Brevet FR2390697A1 — publié le 19781208

La presente invention concerne les réfrigérants atmosphériques dans lesquels- de l1 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 une chambre munie à sa base d'une ou plusieurs ouvertures constituant une première entrée d'air et un dispositif d' échange thermique ou échangeur humide, par exemple du type à ruisselement ou éclaboussement, dans- lequel l'air provenant de la première entrée est mis directement en contact avec l'eau à refroidir. Au-dessus dc l'échangeur humide, la chambre comporte un dispositif d'échange thermique ou echangeur sec dans lequel l'air test pas mis directement en contact avec l'eau, cette dernière circulant dans des éléments échangeurs, par exemple des tubes à ailettes ou des tubes lisses en matière métallique ou synthétique.Ces él-éments échangeurs sont disposés, soit à l'intérieur de la chambre au-dessus de l'échangeur humide, soit à la périphérie de la chambre contre une ou plusieurs ouvertures constituant une deuxième entre d'air en parallèle avec la première. Dans le premier cas, l'air atmosphérique circule en série à travers l'échangeur humide et l'échangeur sec, alors que dans le second cas deux courants d'air en parallèle circulent sepa- rément dans l'échangeur sec et dans l'échangeur humide et se mélangent ensuite a 11 intérieur de la chambre De plus, l'eau peut également circuler soit en série, soit en parallèle dans les échangeurs sec et humide . Enfin, ces réfrigérants peuvent être à tirage naturel, ou a tirage forcé induit par des ventilateurs aspirants ou soufflants. Les réfrigérants mixtes visent à éviter la -formation de nuages de vapeur ou panache au-dessus de l'installation comme il s'en produit généralement au-dessus des réfrigérants humides ordinaires. Cependant, si l'on obtient avec ce type de réfrigérants une suppression ou une réduction satisfaisante du panache dans des conditions atmospheriques favorables, c'est-à-dire en été, il n'en va pas de même hiver quand l'air est plus froid et plus chargé en humidite car cet air froid et humide se sature de vapeur d'eau à son passage dans ltechangeur humide.Pour remédier à-cet inconvénient, il a déjà été proposé d'équiper les réfrigérants mixtes dans lesquels l'air circule en deux courants parallèles de volets mobiles disposés dans les entrées d'air de l'échangeur humide afin de pouvoir faire varier le débit d'air circulant à travers cet échangeur. L'été, ces volets d'air sont orientés de façon admettre le débit d'air maximal de telle sorte que le réfrigérant fonctionne normalement. Par contre, l'hiver on oriente les volets de façon à diminuer ce debit, de telle sorte que la proportion d'air humide se mélangeant avec l'air sec ayant traversé l'échangeur sec est diminuée I1 en résulte une diminution du panache , mais une augmentation relative de la température de l'eau après refroidissement. Ceci n'est pas un inconvénient car, l'air étant plus froid en hiver, il suffit de prévoir l'agencement des volets pour que la température de l'eau refroidie en hiver avec un débit d'air réduit soit la même que la température de l'eau refroidie en été avec le débit d'air maximal. Cependant, la solution précitée n'est valable qu' avec des réfrigérants dans lesquels l'air circule en deux courants parallèles. En effet, si elle était utilisée avec un réfrigérant mixte où l'air circule en série dans les échangeurs sec et humide, il y aurait une diminution inutile du débit et un réchauffement de l'air a travers l'échangeur sec, ce qui entraînerait un moins bon refroidissement dans cet échangeur et, par conséquent, un moins bon rendement du réfrigérant. Pour conserver alors une même température d'eau refroidie qu'en-été, la réduction du débit devrait être limitée et l'efficacité quant à la réduction du panache en serait affectée.En dehors de cet inconvénient de n'être utilisable en pratique qu'avec les réfrigérant mixtes à courants parallèles, la solution de la réduction du débit d'air a une influence néfaste sur le fonctionnement du réfrigérant lorsque celui-ci est du type à tirage forcé. En effet, lorsque les volets d'air sont orientés pour diminuer le débit d'air, il en résulte des pertes de charge qui pro-vo- quent un déplacement du point de fonctionnement du ventilateur vers sa zone de pompage. Ceci entraîne notamment des vibrations risquant de provqquer des ennuis mécaniques. Le but de l'invention est de fournir un procédé pour réduire le panache d'un réfrigérant atmosphérique du type mixte dans des conditions tmosphériques défavorables, avec une aussi bonne efficacité lorsque l'air atmosphérique circule en série à travers les échangeurs sec et humide que dans le cas où il circule en deux courants parallèles, et qui permette d'éliminer les inconvénients précités de la solution connue. L'invention a également pour but de réaliser un réfrigérant pour la mise en oeuvre de ce procédé. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé pour diminuer, dans des conditions où l'air atmos phérique est relativement froid et chargé en-humidite, le panache formé au-dessus d'un réfrigérant atmosphérique mixte dans lequel de l-'eau est mise en contact, pour une part directement et pour une autre part indirectement, avec 1' air atmosphérique, caractérisé en ce qu'on réduit la surface totale de l'eau mise en contact directement avec l'air atmosphérique. Suivant une caractéristique de l'invention, on diminue ladite surface en réduisant le débit de l'eau mise en contact directement avec l'air atmosphérique. Suivant une autre caractéristique de l'invention, on diminue ladite surface en réduisant la hauteur sur laquelle l'eau est mise en contact directement aVec l'air atmosphérique L'invention a également pour objet un réfrigérant atmosphérique mixte pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus dans lequel on réduit le débit de l'eau mise en contact directement avec l'air atmosphérique, du type comprenant au moins une chambre présentant au moins une ouverture d'entrée d'air à sa partie inférieure et comportant intérieurement un dispositif d'échange thermique humide dans lequel l'eau -est mise en contact directement avec l'air atmosphérique entrant par ladite ouverture, un réseau de distribution d'eau à refroidir disposé au-dessus du dispositif d'échange thermique humide, un dispositif d'échange thermique sec dans lequel l'eau à refroidir est mise en contact indirectement avec l'air atmosphérique , et des moyens- pour recueillir sous le dispositif humide l'eau refroidie s'écoulant de ce dernier, caractérise en ce qu'il comporte au moins une conduite branchée en dérivation sur ledit réseau de distribution et au moins un dispositif pour commander sélectivement l'écoulement direct vers lesdits moyens d' au moins une partie de lteau destinée à alimenter ledit réseau de distribution. L'invention a également pour objet un réfrigérant atmosphérique mixte pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus dans lequel on réduit la hauteur sur laquelle l'eau est mise en contact directement avec l'air atmosphérique, du type comprenant une chambre présentant au moins une ouverture d'entrée d'air a sa partie inférieure et comportant intérieurement un dispositif d'échange thermique humide dans lequel l'eau est mise en contact directement avec l'air atmosphérique entrant par ladite ouverture, un réseau de distribution d'eau à refroidir disposé au-dessus du dispositif d'échange thermique humide, un dispositif d'échange thermique sec dans lequel l'eau à refroidir est mise en contact indirectement avec l'air atmosphérique, et des moyens pour recueillir sous le dispositif humide l'eau refroidie s'écoulant de ce dernier, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un réseau de distribution auxiliaire disposé, sous le réseau supérieur, dans une partie intermédiaire du dispositif d' échange thermique humide , ou sous ce dernier, et des moyens pour oxmEnd sélectivement l'alimentation en eau à refroidir de l'un ou l'autre desdits réseaux de distribution. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d' exemple et sur lesquels - la Fig. 1 est une vue en coupe partielle et en élévation d'un réfrigérant mixte à tirage forcé suivant 1' invention - la Fig. 2 est une vue en coupe prise suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1 ; - la Fig. 3 est une vue en coupe prise suivant la ligne 3-3 de la Fig. ; - la Fig. 4a est un diagramme illustrant le fonctionnement du réfrigérant des Fig. 1 à 3 ; et - la Fig. 4b est un schéma indiquant les différents paramètres utilisés dans le diagramme de la Fig. 4a. En se reportant aux Fig. 1 à 3, on voit un réfrigérant mixte à tirage accéléré constitué de deux unités la, lb séparées par une paroi commune 2 et parfaitement symétriques par rapport à cette paroi. Chaque unité comprend une chambre 3 pourvue à sa base d'ouvertures d'entrée d'air 4 sur sets trois côtés libres et à sa partie supérieure d'ûne ouverture.d' évacuation 5-délimitée-par une virole 6 dans laquelle est logé un ventilateur aspirant 7.Immédiatement sous le ventilateur 7, chaque unité comporte trois ouvertures d'entree- d'air supplémentaires et un dispositif d'échange thermique ou échangeur sec 9 constitué de trois batteries de tubes lisses ou à ailettes disposées devant les ouvertures 8 et raccordées à leurs extrémités opposées à des collecteurs d'alimentation et d'évacuation, l'eau a refroidir circulant dans ces tubes. Ces trois batteries de tubes sont alimentées en eau en série et l'eau du collecteur d'évacuation 10 de la dernièrè batterie. est amenée par une conduite li à un réseau de distribution supérieur 12 disposé sous l'échangeur sec l'intérieur de la chambre. Ce réseau de distribution 12 surmonte un dispositif d'échange thermique ou échangeur humide 13 dans lequel l'eau distribuée est mise en contact directement, par ruissellement,en pellicule mince ou par éclaboussement, avec l'air atmosphérique admis dans la chambre par les ouvertures inférieures 4. Enfin, il est prévu à la base de la chambre un bassin 14 pour recueillir l'eau refroidie s'écoulant de l'échangeur humide 13. Ces différents éléments sont tout à fait classiques et ne seront donc pas décrits plus en détail. Conformément à l'invention, il est prévu un second réseau 15 de distribution d'eau identique au réseau 12 surmontant l'échangeur humide 13 et disposé dans une partie inter médiaire de la hauteur de ce dernier Ce second reseau 15 est alimente par une conduite 16 branchee en dérivation sur la conduite il d'alimentation du réseau supérieur 12. En outre, chaque conduite 11, 16 est pourvue, en-aval de la dérivation, d'un robinet 17, 18 permettant de commander sélectivement l'écoulement de l'eau dans chacun des réseaux de distribution 12, 15. En variante, il pourrait être prévu un robinet à deux voies (non représenté) au niveau de la dérivation.On notera que tous les éléments décrits ci-dessus se retrouvent avec une disposition symétrique dans chaque unité la, lb. Quand les conditions. atmosphériques sont favorables, c'est-à-dire généralement en été quand l'air est chaud et peu chargé en humidité, le réfrigérant suivant l'invention fonctionne comme un réfrigérant ordinaire, c'est-à-dire que le robinet 18 de la conduite 16 alimentant le second réseau d'alimentation 15 est fermé, tandis que l'autre robinet 17 est ouvert. Ainsi, l'eau a refroidir circule en série dans les différentes batteries de tubes où elle subit un premier refroidissement par sa mise en contact indirecte avec l'air entrant dans la chambre 3 par les entrées d'air supérieures 8, puis est distribuée par le réseau supérieur 12 dans 1' échangeur humide 13 où elle subit un second refroidissement par sa mise en contact directe avec l'air atmosphérique entrant par les ouvertures inférieures 4.L'air chaud et sec admis par les ouvertures supérieures 8 et l'air chaud et humide admis par les ouvertures inférieures 4 se mélangent lorsqu' ils se rencontrent à la partie supérieure de la chambre 3 et sont aspirés hors de celle-ci par le ventilateur 7. Bien entendu, le fonctionnement est le même pour les deux unités la, lb qui peuvent être utilisées simultanément ou non. Lorsque les conditions atmosphériques deviennent défavorables au point que le panache formé par le mélange des deux courants d'air évacués au-dessus du réfrigérant devient trop important, on interrompt l'alimentation du réseau supérieur 12 au profit du réseau inférieur 15. Comme ce dernier est disposé dans une partie intermédiaire de l'echan- geur humide 13, la hauteur, et par conséquent la surface, sur laquelle l'air atmosphérique admis par les ouvertures inférieures 4 est en contact direct avec l'eau sont diminuées Il en résulte que cet air se charge proportionnellement moins en humidité que s'il était en contact avec l'eau sur toute la hauteur de l'échangeur humide 13. De ce fait, la teneur globale en humidité du mélange des courants d'air supérieur et inférieur, et par là même l'importance du panache formé au-dessus du réfrigérant, se trouvent réduites. Bien entendu, la température de l'eau refroidie est plus élevée que si l'air atmosphérique était en contact avec l'eau sur toute-la hauteur de l'échangeur humide 13. Cependant, de façon analogue à ce qui était prévu dans la solution de l'art antérieur, on peut déterminer la position en hauteur du second réseau de distribution 15 pour que la température de l'eau refroidie en hiver avec une surface de mise en contact réduite soit la même que celle de l'eau refroidie en été avec une surface de mise en contact maximale. On se reportera maintenant à la Fig. 4a qui est un diagramme classique de l'air humide à coordonnes obliques. Les différentes coordonnées ont été symobilisées à la Fig.4b ot des flèches ont été tracées parallèlement aux différents réseaux de lignes de la Fig.43. C'est ainsi que - les lignes parallèles à la flèche t-t correspondent à des valeurs constantes de la température t de l'air en OC ; - les lignes verticales parallèles à la flèche w-w correspondent à des valeurs constantes de la teneur en vapeur d'eau w en g/kg - les lignes parallèles à la flèche H correspondent à des valeurs constantes de l'enthalpie H (les valeurs numériques n'ont pas été indiquées sur le diagramme) -; et - les courbes orientées sensiblement suivant la fleche E-E correspondent à des valeurs constantes de 1' humidité relative de l'air en %. Sur le diagramme ont été tracées deux segments de droites A1 et A2 qui indiquent l'évolution du mélange de 1' air sortant du réfrigérant avec l'air atmosphérique, respectivement pour un réfrigérant à débit d'air réduit conforme à l'art antérieur et pour un réfrigérant à surface de mise en contact réduite suivant l'invention. Les deux réfrigérants sont par ailleurs supposés identiques, c ' est-à- dire qu'ils présentent les mêmes caractéristiques de ventilation, de refroidissement par l'échangeur sec, de débit d'eau, etc..., et une même température d'eau chaude de 41 C à l'entrée et de 310C à la sortie du réfrigérant. De plus, les segments ont été tracés pour une température de - 0,90C de l'air atmosphérique. Par ailleurs, le diagramme comporte deux autres segments de droites B1 et B2 correspondant respectivement au réfrigérant de l'art antérieur et au réfrigérant de 1' invention. Les extrémités droites de ces segments correspondent à l'état de l'air quittant l'échangeur humide et leurs extrémités gauche à l'état de l'air quittant l'échangeur sec. Les points C1 d'intersection de segments A1 et B1 d'une part1 et C2 d'intersection des segments A2 et B2 d'autre part correspondent a l'état du mélange d'air sec et humide quittant les réfrigérants de l'art antérieur et selon l'inventioii respectivement. Enfin, le point d'intersection D des segments A1 et A2 correspond à l'état de l'air atmosphérique, c'est-à-dire quand l'influence du mélange évacué par le réfrigérant n'est plus sensible. Si on examine la position relative des segments A1 et A2, on constate que seule le segment A1 coupe la courbe inférieure correspondant à une humidité relative de 100 % de 1' air. Ceci signifie qu'avec le réfrigérant de l'art antérieur, le mélange de l'air évacué par le réfrigérant et de l'air atmosphérique passe par une phase de saturation et que, par conséquent, il y a formation d'un panache de vapeur au-dessus de ce réfrigérant Au contraire, le segment A2 ne coupant pas la courbe de saturation, il n'y a pas formation de panache avec le réfrigérant suivant l'invention. On constate par conséquent que, outre les avantages précités, la solution de la diminution de la surface de mise en contact direct est plus efficace que celle de la diminution du débit d'air pour la réduction du panache. On notera qu'au lieu d'être disposé dans une partie intermédiaire de la hauteur du dispositif d'échange thermique, le réseau de distribution auxiliaire pourrait être placé sous ce dispositif, directement au-dessus du bassin, ce qui diminuerait encore la surface de mise en contact direct. On pourrait également prévoir plusieurs réseaux d'alimentation auxiliaires placés à des hauteurs différentes et adaptés pour être alimentés sélectivement en fonction des conditions atmosphériques. Par ailleurs, on a décrit ci-dessus un réfrigérant dans lequel on diminuait la hauteur de chute de l'eau dans I' échangeur humide Cependant, suivant une variante (non représentée) au lieu -de prévoir un second réseau de distribution, on peut prolonger la conduite de dérivation 16 jusque dans le bassin 14. La réduction de la surface de mise en contact direct s'effectue alors en diminuant le débit d'eau dans le réseau de distribution supérieur 12. Cette diminution peut être obtenue par un réglage approprié des robinets 17 et 18. Une telle modification n'affecte par ailleurs nullement les conclusions tirées de l'exemple comparatif donné ci-dessus. Enfin, on notera que l'invention n'est pas limitée au cas d'une alimentation en eau en série des échangeurs et que ceux-ci pourraient tout aussi bien être alimentés en eau en parallèle REVENDICATIONS 1. - Procédé pour diminuer, dans des conditions où l'air atmosphérique est relativement froid et chargé en humidité, le panache formé au-dessus d'un réfrigérant atmosphérique mixte dans lequel de l'eau est mise en contact, pour une part directement et pour une autre part indirectement, avec l'air atmosphérique, caractérisé en ce qu'on réduit la surface totale de l'eau mise en contact directement avec 1' air atmosphérique. 2. - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on diminue ladite surface en réduisant le débit de l'eau mise en contact directement avec l'air atmocphérique. 3. - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on diminue ladite surface en réduisant la hauteur sur laquelle l'eau est mise en contact directement avec l'air atmosphérique. 4. - Réfrigérant atmosphérique mixte pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 2, du type comprenant au moins une chambre présentant au moins une ouverture d'entrée d'air à sa partie inférieure et comportant intérieurement un dispositif d'échange thermique humide dans lequel l'eau est mise en contact directement avec l'air atmosphérique entrant par ladite ouverture, un réseau de distribution d'eau à refroidir disposé au-dessus du dispositif d'échange thermique humide, un dispositif d'échange thermique sec dans lequel l'eau à refroidir est mise en contact indirectement avec l'air atmosphérique, et des moyens pour recueillir sous le dispositif humide l'eau refroidie s 'écoulant de ce dernier, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une conduite branchée én dérivation sur ledit réseau de distribution et au moins un dispositif pour commander sélectivement l'écoulement direct vers lesdits moyens d' au moins une partie de l'eau destinée à alimenter ledit réseau de distribution. 5. - Réfrigérant atmosphérique mixte pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 3, du type comprenant au moins une chambre présentant au moins une ouverture d'entrée d'air dans sa partie inférieure et comportant intérieurement un dispositif d'echange thermique ilumide dans lequel l'eau est mise en contact directement avec l'air atmosphériqùe entrant par ladite ouverture, un réseau de distribution d'eau à refroidir disposé au-dessus du dispositif d'échange thermique humide, un dispositif d'échange thermique sec dans lequel l'eau à refroidir est mise en contact indirectement avec l'air atmosphérique, et des moyens pour recueillir sous le dispositif humide l'eau refroidie s'écoulant de ce dernier, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un réseau de distribution auxiliaire disposé sous le réseau supérieur, et des moyens pour commander sélectivement l'alimentation en eau à refroidir de l'un ou l'autre desditesréseaux de distribution. 6. - Réfrigérant selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit réseau d'aiiméntåtion- auxiliaire est disposé dans une partie intermédiaire du dispositif d'échange thermique humide. 7. - Réfrigérant selon la revenffiùation 5, caractérisé en ce que ledit réseau d'alimention auxiliaire est disposé sous le dispositif d'échange thermique humide. 8. - Réfrigérant selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent une conduite branchée en dérivation sur la conduite dlalimen- tation du réseau de distribution supérieur et au moins un dispositif pour commander sélectivement l'écoulement vers l'un ou l'autre réseau. 9. - Réfrigérant selon l'une quelconque des revendications 4 et 8, caractérisée en ce que ledit dispositif est un robinet.