Brevet FR2370859A1 — publié le 19780609

La présente invention concerne un équipement de refroidissement pour machines et appareils divers tels qu'alternateurs, groupes convertisseurs moyenne fréquence, générateurs statiques haute fréquence pour induction, oscillateurs etc... Dans de tels appareils, les niveaux de température imposés sont de l'ordre de 25 à 350C, ce qui ne nécessite pas un matériel frigorifique, mais impose généralement un refroidissement par échangeur à circulation de fluide dans lequel le fluide de refroidissement est recyclé et est refroidi par un échangeur associé à un réfrigérant atmosphérique à évaporation d'eau. De telles solutions sont complexes et d'un prix élevé, de sorte qu'elles sont difficilement admissibles pour des puissances moyennes et faibles. L'un des buts de l'invention est de réaliser un équipement qui soit plus simple, moins onéreux et convienne, de par son prix, à des faibles ou moyennes puissances. L'équipement selon l'invention est du type à circulation d'un fluide de refroidissement et comportant un circuit de refroidissement fermé comprenant un échangeur de chaleur dont l'entrée du fluide à refroidir est reliée par un conduit à la sortie du circuit de refroidissement de la machine, tandis que la sortie de l'échangeur est reliée à l'entrée dudit circuit de refroidissement de la machine, avec interposition d'une pompe, et est caractérisé en ce qu'il comporte un bassin rempli d'eau et dans lequel est immergé l'échangeur de chaleur, une cheminée sensiblement verticale dont l'extrémité inférieure s'ouvre sur le bassin, au moins un tube de venturi s'étendant sensiblement radialement à la cheminée et- s'ouvrant, par son extrémité aval, au voisinage de l'ex- trémité inférieure de la cheminée, une pompe dont l'aspiration est reliée au bassin et dont le refoulement est relié à une buse de pulvérisation logée dans le tube de venturi. Grâce à cette disposition, on réalise un équipement relativement simple, ne consommant qu'une très faible quantité d'eau et ne demandant pas une grande dépense d'énergie, 11 eau pulvérisée dans le tube de venturi engendrant la mise en vitesse de l'air, qui, par une mise en contact intime avec l'eau, réalise par diffusion de vapeur, le refroidissement de cette dernière et la saturation de l'air. La cheminée comporte une série de déflecteurs s'étendant transversalement par rapport à l'axe du tube de venturi depuis le voisinage du bord supérieur dudit tube vers le bassin. Grâce à cette caractéristique, on ralentit encore l'écoulement de l'air et on favorise la retombée de l'eau dans le bassin. Suivant une caractéristique de détail, le conduit reliant la sortie du circuit de refroidissement de la machine à l'entrée de l'échangeur traverse la cheminée et comporte dans sa partie traversant la cheminée, des ailettes. Dans certains cas, on peut remplacer les ailettes par un faisceau de tube inséré dans la partie du conduit traversant la cheminée, ce faisceau pouvant lui-même comporter des ailettes. De préférence, la cheminée comporte une série de séparateurs de gouttelettes, cette dernière étant disposée entre la série de déflecteurs et la partie du tube logée dans la cheminée et qui relie la sortie du circuit de refroidissement de la machine à l'entrée de l'échangeur de chaleur. Suivant encore une autre caractéristique de détail, le circuit de fluide de refroidissement comporte un vase d'expansion. Suivant une caractéristique constructive partieulière, l'échangeur comporte une première-série de tubes reliée entre eux et dont l'un d'extrémité s'ouvre dans le bassin, tandis que l'autre de l'autre extrémité est relié à la pompe, une seconde série de tubes reliés entre eux et dans chacun desquels s'étend voaxia- lement un tube de la première série, ces tubes de cette seconde série étant reliés au circuit de refroidissement de la machine et logés dans des canaux dans l'un desquels débouche une dérivation de l'aspiration de la pompe. Ainsi le fluide à refroidir circule entre deux courants d'eau de refroidissement, de préférence à contre-courant. Afin d'éviter un encrassage de l'échangeur, le bassin comporte un bac amovible s'étendant au dessus de l'échangeur, ledit bac retenant les impuretés. Suivant encore une caractéristique constructive, les canaux sont formés par des ailettes du fond du bac ou du fond du bassin. L'équipement comporte des moyens pour maintenir un niveau d'eau constant dans le bassin. Enfin, l'équipement peut comporter des moyens pour commander la vidange d'une partie de l'eau du bassin lorsque le niveau d'eau dans celui-ci est descendu en dessous d'un niveau déterminé et pour commander l'admission d'eau dans celui -ci jus qu'à un niveau déterminé, lorsque la vidange a atteint un seuil déterminé. Ainsi, on limite la concentration des sels dans le bassin en pratiquant une purge proportionnelle au débit effectif d'eau d'appoint. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple seulement et représenté aux dessins annexés. Sur ces dessins Fig. I est une vue en coupe verticale schématique d'un équipement selon l'invention, Fig. 2 est une vue en coupe, à plus grande échelle, d'un détail suivant la ligne II-II de la figure 3, Fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2. L'équipement représenté aux figures est logé dans un bâtiment I et comprend un bassin 5 en regard duquel s'étend une cheminée II s'ouvrant à l'extérieur et traversantle toit I2 du bâtiment I. Dans le bassin 5 est immergé un échangeur de chaleur 2. Le matériel à refroidir est désigné par la reférence 3 et est interposé sur un circuit de fluide de refroidissement comprenant un tuyau 4 relié à l'entrée de l'échangeur 2, un tuyau 6 reliant la sortie de l'échangeur à une pompe 7 et un tuyau 8 d'arrivée dans le matériel à refroidir 3. Ce circuit de refroidissement est maintenu plein et à une pression constante par un vase d'expansion 9 relié par une tuyauterie 10 au tuyau 6. Le tuyau 4 comporte une partie coudée I3 qui est pourvue d'ailettes I4 et qui traverse la cheminée II, cette dernière comportant intérieurement une série de déflecteurs I6 et une série de séparateurs de gouttelettes I7. La partie-du tuyau I4 logée dans la cheminée pourrait être remplacée par une batterie de tubes éventuellement pourvus d'ailettes. Au voisinage de son extrémité inférieure, la cheminée II comporte latéralement une ouverture I8 dans laquelle débouche l'extrémité aval d'un tube de venturi I9 dont l'extrémité amont s'ouvre à l'extérieur du bâtiment. Le tube de venturi comporte un col 20 prolongé par une partie évasée 25 et en arrière dudit col 20 est disposée une buse de pulvérisation 21 reliée par un tuyau 22 au refoulement d'une pompe 23 dont l'aspiration est reliée par des tuyaux 27 et 28 à l'é- changeur 2. Sur le tuyau 22 est interposée une électro-vanne de régulation 30 qui, en fonction de la température de 11 eau de re froidisement au refoulement de la pompe 23, commande la distribution soit à travers la buse 21, soit à travers un tuyau 31 qui débouche dans le bassin 5. Sur le tuyau 28 est branche un tuyau 32 sur lequel est montée une électro-vanne 33 de commande d'admission d'eau d'appoint pour compenser l'eau évaporée, ledit tuyau 32 étant relié à une source d'eau sous pression. Aux figures 2 et 3, on a représenté à plus grande échelle l'échangeur de chaleur 2 celui-ci comprenant un faisceau de tubes parallèles 35, 36, 379 38 et 39 solidaires, par leurs extrémités de deux parois parallèles 40 et 41. Chaque tube 35 à 39 est logé respectivement dans un tube 42 à 46, ces derniers étant d'une longueur inférieure à celle des tubes 35 à 39 et solidaires, par leurs extrémités, de parois 47 et 48. La paroi 40 est reliée à la paroi 47 par des cloisons 59, 51, 52 et 53, tandis que des cloisons 54, 55 et 56 relient les parois 41 et 48. Sur l'échangeur 2 s'étend un bac 60 dont le fond 61 est pourvu d'ailettes 62 à 67 qui constituent des séparations entre les tubes 42 à 46 et forment des canaux de circulation de l'eau de refroidissement.Le bac 60 comporte intérieurement un déversoir 75 débouchant à l'entrée de ltéchangeur et reçoit l'eau de refroidissement, cette eau débordant par dessus le déversoir 75) de sorte que les impuretés sont retenues, le bac étant amovible on peut ainsi aisément nettoyer l'ensemble de l'échangeur. Le bassin 5 comporte une vidange 70 sur laquelle est montée une électro-vanne de commande 71. Pour compenser l'évaporation de l'eau dans le bassin, on commandera l'admission d'eau à travers le tuyau 32, toutefois pour limiter la concentration des selsa il est prévu des moyens pour commander avant l'admission d'eau appoint9 chaque fois que celleci sera hécessaire, une vidange partielle à travers la vidange7eX Dans le bassin 5, il sera donc prévu deux contacts électriques 72 et 73, le contact 72 correspondant au niveau supérieur limite et le- contact 73 au niveau inférieur limite.Lorsque le niveau d'eau dans le bassin aura descendu d'une valeur déterminée, le contact 72 commandera l'ouverture de l'électro-vanne 71 afin que l'eau descende jusqu'à la llmite inférieure admise. Lorsque ce dernier niveau sera atteints le contact 73 commandera la fermeture de l'électro-vanne 71et l'ouverture de l'électro-vanne 33 jusque8 ce que le niveau supérieur soit atteint, le contact 72 commandant la fermeture de la vanne à ce moment. Le fonctionnement de l'équipement est le suivant Le matériel refroidir 3 qui peut être une machine ou un appareillage électrique tels qutalternateurs, groupes convertisseurs moyenne fréquence, générateurs statiques haute fréquence etc.. reçoit un fluide de refroidissement par le tuyau 8, celui-ci s'éva- cuant par le tuyau 4 pour arriver dans l'échangeur 2 où il traverse les tubes 46, 45, 44, 43, 42 (flèches en traits mixtes) pour être renvoyé par la pompe 7 au matériel à refroidir. L'échangeur 2 est complétement immergé dans le bassin 5 et l'aspiration de la pompe 23 à travers les tuyaux 25 et 28 crée deux courants parallèles de direction opposée à celle du circuit de l'eau de refroidissement du matériel 3. En effet, une partie de l'eau du bassin est aspirée depuis- l'extrémité -libre du tube 35 à travers les tubes 36, 37, 38 et 39 dans le sens des flèches en pointillés, tandis que l'autre partie de l'eau est aspirée depuis l'espace ménagé entre l'ailette 62 et le bord du bassin 5 dans le sens des flèches en traits pleins, à travers les différents canaux délimités par les ailettes 62,63 - 63, 64 - 64,65 - 65,66 - 66,67 pour traverser le tuyau 28. Si cette eau aspirée par la pompe 23 est en dessous d'une température déterminée, la vanne 30 commande le refoulement à travers le tuyau 31 et l'eau s'écoule directement dans le bassin au dessus du bac 60. Si, au contraire, la température de l'eau du bassin 5 est en dessus d'un seuil déterminé, cette eau est envoyée sous forme pulvérisée dans le col 20 du tube de venturi par la buse 21. Cette pulvérisation d'eau dans le tube de venturi engendre une énergie cinétique qui Brée une aspiration d'air dans le tute de venturi, l'accélération-du courant d'air dansle col 20 assurant un échange de chaleur entre l'air et l'eau. Mélangée à l'air entrainé par échange superficiel de diffusion de vapeur, l'eau se refroidit, sa température s'équilibrant avec l'air saturé d'humidité. Comme le tube de venturi s'évase apres le col 20 la vitesse de l'air décroit progressivement et le changement brusque de direction entre l'extrémité du tube de venturi et la cheminé Il aidé par les déflecteurs I6, assure la séparation de la majeure partie de l'eau de l'air, cette eau retombant dans le bassin, tandis que l'air s'évacue à vitesse réduite dans la cheminée 11. L'air dans ladite cheminée Il traverse les séparateurs I7 qui permettent encore de récupérer le reste de l'eau en suspension dans ledit air, cette eau tombant par gravité dans le bassin 5. L'air traverse ensuite les ailettes I4 ét realise un prérefroidissement du fluide circulant dans le tube 4, puis s'échappe à l'extérieur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit et représenté, on pourra y apporter de nombreuses modifications de détails sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. REVENDICATIONS - - Equipement de refroidissement de machines du type à circulation d'un fluide de refroidissement et comportant un circuit de refroidissement fermé comprenant un échangeur de chialeur dont l'entrée du fluide à refroidir est reliée par un conduit à la sortie du circuit de refroidissement de la machine, tandis que la sortie de l'échangeur est reliée a l'entrée dudit circuit de refroidissement de la machine, avec interposition d'une pompe, caractérisé en ce qu'il comporte un bassin rempli d'eau et dans lequel est immergé l'échangeur de chaleur, une cheminée sensiblement verticale dont a'extrémité inférieure s'ouvre sur le bassin, au moins un tube de venturi s'étendant sensiblement radialement à la eheminée et s'ouvrantpar son extrémité al au voisinage de l'extré- mité inférieure de la cheminée, une pompe dont l'aspiration est reliée au bassin et dont le refoulement est relié à une buse de pulvérisation logée dans le tube de venturi. 20 - Equipement de refroidissement de machines selon la revendication I, caractérisé en ce que la cheminée comporte une série de déflecteurs s'étendant transversalement par rapport à 1'axe du tube de venturi depuis le voisinage du bord supérieur dudit tube vers le bassin 30 - Equipement de refroidissement de machines selon la revendication I, caractérisé en ce que le conduit reliant la soit tie du circuit de refroidissement de la machine à l'entrée de l'échangeur traverse la cheminée et comporte, dans sa partie traversant la cheminée, des ailettes. 40 - Equipement de refroi8ssement de machines selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans la partie du conduit traversant la cheminée, il est inséré un faisceau de tubes. 50 - Equipement de refroidissement de machines selon la revendication 4, caractérisé en ce que le faisceau de tubes comporte des ailettes. 60 -;Equiperrment de refroidissement de machines selon la revendication I, caractérisé en ce que la cheminée comporte une série de séparateurs de gouttelettes. 70 - Equipement de refroidissement de machines selon las revendications I, 2, 3 et 6 caractérisé en ce que la série de séparateurs de gouttelettes est disposée dans la cheminée entre la série de déflecteurs et la partie du conduit logé dans ladite cheminée et qui relie la sortie du circuit du fluide de refroi isse- ment de-la machine à l'entrée de l'échangeur de chaleur. 80 - Equipement de refroidissement de machines selon la revendication I, caractérisé en ce que le circuit du fluide de refroidissement comporte un vase d'expansion. 9 - Equipement de refroidissement de machines selon la revendication I, caractérisé en ce que l'échangeur comporte une première série de tubes reliés entre eux et dont l'un d'extrémité s'ouvre dans le bassin, tandis que l'autre de l'autre extrémité est relié à la pompe, une seconde série de tubes reliés entre eux et dans chacun desquels s'étend coaxialement un tube de la première série, ces tubes de cette seconde série étant reliés au cir- cuit de refroidissement de la machine et logés dans des canaux dans l'un desquels débouche une dérivation de l'aspiration de la pompe. I00 - Equipement de refroidissement de machines selon la revendication I, caractérisé en ce que le bassin comporte un bac amovible s'étendant au dessus de l'échangeur. IIO - Equipement de refroidissement de machines selon les revendications 9 et 10 caractérisé en ce que les canaux sont formés par des ailettes du fond du bac. I20 - Equipement de refroidissement de machines selon les revendications 9 et IO, caractérisé en ce que les canaux sont formés par des ailettes du-fond du bassin. I30 - Equipement de refroidissement de machines selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour maintenir un niveau d'eau constant dans le bassin. - - Equipement de refroidissement de machines selon la revendication I3 caractérisé en ce qutil comporte des moyens pour commander la vidange d'une partie de l'eau du bassin lorsque le niveau d'eau dans celui-ci est descendu en dessous dgun niveau déterminé, et pour commander l'admission d'eau dans celui-ci jus qu'à un niveau déterminé lorsque la vidange a atteint un seuil déterminé.