Brevet FR2331762A1 — publié le 19770610

La présente invention concerne un réfrigérant at-osphisi- que & cheminée de tirage naturel dans lequel un fluide, par exemple de l'eau, est refroidi directement (réfrigérant "humide") et/ou indirectement (réfrigérant "sec") par l'air atmosphérique. Dans les réfrigérants humides, le fluide liquide, tel que l'eau, est refroidi directerent par l'air atmosphérique, ce liquide étant distribué à la partie supérieure d'un corps d'échange constitué généralement de plaques ou de feuilles planes ou ondulées, ou de grilles de formes diverses sur lesquelles le liquide ruisselle et/ou rebondit avec éclaboussement, tandis que le flux d'air atmos- phérique qui pénétré par les orifices d'entrée d'air & la base du réfrigérant circule dans le corps d' échange soit en sens inverse du sens d'écoulement du liquide, soit perpendiculairement & cette direction. Le liquide et l'air se meuvent l'un par rapport & l'autre à contre-courants dans le prenier cas, en courants croisés dans le second cas. Dans les réfrigérants secs, le fluide, qui est liquide, gazeux ou en cours de condensation, traverse un échangeur & contact indirect ctest- & dire que comporte une paroi imperméable qui l'iso- le de l'air atmosphérique. Un tel échangeur est constitué, par exem- ple, de batteries de tubes métalliques à ailettes parcourus int4- rieurement par le fluide A refroidir. I1 existe également des réfrigérants "mixtes" comportant ) la fois des corps d'échange à contact direct et à contact indirect. Dans le réfrigérant faisant l'objet de la présente invention, le flux d'air est mis en circulation dans le corps d'échange par le tirage naturel d'une cheminée, assisté ou non de ventilateurs qui sont soit situes & la périphérie du réfrigérant et soufflent l'air ambiant & travers le corps d'échange, soit situés à l'intérieur de la cheminée et aspirent l'air chauffé sortant du corps d'échange. Par leurs ventilateurs et, pour les réfrigérants humides, par la distribution et la chute de l'eau, les réfrigérants engendrent du bruit, qui constitue une nuisance pour l'environnement etdoit souvent, dis lors, être réduit. Le bruit des réfrigérants est émis dans l'environnement par les orifices d'entre d'air et par ceux de sortie d'air. Lorsque aucune mesure d'insonorisation n'est prise, le bruit rez au sol et provenant des orifices de sortie d'air est négligeable de- vant celui provenant des orifices d'entrée d'air. Lorsque des contraintes acoustiques de protection de l'en- vironnement sont imposées, des mesures sont prises pour réduire le bruit émis par les entres d'air, telles le placement devant les entrées d'air de silencieux passifs, constitués de panneaux absorbant le bruit. Lorsque ces contraintes sont sévères, le niveau de pression sonore au sol, ou à hauteur des habitations, causé par l'émission sonore des orifices de sortie d'air est parfois trop élevé, ce qui nécessite de prendre des mesures destinées à réduire l'émission sonore vers le sol des bouches de sortie d'air. Un moyen évident pour réduire ce bruit consiste dans le placement de silencieux passifs (panneaux absorbants disposés pa rallèlement au flux d'air) au-dessus du corps d'échange du réfrigé- rant, sur toute la section de la cheminée.Un tel procédé est très peu avantageux, parce que ces silencieux, couvrant une grande sur face (quelques milliers de mètres carrés pour les puissances de ré- frigération actuelles) sont très coûteux en eux-semes et parce qut ils ont des pertes de charge au passage de l'air relativement éle vées, accroissant les frais d'investissement par l'accroissement de la hauteur de la cheminée et/ou la puissance des groupes moto-ven- tilateurs installés, et/ou accroissant les frais d'exploitation par l'augmentation de la puissance consolée aux ventilateurs Ces silencieux posent également de gravesproblmes technologiques par la tenue en atmosphère chaude sursaturée des divers éléments les constituant, et des problèmes d'entretien relatifs au colmatage des panneaux par la poussière et les algues et à l'obstruction des passages d'air. Enfin, un tel procédé d'atténuation est peu judicieux parce qu'il affecte la totalité de la puissance sonore émise par les bouches de sortie d'air du réfrigérant, alors que la majeure partie de cette puissance est rayonné vers le ciel où elle est progressivement absorbée sans gêner quiconque. Le but de la présente invention est de réduire la partie gênante du bruit rayonné par les bouches de sortie d'air, c'est- & dire la partie du bruit rayonnée à l'intOrieur de la cheminée, à sa base, en aval du corps d'échange et des groupes moto-ventilateurs éventuels, vers les bouches de sortie d'air et rabattu vers le sol. Pour ce faire, une analyse très poussée des phénomènes en jeu a été nécessaire; la propagation du bruit & l'intérieur des cheminées des réfrigérants et l'émission par les bouches de sortie d'air ont fait l'objet d'études théoriques et expérimentales approfondies. Des campagnes de mesures ont été faites sur site, consistant à mesurer les niveaux de bruit à l'intérieur des cheminées (dont les hauteurs et les diamètres sont de 11 ordre de quelques dizaines à plus de cent mètres), en de multiples points d'altitudes et de coordonnées radiales diverses, et à la couronne (extrémité supérieure renforcée) des cheminées, par des microphones omnidirectionnels et des microphones directifs.D'autres études ont été faites sur modèles réduits, au moyen d'ultra-sons; les techniques les plus élaborées d'essais en impulsions ultrasonores ont été exploitées. L'objet de l'invention est une tour de réfrigération à cheminée de tirage naturel, assistée ou non de ventilateurs soufflants ou aspirants, caractérisée en ce que la cheminée est garnie intérieurement, sur une partie de sa hauteur, d'un revêtement cons titubé d'un matériau absorbant le bruit, de manière à réduire l'albédo acoustique de la paroi. Ce dispositif permet de réduire le bruit de quelques décibels à une dizaine de décibels environ. L'invention va être décrite ci-après en se référant aux dessins joints sur lesquels - la Fig. 1 montre schématiquement la propagation du bruit à l'intérieur et à l'extérieur d'un réfrigérant atmosphérique à cheminée de tirage naturel; - les Fig. 2 et 3 sont des vues schématiques, respectivement en élévation et en plan, d'un réfrigérant atmosphérique suivant l'invention. L'étude de la propagation du bruit dans les réfrigérants atmosphériques a montré qut & l'intérieur de la cheminée, les ondes sonores sont soumises aux réflexions par les parois, généralement en béton, de la cheminée, à l'absorption par 11 atmosphère intérieure de la cheminée, chaude et sursaturée en humidité, et à la réfraction due aux gradients de température et aux gradients de vitesse d'air.A l'émission par les bouches de sortie d'air, les ondes sonores sont soit diffractées par la couronne de la cheminée, soit rayonnées directement dans l'atmosphère où elles subissent les lois complexes de la propagation dans 1'atmosphère. Ce sont les ondes diffractées le long de la couronne de la cheminée qui sont responsables du bruit arrivant au voisinage du sol et provenant de l'ori- fice de sortie dtair du réfrigérant. Cette couronne rayonne vers l'extérieur les ondes sonores qu'elle reçoit de l'intérieur de la tour.Etant donné que le diamètre de l'orifice de sortie correspond normalement à une longueur d'onde infrasonore, nettement supérieure à celle du bruit préoccupant, la couronne du réfrigérant agit comme un écran diffractant vers l'extérieur les ondes sonores provenant de l'intérieur du réfrigérant, sans qu'il y ait un comportement d1 ensemble de cette couronne vis-A-vis des ondes acoustiques se propageant dans la cheminée. La figure 1 montre schématiquement la propagation du bruit à l'intérieur de la cheminée 1 d'un réfrigérant et b l'extérieur du réfrigérant vers un point de mesure P. Sur ce dessin, 2 désigne la couronne de la cheminée 1, 6 désigne des ventilateurs,7 désigne des atténuateurs de bruit passifs d'entrée d'air et 9 désigne le garnissage intérieur du réfrigérant, c'est-a-dire l'ensemble corps d'échange, système de distribution d'e-au et séparateur de gouttes. Les trajets des ondes sonores sont dessinés rectilignes alors qu'en réalité les réfractions peuvent les incurver. Etant donné la symétrie de révolution on peut se contenter d'examiner les phénomènes dans un plan diamétral. Soit B le point de la couronne 2 émettant, en tant que source secondaire de diffraction, vers le point de mesure P.Le point B reçoit des ondes sonores provenant d'un plan situé à la base de la cheminée, et constitué généralement par le séparateur de gouttes situé à la partie supérieure du garnissage 9, soit par transmission directe, soit après une ou plusieurs réflexions sur les parois de la cheminée. Soient Ao, Al et A2, par exemple, trois points émetteurs dont les ondes sonores atteignent le point B, puis le point P. Les ondes de la source Ao atteignent directement le point B, celles de la source Al atteignent le point B après une réflexion sur la paroi et les ondes de la source A2 atteignent le point B après deux réflexions successives. L'angle ct que forme le trajet sonore caractérise l'efficacité de la cheminée en tant qatécran; cette efficacité-est d'autant plus petite que cet angle OC est plus grand, ou que l'angle P formé sur l'horizontale par le rayon arrivant au point B, de l'intérieur de la tour, est petit.On voit que plus l'angle t est petit, plus l'onde sonore arrivant au point B a subi de réflexions et a donc parcouru un trajet plus long, dans un mi- lieu absorbant. En conséquence, quand l'angle ss croît à partir de 00, l'énergie sonore transmise du point B vers le point P commence par croitre, atteint un maximum, puis décroît. Cette variation de 1'énergie transnise vers le point B dépend notaiment des lois de la diffraction, du profil, généralenent hyperbolique, de la cheminée, dont la courbure détermine les angles de réflexion, et des caractéristiques du milieu interne de la cheminée (air chaud sursaturé en mouvement). Sur la base de cet enseignement de 11 étude du comportement acoustique des cheminées de réfrigérants, a été conçu un moyen de réduction du bruit propagé vers le sol depuis les bouches de sortie d'air des réfrigérants. Suivant l'invention, la paroi interne de la cheminée d'un réfrigérant est garnie dtun revêtement en un maté- riau absorbant le bruit, placé 9 la hauteur adéquate pour atténuer les réflexions des ondes sonores qui, sans cela, seraient la cause de la majeure partie du bruit rabattu vers le sol par la couronne. Sur les figures 2 et 3, la coque d'une cheminée du réfrigérant, en voile mince de béton est représentée en 1. Sur ces dessins, 2 désigne la couronne de la cheminée, 3 désigne le corps d'é- change direct eau/air, 4 désigne le système de distribution d'eau au corps d'échange, 5 désigne le séparateur de gouttes, 6 désigne les ventilateurs avec leurs soto-réducteurs, et 7 désigne les atténuateurs de bruit passifs d'entre d'air. Suivant l'invention, la paroi intérieure de la cheminée est garnie sur une partie de sa hauteur d' un revêtement 8 en matière absorbant le bruit.Ce revêtement absorbant est avantageusement centré sur le cercle correspondant à l'angle P caractéristique du maximum d'énergie sonore rabattue vers le point critique au sol, ctest- & dire celui d'où émanent les dernières réflexions des ondes sonores gênantes atteignant la couronne. La largeur du revêtement absorbant, ainsi que son épais- seur et sa constitution sont déterminées par la réduction de bruit requise. Dans un exemple de forme de réalisation, le revêtement absorbant est formé de panneaux de 40 la d'épaisseur constitués d'un aggloméré de particules d'élastomère, et armé d'un treillis witil- lique noyé dans la masse absorbante; ce revêtement est ancré dans le voile de béton au moyen de pièces métalliques accrochées au treillis des panneaux. Le revêtement absorbant peut aussi être constitué d'autres matériaux absorbant le bruit, notamment de matelas de laine de roche dont les fibres sont hydrofugées, et contenus, par exemple,dans des caissons en tôle d'aluminium perforée. La fixation du revêtement sur la paroi interne de la cheminée peut aussi être réalisée d'autre façon que celle décrite plus haut, par exemple, par collage ou par enclave dans des rebords en beton. Le revêtement absorbant peut être ouvert, c'est-à-dire qu'il ne doit pas faire complètement le tour du réfrigérant; il est alors placé du caté de la tour le plus éloigné par rapport à la direction suivant laquelle le bruit doit être réduit. La longueur circonférentielle de la bande peut etre de 135e par exemple, voire 900 ou même nettement moins. Dans des variantes de formes de réalisation, le revêtement absorbant peut s1 étendre vers le bas à partir de la couronne ou, lorsque la cheminée présente un col, être située au niveau du col, ou encore & tout niveau judicieux compris entre le séparateur de gouttes et la couronne. Il va de soi que la cheminée du réfrigérant pourrait comporter plusieurs bandes absorbantes situées à des niveaux différents. REVENDICATIONS 1 - Réfrigérant atmosphérique comprenant une cheminée 1 de tirage naturel ayant une couronne 2 de sortie d'air et à la base de laquelle est situé un corps 3 d'échange eau/air, caractérisé en ce que la paroi intérieure de la cheminée 1, sur au moins une partie de sa hauteur comprise entre le corps d'échange 3 et sa couronne 2 de sortie d'air, est garnie sur au moins une partie de son pourtour d'un revêtement 8 en une matière absorbant le bruit. 2 - Réfrigérant atmosphérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement de matière absorbant le bruit est centré au niveau du lieu géométrique des points des dernières réflexions des ondes sonores genantes sur la paroi de la cheminée avant d'atteindre la couronne de celle-ci. 3 - Réfrigérant atmosphérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement de matière absorbant le bruit est constitué de panneaux d'agglomérés de particules d'élastomère, armés d'un treillis métallique noyé dans la masse absorbante. 4 - Réfrigérant atmosphérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement de matière absorbant le bruit comprend un matelas de laine de roche à fibres hydrofugées. 5 - Réfrigérant atmosphérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement de matière absorbant le bruit est constitué de plusieurs bandes disposées à des niveaux différents.