Brevet FR2360060A1 — publié le 19780224

La présente invention concerne les tours de refroidissement dites seches qui sont utilisées pour le refroidissement de liquides et qui comportent des echangeurs-refroidisseurs présentant au moins deux circuits de circulation afin que le liquide à refroidir ne soit jamais en contact avec l'atmosphère. L'invention concerne, notamment, les tours de refroidissement du type à tirage naturel, ctest-à-dire qui comportent une coque supportée audessus du sol par une charpente, de sorte que l'air atmosphérique est aspiré en dessous de la coque et s'élève à l'intérieur de celle-ci par un effet de tirage analogue à celui d'une chemi née. Des tours de ce genre sont utilisées pour le refroidissement des liquides provenant des centrales électriques ou d'autres installations dissipatrices de chaleur. Le dispositif de l'invention permet de faire varier dans des proportions très importantes la capacité de refroidissement d'une tour du genre rappelé ci-dessous pour que le refroidissement d'un liquide puisse toujours être contrôlé quelles que soient les conditions atmosphériques et, en particulier, que le liquide à refroidir ne puisse mais être amené à une température infé rieure à une limite fixée a' à l'avance. Conformément à l'invention, le dispositif pour le refroidissement d'une tour sèche comportant des refroidisseurs dont un circuit est parcouru par le liquide à refroidir et un second circuit par l'air de refroidissement circulant dans la tour est caractérisé en ce que des refroidisseurs sont branchés en paral lêle entre au moins un collecteur d'amenée et un collecteur d'évacuation, certains au moins desdits refroidisseurs comportant une vanne d'arrbt pour les isoler du collecteur d'amenée, un ou des conduits de vidange branchés a' leurs points bas et un ou des conduits d'amenée d'un fluide de remplacement contr8îés par une vanne, ces conduits étant reliés à leurs points hauts Diverses 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 limita$ifs, aux dessins annexés. La fig. 1 est une élévation schématique d'une tour de refroidissement faisant application de l'invention. Les fig. 2 à 4 sont des schémas illustrant trois modes de branchement, conformes à l'invention, des refroidisseurs que comporte la tour de la fig. 1. La fig. 5 est un schéma d'un refroidisseur illustrant un développement de l'invention. La fig. 6 est un schéma analogue à la fig. 5 illustrant un autre développement de l'invention. La fig. 7 est un schéma analogue aux fig. 5 et 6 illustrant une variante. La fig. 8 est un schéma analogue aux figures précédentes illustrant un autre développement de l'invention. La fig. 1 illustre une tour désignée dans son ensemble par 1 qui comporte une charpente de support 2 et une coque 3 érigée sur la charpente 2. La coque 3 est constituée par un voile mince délimitant une enveloppe formant cheminée dont la forme générale est avantageusement celle d'un hyperboloide de révolution. L'invention concerne exclusivement une tour du genre décrit ci-dessus qui est dite seche, ctest-à-dire dans laquelle le liquide à refroidir circule dans des circuits refroidisseurs et n'est par conséquent jamais en contact direct avec l'air de refroidissement qui traverse lesdits refroidisseurs. tt n 'L1expression tour seche n'exclut pas la possibilité qu'il y a de projeter, ou de pulvériser, un liquide sur la partie des refroidisseurs en contact avec l'air. Pour simplifier la compréhension de ce qui suit et pour l'interprétation des revendications le mot "refroidisseur" désigne indifféremment un ou plusieurs éléments-refroidisseurs et, lorsqu'il y a plusieurs éléments assemblés dans un meme circuit, le mot refroidisseur est également utilisé quel que soit le mode de branchement de ces éléments sur la circulation du liquide, ctest-à-dire que plusieurs éléments peuvent être pontés en parallèle, en série et/ou simultanément en série et en parallèle. La fig. 1 montre que les refroidisseurs peuvent être disposés a' la périphérie de la charpente 2, c'est-à-dire entre le sol et la base de la coque 3 sur tout ou partie de la périphérie de la charpente 2 ainsi que cela est illustré en A. Les refroidisseurs peuvent aussi etre disposés transversalement par rapport à la coque 3 près de la base de celle-ci, sur un ou plusieurs niveaux ainsi que cela est illustré en B à la fig. 1. La tour peut comporter seulement des refroidisseurs Â ou seulement des refroidisseurs B ou encore en combinaison des refroidisseurs Â et B. Dans tous les cas les refroidisseurs sont traversés par de l'air circulant suivant les flèches représentées à la fig. 1, c'est-à-dire que cet air de refroidissement circule dans l'espace dans lequel se trouve la charpente de support 2 et est aspiré à l'intérieur de la coque 3 en traversant les refroidisseurs. La nature des éléments constituant les refroidisseurs peut être extrêmement diverse, par exemple ils peuvent être constitués soit par des faisceaux de tubes reliés à des dissi peurs et débouchant dans des boîtes collectrices, soit par des échangeurs dits à plaques, soit par des serpentins-refroidisseurs munis ou non d'ailettes ou de dissipateurs, ainsi que par tous autres éléments-refroidisseurs comportant au moins deux circuits. A la fig. 2, 4 désigne un collecteur d'amenée du liquide à refroidir et 5 un collecteur d'évacuation de ce même liquide. Les refroidisseurs A et/ou B sont branchés respectivement en parallèle entre les collecteurs 4 et 5 auxquels ils sont reliés respectivement par des vannes d'arrêt 6, 7. Un conduit de vidange 8, controlé par une vanne 8a, est relié aux parties basses de chaque refroidisseur en amont de la vanne d'arrêt 7 et les conduits de vidange sont amenés à un bac de récupération 9. Un conduit de mise à l'atmosphère 10, contrôlé par une vanne 10a, est relié aux parties hautes de chaque refroidisseur, en aval de la vanne d'arrêt 6. A la fig. 3 des groupes de refroidisseurs À Aq ... Au respectivement B, B1 - hn sont montés en parallèle, entre des collecteurs auxiliaires d'amenée 11 et d'évacuation 12 qui sont eux-m8mes reliés aux collecteurs d'amenée 4 et d'évacuation 5 par l'intermédiaire de vannes d'arret 6 et 7. Dans cette réalisation le conduit de vidange 8, controlé par la vanne 8a, est branché sur le collecteur auxiliaire 12 et tous les conduits de vidange 8 sont reliés, par une canalisation au au bac de récupération 9.De façon analogue, un conduit de mise à l'atmophère 10, contrôlé par une vanne 10a, est branché sur le collecteur auxiliaire d'amenée 11 de chaque groupe de refroidisseurs et tous les conduits de mise à l'atmosphère sont reliés entre eux par une conduite générale 14. A la fig. 4, les refroidisseurs A ou B comportent chacun au moins deux circuits a, b, en série l'un avec l'autre. Par exemple, ces refroidisseurs peuvent être du type à circulation méthodique, c'est-à-dire que le liquide à refroidir circule suivant la flèche f1, tandis que l'air de refroidissement circule suivant la flèche f2, ces refroidisseurs comportant alors une boîte d'entrée a bote dtin- terconnexion ab. La boîte d'interconnexion ab est placée à la partie haute, tandis que les boîtes d'entrée et de sortie sont placées à la partie basse.Les boîtes d'entrée a1 sont?reliées comme à la fig. 3, au collecteur auxiliaire d'amenée Il et les haltes de sortie bq au collecteur auxiliaire d'évacuation 12. Egalement comme à la fig. 3, les collecteurs auxiliaires d'ame- née il et d'évacuation 12 sont reliés respectivement aux collecteurs d'amenée 4 et de sortie 5, par les vannes d'arrêt 6 et 7 cependant les collecteurs auxiliaires d'amenée 11 et d'évacuation 12 sont disposés à un niveau inférieur à celui des boîtes d'entrée :so-rtie: b1. Les collecteurs auxiliaires 11, respectivement 12 sont tous deux reliés au conduit de vidange 8 contrôlé par les vannes 8a pour mener au bac de récupération 9. Par ailleurs, ctest la boîte d'interconnexion ab se trouvant à la partie haute qui est reliée au conduit de mise à l'atmosphère 10 contrôlé par la vanne 10a. La disposition décrite ci-dessus resterait analogue si un seul refroidisseur était utilisé et dans ce cas il serait relié directement aux collecteurs 4 d'amenée et d'éévacuation 5 par ses boites d'entrée ass et de sortie ki et les vannes d'arrêt 6 7. Pour faire varier la capacité de refroidissement de la tour 1, il suffit d'isoler un ou plusieurs refroidisseurs ou groupes de refroidisseurs des figures précédentes en fermant les vannes d'arrêt 6 et 7 correspondantes. Lorsqu'il y -a un risque de laisser les refroidisseurs chargés de liquide, on peut alors procéder à leur vidange en ouvrant les vannes d'arrêt 8a du conduit de vidange 8 correspondant et en ouvrant également les vannes de contrôle 10a du conduit de mise à l'atmosphère. De cette façon le liquide contenu dans le ou les refroidisseurs est amené au bac de récupéra tien 9de sorte que ce liquide ne risque plus d'être refroidi exagérOment . le conduit de mise à l'air libre 10 peut également être utilisé dans les différentes dispositions décrites dans ce qui précède pour amener à chaque refroidisseur un fluide de remplacement, ou un fluide de nettoyage ou un fluide susceptible de mettre en oeuvre un autre traitement. La fig. 5 illustre un développement de l'invention suivant lequel les vannes d'arrêt 6 et 7 des figures précédentes sont constituées par des vannes à trois voies dont l'une des voies est reliée aux deux extrémités d'un circuit de dérivation 15 permettant de court-circuiter le ou les refroidisseurs lorsque lesdites vannes d'arrêt sont fermées. De cette façonnon est assuré que le liquide devant circuler depuis le collecteur d'amenée 4 jusqu'au collecteur d'évacuation 5 continue à circuler mais sans qu'il passe par le ou les refroidisseurs concernés par la fermeture des vannes d'arrêt 6 et 7. De préférence, le circuit de dérivation 15 comporte un élément limiteur de débit 16 permettant de créer dans ledit circuit 15 une perte de charge analogue à celle normalement produite par le ou les refroidisseurs concernés. La fig. 6 montre qu'il est possible, Si on le désire, de supprimer la vanne 8a contrôlant le conduit de vidange 8. Dans ce cas on remplace la vanne d'arrêt 7 des figures précédentes par une vanne à trois voies 7a qui permet de relier selective- ment le refroidisseur au collecteur d'évacuation 5 ou au conduit de vidange 8 menant au bac de récupération 9. Supplémentairement encore, la fig. 6 montre que le conduit de mise à l'atmosphère 10 peut être relié, entre la vanne 10a et le refroidisseur à un conduit 17 d'amenée d'un gaz comprimé ou d'un atreShide con- duit qui est contrôlé par une vanne 17a. Il est ainsi possible, en fermant la vanne 10a et en ouvrant la vanne 17a, d'insuffler de l'air, un gaz neutre ou un autre fluide dans le ou les refroidisseurs pour les traiter de façon désirée. La fig. 7 illustre un autre développement de l'invention suivant lequel les vannes d'arrêt 6 et 7 décrites précédemment sont toutes deux remplacées par des vannes à trois voies 6a respectivement 7a. Les vannes 6a, 7a sont en outre reliées ensemble par un circuit de dérivation 18 lui-même relié à un conduit 19 menant au bac de récupération 9 et sur lequel est intercalée une pompe 20. La pompe 20 peut ainsi être utilisée, lorsque les vannes 6a, 7a isolent le ou les refroidisseurs des collecteurs d'amenée ou d'évacuation 4, 5, pour accélérer la vidange ou encore pour assurer le remplissage de ce ou ces refroidisseurs lorsque la vanne 10a contrôlant le conduit de mise à l'atmosphère est ouverte.Il est avantageux de prévoir sur le conduit 10 un détecteur 21 permettant de déceler le moment où les refroidisseurs sont remplis pour fermer la vanne 10a et éventuellement manoeuvrer les vannes d'arrêt 6a, 7a afin de ramener les refroidisseurs dans la position pour laquelle ils communiquent avec les collecteurs d'amenée et d'évacuation 4 et 5. Le dessin montre que la sortie du détecteur 21 est reliée par un conduit 21a débouchant à l'atmosphère, au-dessus du bac de récupération 9. Lorsqu'il est prévu qu'un gaz comprimé ou qu'un autre fluide de remplacement soit amené dans le refroidisseur après sa vidange, il est avantageux de coupler les vannes 17a et 10a contrôlant respectivement l'amenée du fluide de remplacement et le conduit de mise à l'atmosphère afin que l'une desdites vannes 17a respectivement î0a soit fermée lorsque l'autre est ouverte. Le remplissage du ou des refroidisseurs peut aussi être effectué à partir d'un bac auxiliaire de remplissage 22 se trouvant en charge et qui est alimenté à partir du bac de récupération 9 par une pompe 23 ; un conduit 24 contrôlé par une vanne 25 relie'le bac auxiliaire de remplissage 22 au circuit de dérivation 18, lui-même en communication avec les boîtes a1 et b1 par l'intermédiaire des vannes 6a, respectivement 7a. Lorsque le bac 22 est prévu,la pompe 20 peut éventuellement être supprimée. Le bac de remplissage 22 peut simplement être un bac en charge ou bien il peut être constitué par un réservoir sous pression. enfin le remplissage des refroidisseurs peut également être effectué à partir du collècteur d'amenée 4. Dans ce cas, le dispositif ae la fig. 7 comprend, en plus des vannes à trois voies 6a et 7a, une vanne a de fermeture du circuit de vidange. 1e remplissa=e partir du collecteur 4 est effectué simultanément du bas vers le haut dans les deux demi-refroidisseurs a et b lorsque la vanne O'a net simultanément en communication le collecter 4 avec la boîte a1 et la tuyauterie 1z, la vanne 7a faisant communiquer ladite tuyauterie 18 avec la boite b1 en l'isolant du collecteur de sortie 5, la vanne 8a étant fermée. Dans ce qui précède, tout ou partie des conduits et des bacs décrits peut être isolé thermiquement pour éviter tout risque de refroidissement excessif ou de changement d'état du liquide à refroidir. Supplémentairement, le bas de récupération G de même que le bas de remplissage 22 peuvent être réchauffés au moyen d'organes réchauffeurs -o respectivement 26a qui peuvent être des résistances électriques ou des serpentins échangeurs de chaleur dans lesquels est amené à circuler du fluide chaud lour limiter encore le risque de refroidissement excessif ou de changement d'état du liquide à refroidir dans le conduit de vidange -, la fig. 8 montre qu'il est prévu un circuit de dérivation 27 comportant un limiteur de débit 28 pour court circuiter la vanne de controAle 8a ; on est ainsi assuré qu'une faible quantité de liquide à refroidir circule toujours dans le conduit de vidange lorsque le refroidisseur est en fonction. 1e circuit de dérivation 27 peut être constitué par un circuit de fuite prévu dans la vanne 8a, c'est-à-dire qu'une fuite contrôlée existe dans ladite vanne lorsqu'elle est fermée.1orsie la vanne 8a est remplacée par la vanne 7a constituée sous la forme d'une vanne à trois voies comte décrit en référence aux fig. o et 7, alors le circuit de fuite est prévu dans cette vanne a trois voies. wupplémentairement, un circuit de réinjection C') comportant une pompe 50 est prévu entre le bas de récupération et un point quelconque du circuit, de préférence en aval des refroidisseurs, ce point étant situé, par exemple, sur le collecteur d'évacuation 5, pour compenser la fuite volontaire prévue dans le conduit de vidange. Ce circuit de réinjection permet, supplémentairement, d'assurer la circulation continue du liquide dans le bac de récupération 9. L'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 les moyens pour faire varier la capacité de refroidissement de la tour peuvent être combinés avec des organes modifiant les caractéristiques de tirage de la tour, ces organes pouvant être constitués, dans le cas d'une tour à tirage naturel comme l'illustre la fig. 8par des écrans 31 associés à certains au moins des refroidisseurs et pouvant être déplacés pour réduire, partiellement au moins, la quantité d'air de refroidissement traversant le refroidisseur. Ces moyens peuvent aussi etre constitués comme illustré par la fig. I par des éléments mobiles 32 modifiant les caractéristiques aérodynamiques de la tour 1. Il est possible aussi suivant l'invention qu'une ventilation forcée soit prévue dans la tour en mettant en oeuvre des ventilateurs dont la vitesse peut être réglée ou dont le nombre en fonctionnement peut varier. R.EVEXTCAXIONS . 1 - Dispositif pour faire varier la capacité de refroidissement d'une tour sèche comportant des refroidisseurs dont un circuit est parcouru par le liquide à refroidir et un second circuit par l'air de refroidissement circulant dans la tour, caractérisé en ce que des refroidisseurs sont branchés en parallèle entre au moins un collecteur d'amenee et un collecteur d'évacuation, certains au moins desdits refroidisseurs comportant une vanne d'arrêt pour les isoler du collecteur d'amenée, un ou des conduits de vidange branchés à leurs points bas et un ou des conduits d'amenée d'un fluide de remplacement contrôlés par une vanne, ces conduits étant reliés à leurs points hauts. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une seconde vanne d'arrêt est prévue entre le refroidisseur et le collecteur d'évacuation. 3 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que plusieurs refroidisseurs sont montés en parallèle entre des collecteurs auxiliaires d'amenée et d'évacuation, les vannes d'arrêt et les conduits de vidange et d'amenée d'un fluide de remplacement étant montés respectivement entre lesdits collecteurs auxiliaires et lesdits collecteurs d'amenée et d'évacuation. 4 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les collecteurs auxiliaires d'amenée et d'évacuation sont disposés à un niveau inférieur à celui des refroidisseurs lasque ceux-ci comportent au moins deux circuits en série, le conduit de vidange communiquant avec le collecteur auxiliaire d'évacuation en un point en amont de la vanne d'arrêt et avec le collecteur auxiliaire d'amenée en un point situé en aval de la vanne d'arret. 5 t Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les refroidisseurs,respectivement les collecteurs auxiliaires d'amenée, sont reliés en parallèle â un conduit commun d'amenage du fluide de remplacement par 1 'intermédiai- re de vannes de contrôle. 6 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fluide de remplacement est l'air atmos phérique. 7 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fluide de remplacement est un fluide de traitement. 8 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par un conduit d'amenée de gaz comprimé relié au conduit d'amenée du fluide de remplacement, ledit conduit d'a menée de gaz comprimé comportant une vanne et des moyens étant prévus pour empocher l'ouverture simultané des vannes contrô- lant le conduit d'amenée de gaz comprimé et le conduit d'amenée du fluide de remplacement. 9 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins la vanne d'arrêt menant au col lecteur d'évacuation est constituée par une vanne à trois voies ouvrant le conduit de vidange en même temps que ledit refroidis seur est isolé du collecteur d'évacuation. 10 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par un circuit de dérivation disposé en parallèle avec certains au moins des refroidisseurs et dont l'entrée et la sortie sont contrées par les vannes d'arrêt des refroi disseurs constituées en tant que vannes à trois voies. Il - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le circuit de dérivation des refroidis seurs comporte un élément limiteur de débit produisant dans ledit circuit une perte de charge d'un même ordre de grandeur que celui des refroidisseurs concernés. 12 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par un conduit de fuite maintenant une circulation permanente dans le conduit de vidange. 13 - Dispositif suivant l'une des revendications I à 12, caractérisé en ce que le circuit de fuite maintenant une cir culation permanente dans le conduit de vidange est prévu dans la vanne contrôlant ce conduit. 14 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par un circuit auxiliaire de réinjection de liquide prélevé dans le bac et renvoyé dans le circuit principal. 15 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par un circuit de dérivation prévu entre les van nes d'arrêt des collecteurs d'amenée et d'évacuation, vannes d'arrêt présentant une fonction à trois voies mettant encore hors circuit le circuit de dérivation relié en outre par un conduit de vidange et une vanne à un bac de récupération de sorte que le remplissage, apyres vidange, est assuré à partir du collecteur d'amenée lorsque la vanne du conduit de vidange est fermée et que la vanne d'arrêt menant au collecteur d'évacuation fait communiquer le circuit de dérivation avec ie refroidisseur. 16 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par un circuit de dérivation prévu entre les vannes d'arrêt des collecteurs d'amenée et d'évacuation, vannes d'arrêt constituées pour présenter une fonction de vanne à trois voies mettant en ou hors service ledit circuit de dérivation qui est relié à un conduit d'amenée dè liquide pour le remplissage des refroidisseurs ayant subi une vidange, le conduit mettant les refroidisseurs en communication avec l'atmosphère comportant supplémentairement un détecteur de liquide pour la commande de la vanne contrôlant la fermeture de ce conduit. 17 - Dispositif suivant lune des revendications 1 à 16, caractérisé par un bac de remplissage contenant du liquide à refroidir, ledit bac étant relié au circuit de dérivation réunissant les vannes d'arrt des refroidisseurs et des moyens étant prévus pour transférer du liquide contenu dans ledit bac vers lesdits refroidisseurs. 18 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par un bac de récupération communiquant avec les conduits de vidange, ledit bac de récupération formant réservoir pour des circuits de réinjection de liquide et d'alimentation du bac de remplissage. n - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 18, caractérisé par des moyens de réchauffage du liquide contenu au moins dans le bac de récupération. 20 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que certains au moins des bacs et conduits sont isolés thermiquement. 21 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce qu'il comporte supplémentairement des moyens pour faire varier la quantité d'air de refroidissement traversant certains au moins des refroidisseurs.