Brevet FR2322344A1 — publié le 19770325

t' invention se rapporte à une tour de réfrigération qui comporte des zones humides réparties à distance sur sa section et dans lesquelles sont disposés des éléments de garnissage en chicanes dont la surface est arrosée par lteau devant Etre refroidie et transmettant sa chaleur à de ltair de refroidissement en circulation dans la tour. Un échange combiné de matière et de chaleur (évaporation et convection)provoque-le refroidissement de l'eau dans ces tours appelées aussi tours de réfrigération par voie humide. Dans ces dernières, 11 eau devant être refroidie est dirigée dtabord sur un dispositif de distribution et de là, elle est répartie uni formément sur la section d'échange de chaleur qui comporte des éléments de garnissage en chicanes présentant des surfaces d'écou- lement de l'eau. Il se produit dans cette section d'échange un contact intime avec 11 air de refroidissement que lteffet de cheminée des tours de réfrigération à tirage naturel fait circuler. Ces tours comportent un dispositif capteur de gouttelettes destiné à empêcher le courant d'air d'entratner ces dernières mécaniquement, ce dispositif éliminant les gouttelettes de I1 air à sa sortie et les renvoyant à l'intérieur de la tour. les tours connues de réfrigération par voie humide et en particulier celles qui ont une relativement grande capacité et donc une grande hauteur, par exemple de 100 m et davantage, ont l'inconvénient majeur que ltair humide de refroidissement qui en sort provoque dans certaines conditions climatiques, et plus particulièrement en hiver, des buees qui forment un brouillard dans l'atmosphère aux environs de la tour. Ces brumes sont toutefois très g8nantes pour la circulation sur route, des chemins de fers et aérienne. De plus, ces brumes réduisent le rayonnement solaire dans lsenvironnement des tours de réfrigération.Des brumes peuvent aboutir à des couches nuageuses dangereuses en présence de formations topographiques spéciales ou de couches atmosphériques à inversion. Une solution connue à ce problème de l'élimination des buées a consisté jusqu'à présent en la mise en oeuvre de tours de réfrigération dites à voie sèche qui remplacent les tours à voie humide. L'eau devant etre refroidie circule dans un réseau tubulaire fermé et l'air qui balaie les parois tubulaires la refroidit dans ces systèmes dits à voie sèche. La convection est seule a transférer la chaleur de l'eau à 11 air et aucun échange de matière (évaporation) ne se produit entre les deux fluides. t'air de refroidissement n1 est donc pas humidifié, car il n'absorbe que de la chaleur sèche. Donc, aucune formation de brouillard ne se produit dans l'atmosphère à la sortie de l'air de ces tours, mdme en présence de conditions climatiques extrêmes, car cet air ne contient qu'unie faible humidité relative. Mais les tours de réfrigération à voie sèche ont des inconvénients considérables qui sont en particulier qu'elles sont peu rentables, qu'elles exigent de grands investissements et qu'elles ont un fort encombrement, car leur volume est approximativement quatre fois plus grand que celu d'une tour de réfrigé ration par voie sèche-de même capacité. On a tenté de subdiviser le refroidissement en un processus à vo:e sèche et un processus à voie humide et de l'exécuter dans une tour de réfrigération à ventilateur. La section d'échange de chaleur de ce mode de réalisation est subdivisée en plusieurs zones humides comportant des éléments de garnissage en chicanes et en zones sèches à échangeurs de chaleur dans lesquels circule aussi l'eau devant être refroidie, ces zones étant juxtaposées en alternances. Ces tours consistent donc en une combinaison d'une section à voie sèche et d!une section à voie humide et de l'air refroidit l'eau chaude dans les deux groupes de zones.Ainsi, l'eau chaude est refroidie dans un groupe de zones par échange de matière et de chaleur (évaporation et convection) et dans l'autre groupe de zones, exclusivement par échange de chaleur (convection). t'air sortant des zones sèches au-dessus des sections d'échange de chaleur se mélange avec celui. qui sort des zones humides en devant éviter ainsi la formation de buée à la sortie de la tour. tes tours à ventilateur ont cependant une capacité limitée. On tend toutefois à n'utiliser qu'unie seule tour de réfrigération par bloc dans les centrales actuellement nécessaires de production d'énergie en raison des multiples gnes causées à l2environnement, par exemple de l'encombrement et du bruit. Une autre raison est qu'on tend si possible à réduire l'appareillage mécanique affecté aux circuits tubulaires nécessaires. Bes capacités actusllement nécessaires de réfrigération ne peuvent être fournies que par les tours à voie humide lorsqu'il est exigé qu'une seule tour soit prévue pour un bloc. La technologie moderne de construction permet d'ériger des tours de réfrigération à tirage naturel ayant un diamètre et une hauteur considérables. ta création de la force ascensionnelle nécessaire dans la cheminée de la tour permet de faire circuler les grandes masses d'air nécessaires au refroidissement de l'eau chaude. L'invention a pour objet une tour de réfrigération à tirage naturel permettant d'empecher la formation de buée à sa sortie dans i'air amblant lorsque la température et/ou l'humidité de conditions climatiques extrêmes l'exigent, cette tour évitant toutefois les inconvénients des modes de réalisation décrits des totirs à tirage naturel. Selon une particularité essentielle de l'invention, la section déchange de chaleur qui comprend les éléments de garnissage en chicanes est subdivisée en plusieurs zones humides balayées par tirage naturel et entre chaque groupe de deux desquelles est disposée une zone sèche séparée par des cloisons des zones humides voisines, chaque zone sèche comprenant au moins un ventilateur destiné à faire circuler l'air de refroidissement et au moins un échangeur de chaleur dans lequel circule l'eau devant être refroidie et dans lequel cette dernière transfère la chaleur indirectement à l'air de refroidissement. La circulation forcée de ltair ambiant dans les zones sèches, conformément à l'invention, provoque le mélange,audessus de la section d'échange de chaleur, d'air en excès avec l'air humide de refroidissement, de sorte que même lorsque l'air ambiant est dans des conditions climatiques présentant certainsris- ques à la sortie de la tour, aucune brume ne peut s'y former. la circulation forcée de l'air complémentaire chauffé dans les zones libres produit uile poussée qui améliore le déplacement de Irai d'évacuation et qui, ainsi, conformément à l'invention, permet d'obtenir un bon effet de force ascensionnelle qui est essentiel aux tours de réfrigération a tirage naturel pour qu'elles fonctionnent correctement. tes ventilateurs produisent en complément de la force ascensionnelle normale une élévation de pression qui compense la perte supplémentaire de pression pendant le mélange des flux d'air dans la cheminée de la tour. tes zones libres peuvent être plus petites, ou au maximum de mimes dimensions qUe les zones humides, de sorte que l'encombrement d'une tour de réfrigération selon l'invention peut être notablemenf éduit par rapport à une tour fonctionnant uniquement par voie sèche et ayant la même capacité de réfrigération, la formation de buée à la sortie de l'air étant toutefois évitée. Il est essentiel que les conditions dans lesquelles s'effectue 11 aspiration et que la pression soient partout les mees à l'entrée de l'air pour permettre à ce dernier de circuler correctement dans une tour de réfrigération à tirage naturel et, en conséquence, selon un mode de réalisation avantageux, conforme à l'invention, les dispositifs d'admission d1air dans les zones libres comportent des registres réglables. Il peut aussi être utile de provoquer l'étranglement voulu du flux d'air auxi- liaire aspiré dans les zones libres par-des panneaux souples constituant des amortisseurs phoniques et réalisés en matière d'absorption du bruit, par exemple de laine minérale à rideaux de fibres. les ventilateurs peuvent être disposés dans le fond des zones sèches ou avantageusement sur des dalles intermédiaires, selon le mode de réalisation de la tour de réfrigération à tirage naturel, par exemple à courant transversal ou à contre-courant. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels les figures la et lb sont une coupe axiale partielle et une coupe transversale partielle, selon les lignes Ia-In et Ib-Ib, respectivement, d'un mode de réalisation dtune tour de réfrigération à tirage naturel à contre-courant, la coupe de la figure I b étant décalée par rapport à celle de la figure 1 ; la figure lc est une coupe axiale partielle de détail d'un échangeur de chaleur d'une zone sèche ; et les figures 2a et 2b sont une coupe axiale partielle schématique et une coupe transversale partielle, selon les lignes IIa-IIa et IIb-IIb, respectivement, d'un mode de réalisation d'une tour de réfrigération à tirage naturel, à courant transversal, la représentation de la figure 2b étant décalée par rapport à celle de la figure 2a. Ia tour 1 des figures 1a et lb conçue pour fonctionner à contre-courant comprend essentiellement un bassin 2 d'eau froide noyé dans le sol, des secteurs 3 comportant des éléments 4 de garnissage en chicanes, un dispositif surjacent 5 de déversement de liteau devant être refroidie, un capteur 6 de gouttelettes disposé entre les gouttières de ce dispositif ainsi que des secteurs secs 7 disposés entre les secteurs humides 3 et comprenant des ventilateurs et des éléments 9 d'échange de chaleur montés sur une maçonnerie 10 de support, et une cheminée Il de tirage. le conduit 12 d'arrivée de l'eau chaude débouche dans une chambre 13 de tranquillisation avec laquelle le dispositif 5 de déverse- ment destiné à distribuer l'eau sur les secteurs secs ainsi que les éléments 9 échange de chaleur communiquent par des conduits i4, 14a, 14b. tes entrées d'air des secteurs humides portent la référence 15. tes secteurs secs 7; qui, dans l'exemple de réalisation représenté, ont la même section que les secteurs humides 3 et sont séparés de ceux-ci par des cloisons 16, comportent des dispositifs 17 d'admission d'air formés de registres réglables. Il est préférable de monter plusieurs ventilateurs dans chaque zone sèche (voir figure 1b) dans les tours de réfrigération à grand diamètre, par exemple d'environ 100 m et davantage, et de sections importantes correspondantes des zones sèches. les ventilateurs comportent avantageusement un disposi tif de refoulement de l'air en diffuseur 8a de manière que le jet d'air émergeant parvienne dans la cheminée il de la tour en étant dirigé afin d'y produire un meilleur mélange avcc l'air humide évacué. Il est par ailleurs avantageux de monter les ventilateurs 8 dans des dalles intermédiaires 18 de telle manière que les ventilateurs comportent un dispositif d'admission 8b en tuyère sur le coté aspiration afin de permettre l'arrivée de l'air de refroidissement devant être refoulé avec de faibles pertes de pression. te bassin 2 d'eau froide constitue dans ce mode de réalisation un collecteur commun des zones humides et sèches. les soutènements 10 des éléments 9 d'échange de chaleur sont tubulaires de manière à éviter les phénomènes de corrosion et de buée à l'intérieur des zones sèches, de sorte que l'eau refroidie peut dtre évacuée de ces éléments directement dans le bassin 2 par des trous non représentés des parois tubulaires. La figure lc représente un mode de réalisation avantageux d'un élément 9 ou 9' d'échange de chaleur. Cet élément peut consister par exemple en plaques 9a d'assemblage de tubes sur lesquelles sont rapportées des chambres 9b d'eau, plusieurs rangées de tubes 9c à ailettes étant disposées entre ces plaques à 1'intérieur d'un chassies 9d. L'air de refroidissement circule en courant transversal entre les rangées de tubes. Les différents éléments d'échange de chaleur communiquent par une extrémité avec une arrivée dieau chaude et, à l'autre, avec une évacuation. tes éléments d'échange de chaleur sont échelonnés en hauteur dans les zones sèches des figures la et lb. Ainsi, l'air arrive mieux dans les différents éléments. les composants de la. tour de réfrigération à tirage naturel et à courant transversal représentée sur les figures 2a et 2b portent les mêmes références, mais avec un signe prime, que les composants ayant la meme fonction dans le mode de realisa- tion des figures la et lb. A la différence d'une tour de réfrigération à tirage naturel et à contre-courant, l'air de refroidissement ou 11 air auxiliaire pénètre horizontalement dans une tour à courant transversal.Celle-ci comporte à la partie inférieure un espace annulaire 20 dans lequel les zones humides 3r et les zones sèches 7' forment des chambres alternées qui sont séparées par des cloisons 16'. tes éléments 7t d'échange de chaleur de cet exemple de réalisation sont disposés en chevrons sur la maçonnerie d'appui 10' afin de mieux utiliser la section disponible des zones sèches. te mode de fonctionnement des tours représentées est le suivant : lorsque l'état climatique de ltatmosphère ambiante des tours de réfrigération I ou 1' ne risque pas de provoquer la formation de buée dans ltair évacué, la tour est exploitée en mode humide et les ventilateurs 8 ou 8' sont à l'arret. te mode de fonctionnement d'une tour de réfrigération à voie humide et à tirage naturel étant bien connu, il ne sera pas décrit plus en détail. Lorsque cependant les conditions climatiques de llat- mosphère en ce qui concerne la température et lthumidité font courir le risque de formation d'un rideau de nuages à la sortie de l'air de la tour, les ventilateurs sont mis en service et de lXair ambiant est dirigé sur les zones sèches de manière à etre échauffé par échange indirect de chaleur avec l'eau devant entre refroidie. le débit de cet air auxiliaire peut se régler par exem ple par la vitesse de rotation des ventilateurs ou par positionne- ment correspondant des registres des dispositifs d'admission d'air. il est aussi possible de faire circuler l'eau devant etre refroidie d'abord dans les éléments d'échange de chaleur des zones sèches, puis de la diriger dans les dispositifs de déversement des zones humides. il va de soi que diverses autres modifications peuvent être apportées aux tours de réfrigération décrites et représentées sans sortir du cadre de l'invention. ~VENDICATIONS Tour de réfrigérlGion à section d'échange dc chaleur dans laquelle l'air de refroidissement est mis en contact direct avec l'eau devant tre refroidie dans des chicanes à ruissellement, et a au moins un dispositif de déversement qui répartit l'eau sur la section de ces chicanes, ladite tour comprenant au moins un collecteur de gouttelettes et étant caractérisée en ce que la section d'échange de chaleur qui comprend les chicanes à ruissellement est subdivisée en plusieurs zones humides balayées par tirage naturel et entre chaque groupe de deux desquelles est disposée une zone sèche qui est séparée des zones humides voisines par des cloisons, chaque zone sèche comprenant au moins un ventilateur de refoulement de l'air de refroidissement et au moins un échangeur de chaleur parcouru par l'eau devant être refroidie et destiné à la transmission indirecte de la chaleur de l'eau à l'air de refroiadissement. 2. Tour de réfrigération selon la revendication 1, caractérisée en ce que, lorsque sa section est circulaire, les zones humides et sèches ont la forme de secteurs. 3. Tour de réfrigération selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque zone sèche comporte plusieurs ventilateurs montés sur des dalles intermédiaires. 4. Tour de réfrigération selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ventilateurs des zones sèches sont fixés sur le sol de ces dernières. 5. Tour de réfrigération selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ventilateurs comportent un dispositif de sortie de l'air en diffuseur. 6. Tour de réfrigération selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ventilateurs comportent un dispositif d'admission en tuyère. 7. Tour de réfrigération selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur disposé dans chaque zone sèche est en plusieurs éléments comportant des conduits séparés d'admission de l'eau devant être refroidie, ces éléments prenant appui sur des soutènements tubulaires qui constituent également des conduits d'écoulement de l'eau refroidie. 8. Tour de réfrigération selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits éléments sont échelonnés en hauteur. 9. Tour de rdfrigération selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits éléments sont disposés en chevrons. 10. Tour de réfrIgération selon la revendication 1, caractérisée en ce que les échangeurs de chaleur disposés dans les zones sèches sont alimentés en eau devant etre refroidie par les dispositifs de déversement des zones humides. 11. Tour de réfrigération selon la revendication 1, caractérisée en ce que les échangeurs de chaleur disposés dans les zones sèches sont alimentés directement en eau devant être refroidie qui est dirigée ensuite dans un bassin collecteur et, de là, sur les dispositifs de déversement des zones humides. 12. Tour de réfrigération selon la revendication 1, caractérisée en ce que des dispositifs d'admission d'air montés dans le mur de la tour et destinés aux zones sèches comportent des registres réglables. 13. Tour de réfrigération selon la revendication 1, caractérisée en ce que les dispositifs d'admission d'air comportent des panneaux souples constituant des amortisseurs phoniques.