Brevet FR2377596A1 — publié le 19780811

La présente invention concerne les réfrigérants atmosphériques dans lesquels de l'eau est mise en contact, pour une part directement et pour une autre part indirectement, avec l'air atmosphérique. Ces réfrigérants, dits mixtes, comprennent au moins un dispositif d'échange thermique humide ou échangeur humide dans lequel 1' eau est mise en contact directement avec l'air atmosphérique et un dispositif d'échange thermique sec ou échangeur sec dans lequel l'eau est mise en contact indirectement avec l'air atmosphérique. Ces dispositifs à mise en contact direct et à mise en contact indirect peuvent être agencés suivaxt denambreuses cambLnaiscns différentes bien cornues des spécialises de la tecii- que. Pour la plupart, les différents types de réfrigérants mixtes ont pour but de réduire la fréquence d'apparition du panache au-dessus du réfrigérant et, lorsqu'il ne peut être évité, d'en réduire l'ampleur.En effet, ce panache résulte de la dilution dans l'atmosphère de l'air chaud et humide sortant du réfrigérant ; parla présence de dispositifs d'échange thermique sec dans lesquels une partie de l'eau est refroidie sans contact direct avec l'air atmosphérique, on vise à réduire la teneur en humidité de l'air sortant de la tour dans le but précité. Cependant, ceci suppose que les courants d'air qui traversent respectivement les dispositifs humide et sec se mélangent intimement avant de déboucher dans l'atmosphère, condition qui n'est en fait généralement pas réalisée, nuisant ainsi à 1' efficacité de ces réfrigérants mixtes. Le brevet français n" 2 197 152 décrit un réfrigérant mixte dont l'agencement des dispositifs à mise en contact direct et à mise en contact indirect permet dans l'ensemble de remédier à cet inconvénient. Ce réfrigérant comprend une tour circulaire à l'intérieur de laquelle 1' ensemble d'échange thermique est réalisé sous forme de secteurs juxtaposé s constitués alternativement d'échangeurs humides et d'échangeurs secs. Grâce à l'imbrication des échangeurs humides et des échangeurs secs, ce r8frigérant assure un bon mélange des flux d'air traversant ces échangeurs humides et secs et, par conséquent,présente une bonne efficacité en ce qui concerne la réduction de la densité ou de la fréquence d' apparition du panache. Néanmoins, cette construction a l'inconvénient majeur d'être peu rationnelle et coûteuse en raison de la forme en secteurs des échangeurs humides et secs qui ne permet pas l'utilisation d'éléments standards tant pour les échangeurs humides que pour les échangeurs secs. Le but de l'invention est de fournir un réfrigérant atmosphérique mixte qui présente une efficacité comparable à celle du réfrigérant décrit au brevet mentionné ci-dessus en ce qui concerne la réduction de la densité ou de la fréquence d'apparition du panache tout en étant d'une construction beaucoup plus simple et moins coûteuse. A cet effet, la présente invention a pour objet un réfrigérant atmosphérique mixte du type comprenant au moins une chambre d' échange thermique pourvue d'au moins une ouverture d'entrée d'air à sa partie inférieure, un ensemble d'échange thermique entre l'eau et l'air atmosphérique disposé à l'intérieur de la chambre et comprenant des dispositifs du type à mise en contact direct de l'eau avec l'air atmosphérique disposés en alternance avec des dispositifs du type à mise en contact indirect de l'eau avec l'air atmosphérique, et un réseau pour distribuer de l'eau à l'ensemble d'échange thermique, caractérisé en ce que lesdits dispositifs à mise en contact direct et à mise en contact indirect sont disposés, sur au moins une majeure partie de la section de la chambre, suivant des bandes parallèles les unes aux autres et eomlr enant alternativement un dispositif de l'un des types et un dispositif de l'autre type. Suivant une caractéristique de l'invention, ledit réseau de distribution comprend un bac d'alimentation s'étendant perpendiculairement à la direction longitudinale desdites bandes, au voisinage des extrémités desdits dispositifs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaftront au cours de la description qui va suivre de deux modes de réalisation illustrés sur les dessins annexés dans lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en élévation, pour moitié en coupe et pour moitié en vue extérieure, d'un réfrigérant mixte de forme rectangulaire suivant l'invention; - la Fig. 2 est une vue en coupe du réfrigérant de la Fig. 1 prise suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1 ; - la Fig. 3 est une vue en coupe du réfrigérant de la Fig. 1 prise suivant la ligne 3-3 de la Fig. 1;; - la Fig. 4 est une vue schématique en coupe de la moitié d'un réfrigérant atmosphérique circulaire suivant un autre mode de réalisation de l'invention, la moitié gauche de cette coupe étant prise au niveau de la flèche A de la Fig. 5 et sa moitié droite au niveau de la flèche B; et - la Fig. 5 est une vue en coupe avec rabattement à 900 du réfrigérant de la Fig. 4, prise suivant la ligne 5-5 de la Fig. 4, les canalisations extérieures d'arrivée d'eau n'ayant pas été représentées. En se reportant tout d'abord aux Fig. 1 à 3, on voit un réfrigérant à tirage-forcé comprenant une chambre 1 à ossature en béton pourvue à sa base d'ouvertures d'entrée d'air 2, un ensemble d'échange thermique 3 disposé à l'intérieur de la chambre, et un ventilateur 4 dispo sé dans une virole 5 délimitant l'ouverture supérieure de sortie de la chambre. L'ensemble d'échange thermique 3 comprend des échangeurs secs 6 disposés en alternance avec des échangeurs humides 7, les deux types d'échangeurs s'étendant suivant des bandes rectangulaires parallèles les unes aux autres constituées alternativement d'un échangeur de l'un des types et d'un échangeur de l'autre type.Dans l'ensemble représenté, le réfrigérant comporte trois échangeùrs humides 7 disposés respective ment de chaque c3té et au centre du réfrigérant, et deux échangeurs secs 6 s'ét endant chacun entre l'échangeur humide central et l'un des échangeurs humides latéraux. L'échangeur humide 7 est constitué par un corps d'échange classique où l'eau et l'air, en contact l'un avec l'autre, circulent à contre courant. Ce corps peut être, soit du type dans lequel l'eau s'écoule sous forme depelliculesminces, comme décrit par exemple dans les brevets français 1. 140. 551 et 2. 183. 704, soit du type à éclaboussement de 1 'eau comte décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n" 3. 751. 017. L'eau à refroidir est amenée à -ce corps d'échange 7 par un réseau de tubes parallèles 8 alimentes à partir d'un bac commun d'alimentation 9 s'étendant le long d'un des cotés du réfrigérant et qui est perpendiculaire aux tubes 8. Ces tubes 8 ont une section qui décroft par paliers depuis leur extrémité adjacente au bac 9 jusqu'à leur autre extrémité et sont pourvus d' ajutages pour déverser l'eau sur un ensemble de dispersion 10 de type connu en soi. Les tubes 8 sont supportés de place en place par un premier réseau de poutres l1 s'étendant parallèlement au bac 9 et supportées elles-mêmes de place en place par des piliers 12. Ce premier réseau de poutres 11 est surmonté par un second réseau de poutres 13 disposées dans le même plan vertical que les poutres 11 et supportant des séparateurs de gouttes 14 destinés à retenir une partie des goutellettes en suspension dans l'air ayant traversé les échangeurs humides 7.Enfin, il est prévu, à la base du réfrigérant un bassin 15 s'étendant sur toute la section du réfrigérant pour recueillir l'eau qui s' écoule des échangeurs humides 7, et une canalisation 16 d'arrivée d'eau à refroidir pour alimenter le bac .9. D'autre. part, les échangeurs secs 6 disposés entre les échangeurs humides 7 sont constitués , comme connu en soi, par des batteries de tubes à ailettes ou non disposés en plusieurs lits superposés ou d'autres éléments équivalents dans lesquels circule l'eau et qui sont réunis à leurs extrémités à des boftes à eau. Les différentes batteries sont alimentées en parallèle en eau par des canalisations d'alimentation 17 connectées aux boftes à eau du côté de l'extrémité des batteries opposée au bac 9. A l'autre extrémité des batteries, les boftes à eau sont réunies chacune par des canalisations de sortie 18 à un collecteur 19 dont le niveau dépasse légèrement celui du lit supérieur de tubes pour assurer un parfait remplissage en eau des batteries.Le collecteur 19 débouche dans le bac d'alimentation 9 pour que l'eau partiellement refroidie dans les échangeurs secs 6 le soit à nouveau dans les échangeurs humides 7. Enfin, il est prévu le long les échangeurs humides 7 des cloisons 20 fixées aux piliers 12 et destinées à éviter que l'air abordant les échangeurs secs 6 ne soit chargé de gouttelettes d'eau provenant de l'ensemble de dispersion 10. Bien entendu, on peut accoller cte à côte deux ou plus de deux réfrigérants tels que décrits ci-dessus pour réaliser une installation de plus grande capacité. A titre d'exemple, unè installation comprenant trois de ces réfrigérants comportant chacun trois échangeurs humides d'environ 3, Smde large et deux échangeurs secs d'environ 2, 50 m de large peut permettre de traiter 10 000 m3 d'eau par heure, 30 % de ce débit étant amené directement au bac 9 par la canalisation 16 et les 70 % restant aux échangeurs secs 6 par les canalisations 17.Une telle installation permet d'assurer une réfrigération de 10 C des 10 000 m3jh aux conditions de température requises avec, par exemple, une absence de panache à une température de l'air atmosphér ique > à 3"C et une humidité relative de celui-ci de 85 %. On se reportera maintenant aux Fig. 4 et 5 qui représentent un réfrigérant comprenant une tour 21 de section circulaire à tirage naturel, ce tirage étant assisté par des ventilateurs 22 aspirant l'air sortant de l'ensemble d'échange thermique 23 après être entré dans la tour par une ouverture d'entrée d'air périphérique E. Pour la commodité du dessin, seule la base de la tour à tirage naturel 21 a été représentée. Dans ce mode de réalisation, l'eau à refroidir est amenée au réfrigérant par une canali sation commune 24. Depuis cette canalisation commune 24, une première canalisation 25 s'étend radialement jusqu'au centre de la tour 21 où elle se termine par une canalisation montante 26 en béton de section carrée débouchant dans un bac d'alimentation 27 s' étendant diamétralement à travers la tour 21. A partir de ce bac d' alimentation 27 s'étendent des tubes horizontaux 28 de distribution destinés à alimenter les échangeurs humides en eau comme dans le mode de réalisation précédent.Les tubes 28 sont supportés par des poutres 29 s' étendant parallèlement au bac 27 et qui sont elles-mêmes fixées à des piliers 30 alignés suivant deux directions perpendiculaires. D e chaque côté de la tour 21, au voisinage des extrémités du bac 27, est prévu un échangeur humide 31a en forme de segment circulaire. A partir de chaque échangeur humide 31a en forme de segment sont agencés successivement un édiaigeur sec 32a, un échangeur humide 31b, un échangeur sec 32b, et un échangeur humide 31c occupant la partie centrale de la tour. Ces échangeurs sont disposés suivant des bandes parallèles entre elles et perp-endiculaires au bac 27, de chaque côté de celui-ci.Etant donné que les échangeurs secs sont constitués de préférence de batteries de tubes de forme rectangulaire, la portion de surface de la section.de la tour délimitée entre les extrémités des échangeurs 32a et l'arc de cercle délimité par le prolongement des côtés de ces batteries est occupé par un échangeur humide 31d de forme correspondante. Les échangeurs humides s'étendent également sous le bac 27 qui présente à cet effet des ajutages dans s-on fond,qui sont du même type que ceux décrits en regard des Fig. 1 à 3 et sont surmontés par des séparateurs de gouttes 33. En outre, il est prévu à la base de la tour 21 un bassin 34 s'étendant sur toute sa section pour recueillir l'eau refroidie tombant des échangeurs humides 31a-31d. Dans chaque cadran de la tour, il est donc prévu deux échangeurs secs 32a, 32b, le premier échangeur sec 32a étant constitué par une batterie standard 35 de tubes ou analogues de grande longueur, et le second échangeur sec 32b par une batterie standard 35 du type précité à laquelle succède, dans son prolongement, une autre batterie standard 36 ayant une longueur deux fois moindre que la première batterie 35. Les échangeurs secs 32a, 32b de chaque cadran sont alimentés à partir d'une seconde canalisation d'alimentation 37 branchée en dérivation sur la canalisation commune 24, cette seconde canalisation 37 étant elle-même divisée en deux autres canalisations 38, 39 pour alimenter respectivement les batteries de grande longueur 35 et celle de petite longueur 36. C'est ainsi que les batteries de grande longueur 35 sont alimentées, du côté de leur extrémité opposée au bac d'alimentation 27, par trois canalisations montantes 40 connectées respectivement à la canalisation 38 et aux boites à eau 41 des batteries.A leur autre extrémité voisine du bac d'alimentation 27, les batteries 35 de grande longueur comportent également une boite à eau 42 à partir de laquelle s'étendent trois canalisations de sortie 43 débouchant dans un collecteur 44 s'étendant horizontalement à un niveau légèrement supérieur à celui du lit de tubes disposé le plus haut dans la batterie 35 et débouchant dans le bac d'alimentation 27 de manière que 1' eau partiellement refroidie dans les batteries 35 le soit à nouveau dans les échangeurs humides 31a-31d. D'autre part, la batterie de petite longueur 36 de chaque cadran est alimentée, également à son extrémité opposée au bac d'alimentation 27, par une canalisation montante 45 branchée sur 1' autre canalisation en dérivation 39. Cependant, la boite à eau 46 dans laquelle débouche cette canalisation montante 45 est à deux compartiments, de telle sorte que seule la moitié des tubes de cette batterie est alimentée en eau à partir du premier compartiment de cette boite à eau. A leur autre extrémité, tous les tubes de la batterie 36 sont réunis à une boite à eau commune 47 de telle sorte que l'eau ayant traversée les tubes de la première moitié revient à l'autre extrémité de la batterie 36 par les autres tubes dans le second compartiment de la boite à eau 46. Cette eau refroidie est alors ramenée au bac d'alimentation 27 par une canalisation d'évacua tion 48 s'étendant entre le second compartiment de la bofte à eau 46 et le bac d'alimentation 27, à un niveau légèrement supérieur à celui du lit supérieur de tubes de la batterie 36.Grâce à cet agencement, l'eau amenée dans les batteries 36 de petite longueur parcourt deux fois la longueur de ces batteries, de telle sorte qu'elle subit sensiblement le même refroidissement que l'eau traversant les batteries de grande longueur 35 et subit sensiblement les mêmes pertes de charge. La perte de charge supplémentaire subie par 1' eau dans les échangeurs secs entre la canalisation 24 et le bac 27 doit être compensée vis à vis de la liaison directe 24-27 alimentant les échangeurs humides. Cette compensation se fait, soit par un étranglement dans la canalisation 25 ou la canalisation 26, soit par une pompe puisant l'eau des échangeurs secs dans la canalisation 24 et la renvoyant dans les canalisations 37, ou par deux pompes, chacune dans une des canalisations 37. D'autre part, il est prévu des cloisons 49 séparant les zones d'échange humide et d'échange sec sur toute la hauteur de la distribution d'eau aux corps d'échanges humides 31a-31d. Enfin, l'air qui pénètre dans les échangeurs secs 32a, 32b y accède par des couloirs bien dégagés se trouvant sous eux et débouchant à la périphérie du réfrigérant, mais également, en partie, après avoir traversé une zone de chute d'eau sous les échangeurs humides, zone variable suivant la situation de l'échangeur sec considéré (position radiale et angulaire) et la vitesse et la direction du vent. L'air arrivant aux échangeurs secs est donc chargé de gouttelettes et celles-ci, pour éviter de mouiller ces échangeurs, ce qui réduirait fortement leur qualité d' assèchement de l'air requise pour la réduction du panache, doivent être arrêtées par des séparateurs de gouttes 50 disposés entre les cloisons 49. Comme on s en rend compte, il y a une imbrication des courants d'air traversant les échangeurs humides et secs , suffisamment forte pour qu'un mélange presque parfait puisse avoir lieu au cours de 1' ascension de l'air dans la tour 21 du réfrigérant. Les ventilateurs 22 brassent également les flux d'air secs et humides et permettent de réauire la hauteur de la tour 21 L'agencement des échangeurs secs et humides en bandes parallèles conformément à l'invention a l'avantage de permettre d'utiliser des éléments standards constitutifs tant des échangeurs humides que des échangeurs secs et dont les dimensions sont normalement rectangulaires. En effet, les échangeurs secs sont généralement constitués de batteries de tubes parallèles entre eux, et les échangeurs humides, de paquets de plaques verticales d'égales longueurs parallèles entre elles pour le ruissellement'.'filni,' ou de grilles rectangulaires pour le ruissellement à éclaboussement.En plus de l'avantage de l'utilisation rationelle d'éléments standards constitutifs des échangeurs humides et secs, la disposition de la présente invention a encore celui d'avoir une infrastructure supportant ces échangeursparticulièremert raticnelle(réseau de poteaux à alignement suivant deux directions perpendiculaires), ainsi que celui d'avoir un réseau de distributions d'eau également rationel (bacs de distribution d'eau aux échangeurs humides rectilignes avec réseau de tubes parallèles; raccordement en série et/ou en parallèle des batteries plus rationeJ que dans le cas des-échangeurs en forme de secteurs du brevet précité, parce que le nombre de batteries reste constant par section sèche rectangulaire, alors qu'il décroit vers le centre lorsque les sections sèches sont en forme de secteur). Un autre avantage des réfrigérants selon l'invention est lié au type de tubes utilisés pour les batteries constitutives des échangeurs secs. En général, celles-ci sont en effet constituées, soit de tubes métalliques à ailettes, soit de tubes en matière plast ique. Les batteries de tubes à ailettes sont fabriquées en usine et transportées au lieu d'érection du réfrigérant, ce qui limite la longueur des batteries aux environs de 12 m. Par contre, les batteries de tubes en matière plastique peuvent être montées sur place et leurs longueurs ne sont limitées que par les dimensions du réfrigérant. Or, il y a un intérêt économique à ce qu'elles soient aussi longues que possible, pour une surface d'échange déterminée, afin de réduire le nombre des boites à eau par mètre de longueur utile de batterie et, par là même, leur coût. Par conséquent, les réfrigérants rectangulaires mixtes dont un des côtés dépasse 12 m (par exemple pour des cellules de réfrigération de 15 x 18 m), et les réfrigérants circulaires en général ayant la disposition des échangeurs humides et secs-suivant l'invention sont particulièrement bien appropriés à l'utilisation de longues batteries de tubes de matière plast ique, ce qui les rend très économiques par rapport aux dispositions classiques essentiellement conçues pour des batteries métalliques d'environ 12 m de longueur maximale. R EVE NDICATIONS 1. - Réfrigérant atmosphérique mixte du type comprenant au moins une chambre d'échange thermique pourvue d'au moins une cuverture d'entrée d'air à sa partie inférieure, un ensemble d'échange thermique entre de l'eau et l'air atmosphérique disposé à l'intérieur de la chambre et comprenant des dispositifs du type à mise en contact direct de l'eau avec l'air atmosphérique disposés en alternance avec des dispositifs du type à mise en contact indirect de l'eau avec l'air atmosphérique, et un réseau pour distribuer de l'eau à l'ensemble d'échange thermique, caractérisé en ce que lesdits dispositifs à mise en contact direct (7 ; 31a-31c) et à mise en contact indirect (6; 32a, 32b) sont disposés sur au moins une majeure partie de la section de la chambre, suivant des bandes parallèles les unes aux autres et comprenant alternativement un dispositif de l'un des types et un dispositif de l'autre type. 2. - Réfrigérant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réseau de distribution comprend un bac d'alimentation (9 ; 27) s'étendant perpendiculairement à la direction longitudinale desdites bandes, au voisinage des extrémités desdits dispositifs (6, 7 31a-31c, 32a, 32b). 3. - Réfrigérant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réseau de distribution comprend des tubes parallèles (8 ; 28) s'étendant à partir dudit bac d'alimentation (9 ; 27) et distribuant l'eau auxdits dispositifs de mise en contact direct (7 ; 31a-31d). 4. - Réfrigérant selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réseau de distribution comprend des canalisations (17 ; 37-40, 45) pour alimenter en parallèle les dispositifs de mise en contact indirect (6 ; 32a, 32b) à leur extrémité opposée audit bac d'alimentation (9 ; 27). 5. - Réfrigérant selon la revendication 4, caractérisé en ce que le réseau d'alimentation comprend des collecteurs (19 ; 44) à l'autre extrémité desdits dispositifs à mise en contact indirect (6 ; 32a, 32b) pour recueillir l'eau à leur sortie et la déverser dans ledit bac d'alimentation (9 ; 27). 6. - Réfrigérant selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que, dans le cas où le réfrigérant est de forme circulaire, ledit bac d'alimentation (27) s'étend diamétralement à 1' intérieur du réfrigérant. 7. - Réfrigérant selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que, dans le cas où le réfrigérant est de forme rectangulaire ou carré, le bac d'alimentation (9) s'étend extérieurement le long d'un des côtés du réfrigérant. 8. - Réfrigérant selon Il une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que,lesdits dispositifs à mise en contact indirect (6 ; 32a, 32b) sont constitués par des batteries standards (35, 36) de tubes ou analogues et ont une forme rectangulaire. 9. - Réfrigérant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits dispositifs à mise en contact indirect sont séparés des dispositifs à mise en contact direct,par des cloisons (20;49) s'étendant sur au moins une partie de la hauteur de ces derniers.