Brevet FR2365769A1 — publié le 19780421

L'invention a pour objet de faire varier la capacité de refroidissement d'une tour sèche en agissant essentiellement sur la circulation du fluide à refroidir. Le fluide à refroidir est amené aux éléments refroidisseurs que comporte la tour par un collecteur d'amenée et il est ensuite conduit à une installation de travail chauffant ce fluide par un collecteur d'évacuation. De façon connue, les collecteurs d'amenée et d'évacuation sont reliés par un circuit de dérivation permettant de régler la température du fluide à la sortie du collecteur d'évacuation et donc à l'entrée de l'installation de travail. Dans le procédé et le dispositif de l'invention, le circuit de dérivation est conservé et on met en oeuvre de nouveaux moyens pour faire varier, dans une large mesure, la capacité de refroidissement de la tour en permettant, plus particulièrement, de la diminuer lorsqu' il y a lieu de maintenir la température de sortie de la tour au-dessus d'une certaine valeur critique pour laquelle, par exemple, il se produirait un changement d'état du fluide. L'invention permet d'assurer le refroidissement du fluide chaud pour des températures de l'air refroidisseur plus basses que celles permises par la seule utilisation du circuit de dérivation sans crainte de voir la température du fluide refroidi descendre en dessous du seuil critique. Inversement, l'invention permet de réaugmenter la capacité de refroidissement de la tour dans le cas, par exemple, d'une augmentation de la température de l'air de refroidissement jusqu'à sa valeur maximale qui correspond à la mise hors service des moyens selon l'invention et à la fermeture complète du circuit de dérivation. Conforme ment à l'invention, le procédé pour faire varier la capacité de refroidissement d'une tour sèche comportant des éléments refroidisseurs alimentés en fluide à refroidir à partir d'un collecteur d'amenée branché à la sortie d'une source chaude, lesdits éléments étant, par ailleurs, reliés par leur sortie à un collecteur d'évacuation menant à ventrée de la source chaude et un circuit de dérivation étant prévu entre les collecteurs d'amenée et d'évacuation pour dériver éventuellement une partie du fluide devant normalement passer par les éléments refroidisseurs, est caractérisé en ce qu'on fait circuler dans certains au moins des éléments refroidisseurs une quantité supplémentaire réglable d'un fluide lorsque la température du fluide refroidi dans ces éléments tend à descendre Jusqu'à un seuil critique. L'invention s'étend aussi à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Conformément à cette seconde disposition de l'invention, le dispositif pour faire varier la capacité de refroidissement d'une tour sèche comportant des éléments refroidisseurs dont l'entrée est reliée à un collecteur d'amenée et la sortie à un collecteur d'évacuation communiquant respectivement avec la sortie et l'entrée d'une installation dans laquelle un fluide est chauffé, lesdits collecteurs étant réunis par un circuit de dérivation muni d'une vanne, est caractérisé en ce qu'on branche sur le collecteur d'amenée un circuit relié aux éléments refroidisseurs pour faire varier le débit dans au moins une partie de ces éléments refroidisseurs. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. i est une élévation schématique d'une usine et d'une tour de refroidissement d'un fluide chauffé dans cette usine. La fig. 2 est un schéma illustrant l'invention. La fig. 3 est une courbe explicative. La fig. 4 analogue à la fig. 2 illustre un développement de ltinvention. La fig. 5 est un schéma de branchement d'éléments refroidisseurs groupés de façon particulière. La fig. 6 est un schéma de branchement analogue à la fig. 5 montrant une autre disposition. La fig. 7 est une courbe explicative analogue à la fig. 3 mais correspondant à la réalisation de la fig. 4. La fig. 8 est un schéma analogue aux fig. 1 et 4 illustrant une variante de l'invention. Les fig. 9 et 10 sont des élévations schématiques de refroidisseurs avantageusement mis en oeuvre selon l'invention. La fig. 1 illustre d'une façon schématique une usine 1 ou source de chaleur. L'usine 1 chauffe un fluide qui doit être refroidi dans une tour de refroidissement désignée dans son ensemble par 2. La tour 2 comporte une charpente de support 3 d'une coque 4 constituant une cheminée. Des refroidisseurs 5 sont disposés dans la tour, par exemple, dans l'espace compris entre le sol et le cercle de base de la coque 4. Les refroidisseurs sont montés en parallèle entre des collecteurs principaux 6,7 d'amenée et d'évacuation du fluide à refroidir. Le fluide peut notamment être de l'eau, une solution aqueuse ou de la vapeur. La fig. 2 illustre les mimes éléments qu'à la fig. 7 et montre que les refroidisseurs 5 peuvent être constitués par plusieurs éléments refroidisseurs 5a, 5b...5n montés en série. Les collecteurs 6, 7 sont reliés entre eux à leur sortie de l'usine 1 par un circuit de dérivation 8 sur lequel est montée une vanne 9. Une seconde vanne 10 est montée sur le collecteur d'amenée 6 conduisant aux refroidisseurs 5 de la tour 2. La vanne 10 est disposée en aval du point de branchement 9a du circuit de dérivation 8 sur le collecteur 6. On voit par ce qui précède que tout ou partie du fluide à refroidir peut être amené à passer dans les refroidisseurs 5 de la tour 2 et, de même façon, que tout ou partie de ce fluide à refroidir peut être amené à passer dans le circuit de dérivation 8. Il est ainsi possible de régler la température du fluide refroidi devant retourner à l'usine 1 pour que la température de ce liquide soit constante si besoin est puisque le circuit de dérivation 8 permet, par le réglage des vannes 9 et 10, de mélanger en toutes proportions du fluide chaud provenant de l'usine 1 à du fluide refroidi provenant des refroidisseurs de la tour 2. Les caractéristiques de la tour 2 et notamment le nombre de refroidisseurs 5 qu'elle comporte sont évidemment déterminés pour permettre un refroidissement suffisent du fluide chaud copte tenu de la plus forte chaleur à laquelle l'air de refroidissement circulant dans latur peut se trouver avant qu'il traverse les refroidisseurs 5. Si l'air devant traverser les refroidisseurs 5 est froid, la capacité de refroidissement de la tour devient trop importante et il peut arriver que le fluide circulant dans les refroidisseurs 5 soit trop refroidi, sa température descendant en dessous d'un seuil critique qui peut, par exemple, être une température pour laquelle le fluide change d'état, notamment le gel dans le cas d'un liquide. Une première disposition pour réduire la capacité de refroidissement de la tour consiste à établir un circuit de recyclage 11 comportant une pompe 12. Le circuit de recyclage 11 est branché aux collecteurs 6 et 7 comme représenté à la fig. 2, c'est-à-dire qu'il réunit le collecteur d'évacuation 7 au collecteur d'amenée 6, mais en aval de la vanne 10. En mettant en fonctionnement la pompe 12, lenuide circule suivant les flèches et on augmente, par conséquent, le débit du fluide parcourant les refroidisseurs 5. Une partie du fluide ainsi amené à l'entrée des refroidisseurs 5 provient de la sortie desdits refroidisseurs et, par conséquent, on diminue la température du fluide à l'entrée des refroidis seure . Cette double action a pour effet de diminuer le flux thermique évacué par les refroidisseurs ainsi que la chute de température du fluide, provoquant finalement une augmentation de la température du fluide à la sortie des refroidisseurs, toutes choses égales par ailleurs.La mise en oeuvre de ce recyclage permet notamment de retrouver la même dissipation thermique des refroidisseurs pour des températures inférieures de l'air de refroidissement tout en maintenant la température de sortie des refroidisseurs à une valeur supérieure ou égale à la valeur critique. La fig. 3 montre à la courbe 1 la capacité de refroidissement de la tour lorsque le recyclage n'est pas mis en oeuvre et à la courbe II la capacité de refroidissement de la même tour lorsque le recyclage est mis en oeuvre. On voit que la température t1, qui est la température d'entrée sans recyclage, est plus élevée que la température t'l qui est la température d'entrée avec recyclage et qu'au contraire la température de sortie t2 sans recyclage est plus basse que la température t'2 avec recyclage. La fig. 4 illustre un développement de l'invention qui s'applique au cas où les refroidisseurs se composent de deux ou plusieurs éléments refroidissseurs disposés en série pour le fluide à refroidir, c'est-à-dire lorsqu'on dispose d'une channe de refroidisseurs. Ce développement de l'invention consiste à établir au moins un circuit d'injection 13 qui est branché sur le collecteur 6 de préférence à la sortie de la vanne 10 et avant le circuit de recyclage 11. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en branchant le circuit 13 en amont de la vanne 10 et cela soit en amont, soit en aval du point de branchement du circuit de dérivation 8.Le circuit d'injection 13 comporte de préférence au moins une pompe 14 pour augmenter si nécessaire le débit de fluide à refroidir à l'entrée des éléments refroidisseurs suivant immédiatement le premier élément refroidisseur de chaque refroidisseur, c'est-àdire à partir des éléments de rang deux. Une vanne 15 est également prévue sur le circuit d'injection, en série avec la pompe 14,pour régler le débit dans le circuit d'injection et éventuellement l'isoler. La fig. 5 montre plusieurs éléments refroidisseurs 5a, 5b, 5c...5n-1 et 5n qui sont montés en série. Le circuit d'insection 13 forme, alors, un collecteur auxiliaire 131 à partir duquel sont disposés des conduits de dérivations 13b, 13c... 13n menant à l'entrée des éléments refroidisseurs 5b, 5c...5n. chaque dérivation est munie d'une vanne 16b, 16e ,... I6n-1 16n et d'une pompe 17b, 17c...17n-1 17n, ce qui permet de régler le débit d'injection dans les différents éléments refroidisseurs pour tenir compte de la perte de charge du fluide ayant traversé l'élément refroidisseur précédent et faire en sorte que du fluide chaud soit à chaque fois injecté dans l'élément refroidisseur de rang correspondant sans qu'il en résulte une circulation à contre-courant. Dans une variante non représentée les pompes 14, d'une part, et 17b à 17n , d'autre part, peuvent être supprimées. Les débits d'injection dans les différents refroidisseurs sont alors réglés par les vannes 15 et 16b à 16n. La fig. 6 illustre une disposition analogue mais dans laquelle des charnels d'éléments refroidisseurs 5a, 5b... 5n sont disposées par groupes G1 , G2 , les refroidisseurs étant branchés dans une disposition dite "série parellèle". Comme précédemment, des collecteurs auxiliaires de réinjection 131 sont prévus et sont reliés à des conduits de dérivation 13b et 13c dans l'exemple représenté, chacun desdits conduits étant muni d'une vanne 16b, 16c et éventuellement d'une pompe 17bs 17c lesdits conduits de dérivation mènent également à l'entrée des éléments refroidisseurs suivant immédiatement le premier. On voit que dans cette disposition les pressiox3et débits de fluide chaud réinjecté sont les mêmes pour chaque rang d'éléments refroidisseurs. Le fluide chaud qui est injecté à l'entrée des éléments de la chaîne de refroidisseurs a pour effet de diminuer l'écart de température entre l'entrée et la sortie de cette chaîne d'éléments refroidisseurs et de'maintenir le fluide refroidi au-dessus de la température critique. Ce qui est expliqué ci-dessus apparaît bien à la fig.7 à laquelle on a représenté la courbe I de la fig. 3 qui illustre leErefroidissement obtenu sans recyclage et sans réinjection. Le premier élément 5a de la chaîne décrite ci-dessus, soit en référence à la fig. 5, soit en référence à la fig. 6, reçoit le fluide à refroidir à la température tl mais le débit dans cet élément est réduit du fait du prélèvement de fluide effectué pour assurer l'injection à partir de l'élément de rang deux et, par conséquent, la chute de température du fluide dans le premier élément est augmentée. Du fluide chaud étant injecté dans l'élément 5b, cela a pour effet d'élever sa température d'entrée à t5b inférieure à t1. Le débit dans l'élément 5b est plus important que celui dans l'élément Sa et la température d'entrée résultant de ce melange est plus faible, par conséquent, la chute de température est plus faible. L'injection suivante, faite dans l'élément 5c, augmente à son entrée la température jusqu'à t5c, tem- pérature qui peut être choisie inférieure à la température t5b en réglant le débit d'injection à l'entrée de l'élément So. Le débit dans l'élément 5c étant plus fort et la température d'entrée étant plus faible que dans l'élément 5b, la chute de température dans cet élément 5c est plus faible que la chute de température dans l'élément 5b. Il en est de même pour les autres éléments 5d et 5e dans lesquels les débits croissent et les chutes de température sont alors réduites de façon correspondante. En choisissant convenablement les débits d'injection dans les éléments successifs, la température à l'entrée de chacun d'eux peut être réglée pour que la température à leur sor tie soit maintenue à une température T tout juste supérieure à la température critique Tc, ce qui est représenté par la fig.?. La fig. 8 illustre une variante suivant laquelle on pré- voit seulement le circuit d'injection 13, le circuit de recyclage n'existant pas. Par contre, le circuit de dérivation 8 avec sa vanne 9 est conservé. Les fig. 9 et 10 illustrent des réalisations préférées des éléments refroidisseurs constituant la chaîne de refroidisseurs. Â la fig. 9, deux faisceaux refroidisseurs, par exemple à tubes et ailettes, désignés par 20 et 21 sont chacun munis d'une boîte inférieure 22, 23 et d'une boîte supérieure 24,25. Le fluide chaud provenant du collecteur 6 est amené dans la botte 22 pour traverser le faisceau 20 puis est conduitdela boite 24, au moyen d'un conduit 26, à la boite 25 du faisceau 21 puis, ensuite, par cette dernière vers le collecteur 7. Le circuit d'injection 13 est avantageusement branché directement sur le boîte 25 du faisceau 21 qui constitue l'élément refroidisseur 5b décrit dans ce qui précède. Plusieurs appareils de mssme conception peuvent être disposés en série pour constituer la chaîne de retroidisse urs A la fig. 10, les faisceaux 20, 21 sont rapprochés l'un de 1 l'autre et réunis à leur partie supérieure par une boite de transfert 27 dans laquelle débouche le conduit d'injection 13, de préférence au-dessus de la partie de faisceau 21. Dans cette réalisation, la boite inférieure désignée par 28 est munie d'une cloison séparatrice 29 et cette boite est reliée, par les deux compartiments qu'elle délimite, d'une part, au collecteur 6 et, d'autre part, au collecteur 7. Dans cette dernière réalisation, les ailettes ou autres éléments dissipateurs peuvent être communs aux deux faisceaux 20, 21. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détails, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, la tour 1 peut être munie de moyens pour faire varier le débit d'air, ces moyens pouvant être constitués par des volets 30 disposés dans la coque 4 de la tour pour en modifier les caractéristiques aéro-dynamiques. Les volets 30 peuvent astre associés éventuellement à certains au moins des refroidisseurs qui, supplémentairement, peuvent être munis de moyens permettant de les isoler et éventuellement de les vidanger. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour faire varier la capacité de refroidissement dtune tour sèche comportant des éléments refroidisseurs alimentés en fluide à refroidir à partir d'un collecteur d'amenée branché à la sortie d'une source chaude, lesdits éléments étant, par ailleurs, reliés par leur sortie à un collecteur d'évacuation menant à l'entrée de la source chaude et un circuit de dérivation étant prévu entre les collecteurs d'amenée et d'évacuation pour dériver éventuellement une partie du fluide devant normalement passer par les éléments refroidisseurs, caractérisé en ce qu'on fait circuler dans certains au moins des éléments refroidisseurs une quantité supplémentaire réglable d'un fluide lorsque la température du fluide refroidi dans ces éléments tend à descendre jusqu'à un seuil critique. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que pour faire circuler une quantité supplémentaire de fluide on prévoit, entre le collecteur d'évacuation et le collecteur d'amenée, un circuit de recyclage faisant qu'une partie du fluide refroidi sortant des éléments refroidisseurs est réintroduite à l'entrée de ces éléments. 3 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que pour augmenter la quantité de fluide circulant dans les éléments refroidisseurs disposés en chaîne, on dispose au moins certains d'entre eux en série et on prévoit un circuit d'injection introduisant du fluide chaud à l'entrée de certains au moins des éléments refroidisseurs de la chaîne à compter des éléments de rang deux de cette chaîne. 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on prévoit en combinaison un circuit de recyclage et un circuit d'injection, tous deux à débit réglable. 5 - Dispositif pour faire varier la capacité de refroidissement d'une tour sèche comportant des éléments refroidisseurs dont l'entrée est reliée à un collecteur d'amenée et la sortie à un collecteur d'évacuation communiquant respectivement avec la sortie et l'entrée d'une installation dans laquelle un fluide est chauffé, lesdits collecteurs étant réunis par un circuit de dérivation muni d'une vanne, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'on branche sur le collecteur d'amenée un circuit relié aux éléments refroidisseurs pour faire varier le débit dans au moins une partie de ces éléments refroidisseurs. 6 - Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par une vanne réglable disposée sur le collecteur d'amenée en aval du point de branchement du circuit de dérivation. 7 - Dispositif suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le circuit faisant varier le débit dans les refroidisseurs est un circuit de recyclage comportant au moins une pompe et reliant le collecteur d'évacuation au collecteur d'entrée. 8 - Dispositif suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le circuit faisant varier le débit dans les refroidisseurs est un circuit d'injection branché sur le collecteur d'amenée, ce circuit d'injection comportant au moins une vanne et étant relié à l'entrée d'au moins un élément refroidisseur d'une chaîne d'éléments refroidisseurs disposés en série. 9 - Dispositif suivant l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le circuit d'injection est. branché sur le collecteur d'amenée entre la vanne que comporte ce collecteur et l'endroit où est branché le circuit de recyclage. 10 - Dispositif suivant l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le circuit d'injection est branché sur le collecteur d'amenée en amont de la vanne que comporte ce collecteur. 11 - Dispositif suivant l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que les éléments refroidisseurs comportent plusieurs chaînes d'éléments branchés en série, le circuit d'injection comportant des conduits d'injection munis d'une vanne, chaque conduit étant branché à l'entrée d'un des éléments refroidisseurs ayant même rang. 12 - Dispositif suivant l'une des revendications 5 à 17, caractérisé par des groupes d'éléments refroidisseurs montés dans une disposition en série parallèle, chaque conduit d'injection muni de sa vanne étant relié à l'entrée de tous les éléments refroidisseurs en parallèle ayant même rang dans leur disposition en série. 13 - Dispositif suivant l'une des revendications 5 à 12, caractérisé en ce que les vannes sont réglables pour faire varier le débit de fluide passant dans le circuit de dérivation de zéro jusqu'au voisinage du débit total de l'installation produisant le fluide chaud, tandis que les vannes du circuit d'injection sont réglables pour empêcher toute circulation à contre-courant dudit fluide à refroidir dans les éléments refroidisseurs de la chaîne tout en faisant circuler une quantité de fluide suffisante pour que la température de sortie de chaque élément refroidisseur se trouve toujours au-dessus d'un seuil de température critique. 14 - Dispositif suivant l'une des revendications 5 à 13, caractérisé en ce que les éléments refroidisseurs comportent, à chaque fois, deux faisceaux de tubes débouchant dans des boites supérieures et inférieures, les boites inférieures étant respectivement reliées au collecteur d'amenée et au collecteur d'évacuation, tandis que les boites supérieures sont reliées ensemble, le conduit d'injection débouchant dans la boite supérieure du faisceau dont la boite inférieure est reliée au collecteurvd'évacuation. 15 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les deux faisceaux de chaque élément refroidisseur sont reliés à leur partie supérieure à une bote commune de transfert dans laquelle débouche le conduit d'injection, la boite inférieure étant séparée par une cloison délimitant deux compartiments auxquels sont respectivement reliés le collecteur d 'amenée et le collecteur d'évacuation. 16 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la tour est munie supplémentairement de moyens pour faire varier le débit d'air de refroidissement qui la traverse. 17 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que certains au moins des éléments refroidisseurs comportent des vannes dtisolement et des circuits de vidange.