Brevet FR2360043A1 — publié le 19780224

La présente invention concerne les tours seches de refroidissement, c'est-à-dire les tours dans lesquelles le fluide a refroidir circule dans au moins un circuit de refroidissement qui est étanche par rapport à l'air de refroidissement aspiré dans la tour, par effet de tirage naturel et/ou sous l'action d'organes pulsants. Les tours de refroidissement sont utilisées pour dissiper de très importantes quantités de chaleur à partir de fluides dont la température à l'entrée de la tour est relativement basse et généralement inférieure a 100duo Etant donné que la différence de température du fluide à refroidir peut être relativement faible entre l'entrée et la sortie de la tour, les surfaces d'échange de chaleur à prévoir peuvent être corrélativement considérables et cela crée des problèmes délicats en ce qui concerne la réalisation desdits échangeurs-refroidisseurs. La présente invention crée des échangeurs particuliers qui permettent de tenir compte des problèmes exposés ci-dessus et qui rendent possible une fabrication en grande série et bon marché, tout en présentant des qualités d'échanges thermiques les rendant particulièrement aptes à remplir les fonctions auxquelles ils sont destinés. L'invention permet en outre de faire varier dans une très large mesure la capacité de refroidissement d'une tour réalisée à partir des échangeurs de l'inventionO Conformément à l'invention, le refroidisseur pour tour sèche de refroidissement dans lequel les tubes du faisceau sont munis de dissipateurs et débouchent dans des boîtes collectrices est caractérisé en ce que la distance entre les boîtes collectrices est comprise entre 15 et 100 fois la profondeur du faisceau qui est traversé par l'air de refroidissement. De nombreuses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 est un schéma d'une tour sèche de refroidissement faisant application de l'invention. La fig. 2 est une perspective schématique d'un des refroidisseurs de la tour de la fig. 1. La fig. 3 est une élévation partie en coupe de l'ensemble d'un groupe de refroidisseurs. La fig. 3a est une élévation analogue à la fig. 3 et illustrant une caractéristique particulière. La fig. 4 est une élévation de face d'un refroidisseur illustrant une caractéristique particulièreo La fig. 5 est une élévation latérale d'un refroidisseur illustrant une autre caractéristique. La fig. 6 est une perspective schématique éclatée d'un refroidisseur contenant les caractéristiques des refroidisseurs des fig. 4 et 5. La fig. 7 est une perspective schématique partielle illustrant des caractéristiques supplémentaires de l'invention. La fig. 1 illustre une tour sèche de refroidissement désignée dans son ensemble par 1, cette tour comporte une charpente ajourée 2 servant de support à une coque 3 constituée pour former une cheminée. Des échangeurs-refroidisseurs sont disposés entre le sol et la base de la coque 3, de préférence autour de la charpente 2 et ils sont alors désignés par A. Des échangeurs-refroidisseurs peuvent aussi être disposés sensiblement suivant une section droite de la coque 3 au voisinage de sa base et alors ils sont désignés par A1. La tour 1 peut comporter seulement des échangeurs A ou seulement des échangeurs À1, ou en combinaison des échangeurs A et des échangeurs A1. Le fluide à refroidir peut être un liquide ou une vapeur. Ce fluide parcourt un des circuits des échangeurs A, A1 et l'air de befroidissement traverse un autre circuit desdits échangeurs, sensiblement comme illustré par les flèches de la fiv.1. L'expression tour sèche" n'exclut pas la possibilité qu'il y a de projeter ou de pulvériser sur les refroidisseurs, dans leurs circuits traversés par l'air de refroidissement, un fluide notamment de l'eau. Le tirage de la tour 1 dont la coque 3 présente avantageusement la forme d'un hyperboloide de révolution, peut être un tirage naturel du aux caractéristiques géométriques de cette tour et à la différence de température de l'air qui y entre et qui en sort. Le tirage-peut être dû aussi, par exemple à titre de complément, à des organes mécaniques,tbls que des turbines, des ventilateurs et analogues. -Dans ce qui suit, il n'est parlé que des refroidisseurs A mais tout ce qui en est dit s'applique de la même façon aux refroidisseurs h1. Les refroidisseurs A que comporte la tour sont constitués par des échangeurs de chaleur comprenant tous des tubes 4 et des dissipateurs 5. Les tubes sont, de préférence, des tubes présentant en section sensiblement la forme d'un rectangle dont les petits côtés sont rectilignes ou arqués mais cela n'exclut pas la possibilité d'utiliser des tubes dont les sections ont d'autres formes, notamment circulaires ou ovales. Le terme "dissipateurs" signifie indifféremment des ailettes présentant des ouvertures dans lesquelles les tubes sont engagés, ou bien des intercalaires constitués par des bandes ondulées disposées entre les tubes et reliées à ceux-ci pour que le fluide chaud qui les parcourt cède une partie de ses calories qui sont donc dissipées par lesdites ailettes ou lesdits intercalaires. À la fig. 2, la flèche f1 indique le sens de circulation de l'air, P désigne la profondeur du faisceau, L sa largeur et H la hauteur utile du faisceau de chaque refroidisseur, le terme"faisceau"désignant l'ensemble des tubes et des dissipateurs. Suivant une caractéristique importante de l'invention, la hauteur H est grande par rapport à la profondeur P du fais ceau, cette hauteur étant comprise entre 15 et 100 fois la profondeur P; la largeur L est quelconque et définie essentiellement par des considérations constructives, de manutention et autres. Compte tenu de la grande hauteurs par rapport à la profondeur P, on constitue les faisceaux comme illustré a la fig. 2 au moyen de faisceaux-partiels a et b dont le nombre peut varier de 2 à 5 Aux fig. 2 et 3, seulement deux faisceaux partiels sont représentés. Les tubes 4 des faisceaux partiels sont engagés par leurs extrémités dans des plaques collectrices auxquelles ils sont reliés de façon étanche. Chaque faisceau partiel est muni d'une plaque collectrice 6 et une plaque intermédiaire 6a servant à relier les tubes 4. Lorsque plus de deux faisceaux partiels sont mis en oeuvre dans un même refroidisseur, les faisceaux partiels intermédiaires aux faisceaux partiels a, b comportent des plaques collectrices 6a. Pour permettre un démontage facile des faisceaux partiels, ils sont de préférence reliés de façon amovible avec interposition d'un joint d'étanchéité 7 présentant des trous 7a pour la mise en communication des tubes 4 des faisceaux partiels superposés. A leurs deux extrémités les refroidisseurs comportent des boites collectrices 8, respectivement 8a, dans lesquelles débouchent les tubulures d'alimentation et d'évacuation, telles que celles illustrées en 9, respectivement 9a. Il est avantageux que les tubulures 9, 9a débouchent latéralement dans les boîtes collectrices 8, 8a pour permettre que le dessus de ces botes soit plat, ce qui permet de superposer-éventuellement plusieurs refroidisseurs. La fig. 3 montre qu'il-est souvent avantageux que les boîtes collectrices 8 soient démontables et dans ce cas elles sont reliées à la plaque collectrice 6 correspondante par un joint d'étaschéité 10. Les plaques collectrices 6, Ga sont reliées par des joues latérales 11, lita. Les moyens pour la fixation des joues 11, 11a aux plaques collectrices et pour la fixation sur les plaques collectrices 6 des boîtes collectrices 8, 8a peuvent être réalisés de différentes façons. La fig. 7 montre que des vis-écrous ou boulons 12 peuvent etre prévus. Ces boulons peuvent être remplacés par des agrafes, des pinces, des rivets ou tous autres organes appropriés permettant d'obtenir les mêmes effets que les boulons 12. Il est avantageux que les boulons 12 ne fassent pas saillie au-delà des boîtes collectrices et la fig. 3 montre que des logements 13 peuvent être prévus pour l'encastrement de ces boulons. En ce qui concerne les joues 11, lia, elles présentent de préférence au moins une aile latérale 14 dont le bord extérieur est aligné avec le petit côté de la plaque collectrice correspondante, de sorte que des refroidisseurs contigus, tels que F , R2, R3 ... peuvent se toucher sur toute leur hauteur ou être disposés si prêts les uns des autres qu'il n'existe pas de trajets de fuites significatifs pour l'air de refroidissement devant traverser ces refroidisseurs. Les ailes 14 des joues 11, 11a peuvent être utilisées pour le montage d'écrans mobiles 15, par exemple, un rideau 16 tiré par un ressort 17 et enroulé sur un cylindre 18 au moyen d'un moteur 19. Les écrans 15 permettent d'occulter plus ou moins certains des refroidisseurs pour faire varier la capacité de refroidissement de la tour. Les joues 11 peuvent facilement être constituées par des profilés très résistants de sorte qu'elles contribuent à la résistance mécanique de l'ensemble et plus spécialement à la résistance à la flexion. En outre, les plaques collectrices intermédiaires 6a agissent comme des entretoises solidarisant les faisceaux partiels et les joues. Dans le cas od un problème de dilatation différentielle entre les tubes du faisceau et les joues peut se poser, les liaisons entre joues et plaques collectrices d'extrémité, et respectivement intermédiaires, peuvent entre avantageusement, au moins pour certaines d'entre elles, réalisées par des assemblages suceptibles de coulisser dans le sens de l'axe des-joues. Une autre solution à ce problème, illustrée & la fig. 3a,réside dans l'introduction dans la liaison entre joues et plaques collectrices de parties élastiquement déformables dans le sens de l'axe des joues, ces parties étant avantageusement constituées par des lames élastiques 14a, reliant au moins une extrémité de chaque joue à la plaque collectrice correspondante. Les plaques collectrices intermédiaires des faisceaux partiels peuvent aussi être assemblées par soudure autogène lorsqu'on désire encore renforcer la construction. il en est de même éventuellement des boîtes collectrices 8 et 8a sur les plaques collectrices 6. La fig. 2 montre que les refroidisseurs décrits ci-dessus sont reliés en parallèle entre un collecteur d'amenée 20 et un collecteur d'évacuation 21 par l'intermédiaire de vannes d'arrêt 22, 23. De préférence aussi un circuit de vidange 24 est prévu qui est contré par une vanne 25, ce circuit de vidange étant branché en amont de la vanne d'arrêt 23 menant au collecteur d'évacuation 21. Les vannes d'arret 22, 23, de même que le circuit de vidange 24,peuvent être prévus aussi entre des collecteurs principauxs non représentés, et les collecteurs 20 et 21 qui sont alors directement reliés aux refroidisseurs lorsque ceux-ci sont disposés par groupes entre lesdits collecteurs 20, 21. Dans la réalisation de la fig. 2, le fluide à refroidir s'écoule directement depuis le collecteur d'amenée 20 jusqu'au collecteur d'évacuation 21. Dans la réalisation de la fig. 4, le refroidisseur représenté comporte, à sa partie inférieure, une boîte 8a qui est munie d'une cloison transversale 26 et, par conséquent, le fluide à refroidir est amené à suivre dans le refroidisseur un trajet en épingle comme illustré en 27. Les collecteurs 20, 21 sont, dans cette disposition, placés à un iL veau plus bas que celui des refroidisseurs afin que ceuxci puissent être vidangés complètement lorsque les vannes d'arrêt 22, 23 de la fig. 4 sont fermées et que les vannes 25 et 25a des circuits de vidange 24 et 24a sont ouvertes. Â la fig. 5, la boîte collectrice inférieure 8a est munie d'une cloison longitudinale 28 de sorte que la circulation s'établit également en épingle comme montré en 29, mais dans le sens de la profondeur P du refroidisseur. Pour assurer une circulation dite méthodique, l'air traverse alors lesrefroidisseurs dans le sens de la flèche f3. Comme précédemment les collecteurs 20, 21 sont disposés à un niveau inférieur aux refroidisseurs pour permettre leur vidange complète. A la fig. 6, la boîte collectrice supérieure 8 comporte une cloison longitudinale 30 et une cloison transversale 34 pour délimiter trois compartiments 31, 32 et 33. L'autre boîte collectrice, en l'occurrence la boîte collectrice 8a, comporte de son côté une seule cloison transversale 34a pour délimiter deux compartiments 35, 36. Le compartiment 32 est relié au collecteur d'amenée 20 et le compartiment 33 au collecteur d'évacuation 21. Be trajet illustré en pointillés en 37 montre que le fluide à refroidir venant du compartiment 32 est amené dans le compartiment 36, puis est obligé, depuis celui-ci et en traversant de nouveau le refroidisseur, a gagner le compartiment 31 qui fait passer à nouveau le fluide à refroidir dans le refroidisseur pour outil atteigne le compartiment 35 et, enfin, le compartiment 33 après avoir circulé à nouveau dans le refroidisseur qui est ainsi séparé en quatre portions. Be trajet de l'air de refroidissement peut dans cette réalisation être celui indiqué par la flèche f4 ou par la flèche f5 pour réali- ser une circulation dite méthodique à deux passes frontales. Ainsi ou il ressort de ce qui précède, suivant les modes de réalisation des fig. 2, 4, 5 ou 6, le nombre de passes dans le refroidisseur pour le fluide è refroidir peut varier de 1 à 4. La fig. 7 illustre des caractéristiques propres à la répartition des tubes et des dissipateurs lorsque ceux-ci sont constitués par des ailettes 5. De préférence, ainsi qu'il est expliqué dans ce qui précède, les tubes présentent, en section sensiblement la forme d'un rectangle dont les petits cotés peuvent être arrondis. A la fig. 7, lorsque l'on considère les tubes en section, C 2 désigne leur longueur et C1 leur largeur Selon l'invention la largeur C1 des tubes est comprise entre 2,5 et 8 mm et le rapport C2 sur C1 est compris entre 4 et 16. De plus ltentraxe D1 entre deux rangées successives de tubes, en considérant le sens de circulation f6 de l'air est compris entre une et deux fois la longueur Codes tubes. Une caractéristique supplémentaire des refroidisseurs consiste, lorsque l'on considère la profondeur P des faisceaux de munir ceux-ci, de deux à sept rangées de tubes. Supplémentairement encore le pas D2 des tubes en façade est compris entre 2 et 12 fois la largeur C1 d'un tube et le pas t des ailettes, c'est-à-dire la distance qui les sépare, est compris entre 1,5 et 6 En ce qui concerne la disposition proprement dite des tubes, ceux-ci peuvent etre alignés dans le sens de l'air, traversant le faisceau ou, comme représente, les ranges successives sont quinconcées par glissement d'une rangée sur deux, d'une fraction de pas dans le sens perpendiculaire à l'écoule ment de l'air. On ne sortirait pas du cadre de l'invention, tout en conservant les mesures exposées dans ce qui précède, à disposer les tubes, pour que le grand axe de leur section forme avec la direction C de l'air un angle compris entre O et 450, les tubes de chaque rangée demeurant parallèles entre eux. Les tubes peuvent être fabriqués en différents métaux notamment en cuivre, en laiton, en alliage cuivre-nickel, en alliage laiton-aluminium, en bronze, en alliage d'aluminium, en acier, de préférence effervescent, ou calmé à I'alurr.inium, ou encore en acier inoxydable. Par ailleurs, les ailettes peuvent être en cuivre, en alliage d'aluminium, en acier de préférence effervescent ou calmé à l'aluminium. L'assemblage des tubes et des ailettes peut être réalisé par expansion ou par brasage, notamment par trempage dans un bain en fusion à haute teneur en zinc. L'assemblage peut aussi être réalisé par collage de préférence au moyen de résines synthétiques et parmi celles-ci des résines synthétiques thermoplastiques recouvrait tout ou partie des tubes sont particulièrement appropriées car elles peuvent être traitées thermiquement. L'épaisseur des tubes est dans tous les cas comprise entre 0,2 et 1 mm, tandis que l'épaisseur des ailettes est comprise entre 0O5 et 0,4 mm. 'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier la coque 3 de la tour peut être munie d'éléments faisant varier ses caractéristiques aérodynamiques, notamment d'écrans qui peuvent être constitués sous la forme de volets 40 pivotant autour d'axes 41, pour faire varier le tirage dans la tour et, par conséquent, le débit de l'air traversant les refroidisseurs. REVENDICADIONS 1 - Refroidisseur à faisceau de tubes pour tour sèche de refroidissement dans lequel les tubes du faisceau sont munis de dissipateurs et débouchent dans des boites collectrices, caractérisé en ce que la distance entre les boîtes collectrices est comprise entre 15 et 100 fois la profondeur du faisceau qui est traversé par l'air de refroidissement. 2 - Refroidisseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les faisceaux sont constitués à chaque fois par plusieurs faisceaux partiels, assemblés bout à bout au moyen de plaques collectrices intermédiaires, le nombre de fais ceaux partiels pouvant entre de 2, 3, 4 ou 5. 3 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par des joues disposées sur les petits côtés des faisceaux pour former des montants entre les plaques collectrices, accroissant la résistance mécanique de l'ensemble, plus spécialement à la flexion. 4 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé par des moyens-mobiles ou déformables dans le sens axial des joues pour relier ces joues à au moins une plaque collectrice des refroidisseurs, lesdits moyens étant indéformables dans le sens transversal desdites joues. 5 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les joues présentent au moins une aile formant obturateur entre deux refroidisseurs ou groupe de refroidisseurs contigus. 6 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les plaques collectrices intermédiaires, des faisceaux partiels sont reliées entre elles rigidement par soudure autogène ou analogue. 7 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que les plaques collectrices intermédiaires des faisceaux partiels sont reliées par des fixations amovibles du genre boulons, agrafes, rivets et analogues, pour que lesdits faisceaux partiels soient démontables individuellement, au moins un joint déformable étanche étant interposé entre les plaques collectrices des faisceaux partiels. 8 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les plaques collectrices des faisceaux partiels d'extrémité sont recouvertes par une boite collectrice. 9 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 & 8, caractérisé en ce que les boîtes collectrices recouvrant les plaques collectrices des faisceaux partiels d'extrémité présentent des logéments pour les organes de fixation, lorsque lesdites boîtes collectrices sont prévues pour être démontables. 10 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 9,ca- ractérisé en ce qu'il est branché en parallèle, entre au moins un collecteur d'amenée et un collecteur d'évacuation du fluide à refroidir, des vannes d'arrêt étant prévues pour isoler å chaque fois au moins un refroidisseur desdits collecteurs d'amenée et d'évacuation et un circuit de vidange étant prévu en amont de la vanne d'arrêt commandant la circulation du fluide de refroidissement vers le collecteur d'évacuation. 17 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par au moins une cloison transversale prévue dans certaines des boites collectrices pour délimiter au moins un trajet en boucle dans la largeur du faisceau pour le fluide & BR 12 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 & 11, caractérisé par au moins une cloison longitudinale prévue dans certaines des boîtes collectrices pour délimiter au moins un trajet en boucle dans l'épaisseur du faisceau. 13 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les boites collectrices présentent des cloisons internes délimitant, pour la circulation du fluide, au moins deux passes frontales dans la largeur du faisceau et/ou au moins deux passes dans le sens de la profondeur du faisceau. 14 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les collecteurs d'amenée et d'évacuation du fluide à refroidir sont tous deux disposés à un niveau plus bas que celui des refroidisseurs auxquels ils sont reliés. 15 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par des écrans mobiles reliés au moins à certains des refroidisseurs et lesdits écrans mobiles, comprenant des organes de manoeuvre pour les deplacer de façon qu'ils occultent plus ou moins lesdits refroidisseurs. 16 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que les tubes présentent en section sensiblement la forme d'un rectangle, la largeur en section desdits tubes étant comprise entre 2,5 et 8 mm et le rapport longueur sur largeur de la section desdits tubes étant compris entre 4 et 16. 17 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte un nombre de rangées de tubes compris entre 2 et 7, en considérant le sens de circulation de l'air de refroidissement, l'entraxe des tubes entre deux rangées successives, toujours en considérant le sens de circulation de l'air, étant compris entre une et deux fois la longueur de la section desdits tubes. 18 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que le pas des tubes en façade est compris entre deux et douze fois la largeur en section d'un tube. 19 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que les dissipateurs sont constitués par des ailettes sensiblement plates dont le pas est compris entre 1,5 et 6 mm. 20 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que les tubes des rangées successives sont alignés, la longueur de la section des tubes s'étendant dans le même sens que la direction de circulation de l'air. 21 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que les tubes des rangées successives sont quinconcés. 22 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que la longueur de la section des tubes forme avec la direction de circulation de l'air de refroidissement un angle compris entre O et 450 23 - Refroîdisseur suivant l'une des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que les tubes présentent une épaisseur de paroi comprise entre 0,2 et n mm, tandis que les dissipateurs présentent une épaisseur de paroi comprise entre +G5 et 0,4 mm. 24 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 23 caractérisé en ce que les tubes sont fabriqués en métal pris parmi le cuivre, le laiton, les alliages cuivrenickel, laiton-aluminium, le bronze ou l'aluminium et ses alliages ou l'acier faiblement allié ou encore l'acier inoxydable, les dissipateurs étant fabriqués en cuivre, alliage d'aluminium ou acier. 25 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 24 caractérisé en ce que les tubes sont assemblés aux ailettes par brasage, notamment par trempage dans un bain en fusion à haute teneur en zinci 26 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 24,caractérisé en ce que les tubes sont assemblés aux ailettes par collage au moyen d'une résine synthétique. 27 - Refroidisseur suivant l'une des revendications 1 à 26, caractérisé en ce que supplémentairement la tour qui comporte lesdits refroidisseurs est munie de moyens pour modifier le débit de l'air traversant les échangeurs.