessus dans l'un ou l'autre de ses modes de réalisation, étudiée en particulier pour être la plus légère possible, et pour permettre de diminuer au maximum l'importance des assises en béton. Pour ce faire, une structure de support conforme à l'invention est caractérisée en ce que, pour chacune des parois latérales et pour l'ensemble correspondant d'éléments échangeurs, l'ossature de'support est élaborée sous une forme générale triangulaire en appui au sol d'une part par sa pointe inférieure, et d'autre part par l'intermédiaire d'une ligne de poteaux latéraux disposés à un écartement transversal (empattement) tel que le poids desdites parois latérales agisse en porte-à-faux sur lesdits poteaux et que les forces de traction sur les fondations soient pratiquement éliminées. A titre de variante, on peut encore prévoir une structure de support caractérisée en ce qu'elle comporte, pour chacune des parois latérales, une ossature de support triangulaire en porteà-faux sur une ligne de poteaux latéraux, et reliée à une ossature centrale de support dudit ensemble d'échangeurs. Différents modes d'exécution de l'invention sont décrits ci-dessous à titres d'exemples nullement limitatifs, en référence aux figures du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'une des deux moitiés longitudinales identiques d'un échangeur thermique conforme à l'invention - la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale des deux moitiés, symétriques par rapport à un plan longitudinal vertical, d'un échangeur thermique du même type - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2 montrant une autre variante conforme à l'invention; - la figure 4 représente en coupe transversale une structure de support, conforme à l'invention, utilisable pour les échangeurs thermiques des figures 1 à 3;; - la figure 5 est une vue en perspective d'un échangeur thermique à structure de support conforme à la figure 5; et - les figures 6a et Eb représentent deux demi-vues en coupe transversale de variantes de structures conformes à l'in- vention. L'échangeur thermiques dont seulement-une moitié longitudinale est représentée à la figure 1, 11 autre moitié étant symétrique de celle représentée par rapport à un plan longitudinal vertical 1 perpendiculaire au plan de la figure, est, de façon connue, élaboré sous la forme d'une cheminée dont l'entrée est référencée en 2 et le conduit d'évacuation ou cheminée proprement dite en 3. Le fluide d'échange, notamment de refroidi sement,constitué par l'air extérieur, pénètre ainsi dans l'échangeur par l'entrée 2, dans une direction horizontale ou s'écartant peu de l'horizontale, (flèche 4) traverse un ensemble 5 d'éléments échangeurs, et s'échappe de la cheminée 3 par son ouverture supérieure 6 (flèche 7). De façon également connue,l'ensemble 5 d'éléments échangeurs a une forme rectangulaire-en plan et s'étend sur toute la longueur de l'échangeur, à savoir, par exemple, sur une longueur de 950 mètres, la largeur dudit ensemble étant de l'ordre de 25 mètres, pour une hauteur de cheminée d'une cinquantaine de mètres. L'air traverse l'ensemble 5 en passant par les espaces intersticiels prévus entre les éléments, comportant des tubes ou cellules convenablement agencés, parcourus, de la partie supérieure à la partie inférieure de l'ensemble 5, par l'eau à refroidir, provenant par exemple d'une centrale thermique. Conformément à l'invention, la couche d'éléments d'échange 5, qutil n'y a pas lieu de décrire plus en détail, est disposée à-la base de l'échangeur thermique de sorte que, vue de profil, elle suive une ligne, dans cet exemple une ligne droite, s'étendant essentiellement sur toute la largeur de la zone 8 en laquelle les filets d'air de refroidissement, passant de l'écoulement essentiellement horizontal 4 à l'écoulement essentiellement vertical 7, subissent leur changement de direction de 90-. En outre, cette ligne suivant laquelle s' étend ledit ensemble d'éléments échangeurs 5 est inclinée sur l'horizontale d'un certain angle, de préférence compris entre 30 et 60 , par exemple d'un angle de 45", de sorte que les filets d'air traversent l'ensemble en s'écoulant d'une façon générale perpendiculairement au plan de la couche des éléments (flèche 9). Gracie à cet agencement conforme à l'invention, on conçoit que l'on puisse réduire de façon très notable la perte de charge de l'air à sa traversée des éléments, lesquels, ainsi, ne réduisent le tirage de la cheminée que d'une façon très peu sensible. En outre, pour une même surface de projection au sol de ensemble des éléments échangeurs 5 on constate que l-'on peut obtenir une surface efficace d'échange accrue, notamment par rapport au cas où les éléments s'étendent horizontalement. De plus, la hauteur efficace de tirage de la cheminée est augmentée, pour une hauteur totale de cheminée donnée, par rapport au même cas de disposition horizontale des éléments (l'accroissement équivaut dans le cas de exemple à environ 8,50 mètres). Dans le cas de l'exemple de la figure 1 on peut encore augmenter le tirage et favoriser le changement de direction de l'écoulement d'air en prévoyant sur le sol un talus de béton 10 à flanc intérieur Il convenablement profilé. Le flanc 11 peut en outre servir d'appui à l'extrémité inférieure de l'ensemble d'éléments échangeurs 5, ce qui permet d'éviter de prévoir une ossature metallique pour la soutenir, et d'obtenir une charpente plus légère. Il y a lieu de noter par ailleurs que si le vent dominant suit la direction de.la flèche 4, le talus 10 permet d'obtenir une aspiration de l'air dans l'autre moitié (non représentée)de 1' échangeur. Le talus 10 peut également comporter les conduites 12 d'amenée et/ou dfvacuation d'eau, ce qui évite, là également, de devoir prévoir une structure spéciale pour les supporter. La figure 2 montre en particulier les écoulements de l'air dans et autour de l'échangeur thermique, dont les deux moitiés identiques ont été représentées. Cet exemple de réalisation montre d'une part que les ensembles d'éléments 5 peuvent être inclinés sur l'horizontale d'un angle moindre que 45", par exemple de 300, avec sensiblement les mêmes avantages. Il montre d'autre part que l'on confère de préférence aux parois latérales 13 du conduit d'évacuation ou cheminée proprement dite, une inclinaison vers l'intérieur, de sorte à diminuer les efforts dus au vent transversal, qui est ainsi dévié vers le haut, et contribue à l'obtention d'un excellent tirage. Sur la figure 22 les écoulements d'air ont été représentés en supposant que le vent venait de la gauche. On voit bien, sur cette figure, que le tirage dans la partie gauche de l'échangeur induit par dépression une aspiration dans la partie droite et qu'ainsi l'échangeur peut avoir un excellent tirage pratiquement dans tout l'espace interne de la cheminée. A titre de variante, on a également représenté les écoulements d'air sur la figure 3 dans le cas où les parois latérales 13 ne sont pas planes mais incurvées, de sorte qu'elles présentent à leur extrémité supérieure une sorte de bec déflecteur 14 contribuant notamment à empêcher que l'air extérieur ne soit rabattu à l'intérieur de la cheminée, par son ouverture supérieure. A cette même finss on peut prévoir avantageusement, dans la cheminée, à proximité et le long de ses parois latérales 13, des déflecteurs complémentaires 15, de préférence également incurvés, à concavité dirigée vers le centre, et formant avec la paroi latérale correspondante une espèce de convergent-divergent ayant pour effet d'accrottre encore le tirage dans cette zoneS et d'empecher le vent éventuellement rabattu vers l'in térieur de la cheminée d'y pénétrer trop profondément, en le déviant vers le haut (cf flèches 16-figure 3). Comme le montrent mieux les figures 4 et 5 les ensembles d'éléments échangeurs S peuvent ne pas être disposés suivant un plan, mais suivant une surface courbe à concavité dirigée vers le haut, avec en principe les mêmes avantages que dans les modes de réalisation précédemment décrits. On peut prévoir un profil en forme de parabole ou analogue. Bien entendu, il ne s'agit pas forcément d'une courbe parfaite, car les éléments peuvent être disposés en une suite de plans 5a conférant dans ce cas au profil en question une forme polygonale, auquel cas la courbe en forme de parabole ou autre constitue simplement une enveloppe. De toute façon, on prévoit avantageusement que les ensembles échangeurs des parties gauche et droite de l'échangeur se raccordent a' leur partie inférieure, en 17, et qu'à cet endroit ils prennent appui sur une ligne centrale de pdteaux 18. En 15, sur la figure 4, on a représenté en outre des déflecteurs ayant un rôle analogue å celui des déflecteurs 15 de la figure 3. Ces déflecteurs peuvent être mobiles, ce qui permet de leur conférer le positionnement idéal. Les poteaux 18 peuvent en outre constituer avantageusement les montants de support d'une paroi verticale s'étendant suivant toute la longueur de l'échangeur et évitant qu'une dépression prenne naissance dans la partie "sous le vent" de l'échangeur (moitié de droite de la cheminée si le vent vient de la gauche). Cette paroi peut bien entendu être plus haute ou plus basse que les poteaux 18. Du point de vue de la structure de l'échangeur, et conformément à une autre caractéristique de l'invention, on prévoit avantageusement que l'ossature 19 de support des parois latérales 13 et de l'ensemble d'éléments échangeurs 5 est de forme générale triangulaire et prend appui au sol, par l'intermédiaire d'assises en béton (non représentées), d'une part par sa pointe inférieure 20 et d'autre part par une ligne de poteaux latéraux 21 disposés h un écartement transversal (ou empattement) tel que la poids de ces parois latérales agisse en porte-à-faux sur lesdits poteaux et que les forces de traction sur les fondations à la pointe 20 soient pratiquement éliminées. A titre d'exemple, la largeur hors-tout de l'échangeur étant de 91 mètres, l'empattement ou écartement entre les deux lignes de poteaux 21 est de 70 mètres. Ce mode de construction permet d'avoir une structure particulièrement légère, notamment d'un poids inférieur de quelque 20 s par rapport au poids des structures classiques, avec des vlumes de fondations relativement peu importants. On obtient en outre l'avantage que les efforts du vent transversal agissant sur les parois latérales sont transmis par le chemin le plus court d l'appui central 20 ; on obtient d'autre part une parfaite rigidité des parois latérales 13 jusqu'd leur sommet. Enfin, dans le mode de réalisation des figures 6a et 6b, on a représenté d titre de variantes des structures utilisables également pour des échangeurs dans lesquels les éléments d'échange 5 sont disposés conformément à la description qui précède (figure 6b) ou même, de façon classique, suivant un plan pratiquement horizontal (figure 6a). Dans ce cas, les ossatures 22 des parois latérales inclinées 13 sont encore de forme triangulaire, mais à pointe dirigée vers le haut, et sont encore en porte-à-faux sur une ligne de poteaux latéraux 23, de sorte å soutenir la partie centrale de la structure 24 de support des éléments 5. Le mode de réalisation de la figure 6b est légèrement modifié par rapport à celui de la figure 6a, notamment dans l'angle 25 de raccordement entre les deux parties de structure 22 et 24, pour diminuer les contraintes dans cette zone. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ontkté plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Echangeur thermique de grande surface, notamment pour centrales thermiques, comprenant un ensemble d'au moins une couche d'éléments échangeurs disposés à la base d'une cheminée à conduit d'évacuation essentiellement vertical, et à l'intérieur desquels passe un premier fluide, notamment de l'eau à refroidir, ces éléments étant traversés d'autre part par un second fluide, notamment de l'air pénétrant dans la cheminée par sa base, sous lesdits éléments échangeurs, et suivant une direction horizontale ou approximativement horizontale, avec tout ensemble approprié assurant la circulation de ces deux fluides, caractérisé en ce que lesdits éléments échangeurs, vus de profil, sont disposés suivant une ligne qui s'étend essentiellement dans la zone où les filets d'air, passant d'un écoulement essentiellement horizontal à un écoulement essentiellement vertical, subissent leur changement de direction, et qui est inclinée de telle sorte que lesdits filets d'air traversent lesdits éléments en s'écoulant d'une façon générale normalement à ladite ligne. 2. Echangeur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite ligne suivant laquelle sont disposés les éléments échangeurs est une ligne droite ou à enveloppe droite dont la direction générale est inclinée d'environ 30 à 60 sur l'hori- zontale. 3. Echangeur thermique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite ligne est une courbe ou possède une enveloppe courbe, de genre parabolique ou analogue concavité dirigée vers le haut. 4. Echangeur thermique selon 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite ligne s'étend, de bas en haut, essentiellement depuis le sol ou une assise servant d'appui à l'extrémité inférieure de l'ensemble des éléments échangeurs, jusqu'à la base dudit conduit d'évacuation. 5. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux parties essentiellement symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan longitudinal vertical. 6. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois latérales du conduit d'évacuation sont inclinées vers l'intérieur. 7. Echangeur thermique selon l'une quelconque des reven dicationsprécédentes, caractérisé en ce qu'au moins un déflecteur incliné est disposé dans ledit conduit d'évacuation, à proximité et le long d'au moins une de ses parois latérales, de sorte à empêcher le vent d'être rabattu dans la cheminée, par son ouverture supérieure. 8. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le-profil -des parois latérales de la cheminée est essentiellement courbé, sa concavité étant dirigée vers l'extérieur. 9. Echangeurthermique selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que ledit déflecteur est également à profil courbé, sa concavité étant dirigée vers l'intérieur, de sorte qu'il forme, avec la paroi latérale correspondante, un genre de convergent-divergent propre à augmenter l'effet de cheminée. 10. Structure de support pour un échangeur thermique conforme à l'une quelconque des revendications précédentes et dans lequel les parois latérales dudit conduit d'évacuation sont inclinées vers l'intérieur, caractérisée en ce que, pour chacune des parois latérales et pour l'ensemble correspondant d'éléments échangeurs, l'ossature de support est élaborée sous une forme générale triangulaire en appui au sol d'une part par sa pointe inférieure, et autre part par l'intermédiaire d'une ligne de poteaux latéraux disposés à un écartement transversal (empattement) tel que le poids desdites parois latérales agisse en porte-à-faux sur lesdits poteaux et que les forces de traction sur les fondations soient pratiquement éliminées. 11o Structure de support pour un échangeur thermique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9 et dans lequel les parois latérales dudit conduit d'évacuation sont inclinées vers l'intérieur, caractérisée en ce qu'elle comporte, pour chacune des parois latérales, une ossature de support triangulaire en porte-à-faux sur une ligne de poteaux latéraux, et reliée à une ossature centrale de support dudit ensemble d'éléments échangeurs. 12. Structure selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisée en ce que la couche des éléments échangeurs est supportée en sa partie centrale par une ligne axiale de poteaux pouvant servir également de montants de support pour une paroi séparatrice verticale.