Brevet FR2449258A1 — publié le 19800912

La présente invention concerne les aéroréfrigérants atmosphériques. On sait que les centrales thermiques exigent des sources froides de plus en plus souvent réalisées sous forme d'aéroréfrigérants atmosphériques. Ces appareils sont composés essentiellement d'un dispositif d'échange de chaleur et d'un dispositif de ventilation. Quand 11 appareil est dit à "tirage naturel", le dispositif de ventilation fonctionne à la manière d'un conduit de cheminée par effet thermo-gravimétrique et prend la forme d'une tour. Il est alors caractérisé essentiellement, du point de vue fonction et construction, par le rapport de la hauteur au diamètre de la tour (h/d : facteur de forme). L'accroissement de taille des centrales thermiques entrain celle des aéroréfrigérants, évolution généralement intéressante sur le plan économique mais, comme différentes raisons tendent à imposer une limitation absolue aux hauteurs, il en résulte que les rapports h/d tendent à diminuer : cette distorsion, due à l'effet d'échelle, associée à l'accroissement en valeur absolue des diamètres, présente certains inconvénients, l'un étant d'altérer l'efficacité de l'utilisation de la "tour" considérée comme une "cheminée", alors que le cott de cette tour est un élément essentiel du coût du système, puisqu'il représente à lui seul environ 50% du coût total d'un aéroréfrigérant moderne. Les inconvénients inhérents à l'évolution du "facteur de forme" h/D se présentent pratiquement, quoique de différentes manières, dans toutes les familles de réfrigérants : soit humides, secs, ou humides-secs. D'une manière générale, on peut classer les aéroréfrigérants actuels en deux types, à savoir les réfrigérants à courants croisés, dans lesquels l'air se déplace à peu près normalement au liquide à refroidir, ce dernier circulant dans des faisceaux de tubes ou ruisselant sur des lattes ou obstacles analogues empilés les uns sur les autres, et les réfrigérants à contre-courant dans lesquels 11 air remonte, à contre-courant, le liquide, en pluie ou en "film". Ces deux types de réfrigérants présentent des inconvénients qui seront décrits avec plus de détail en regard des figures 1 et 2 du dessin annexé. La présente invention a pour but de créer un nouveau type de réfrigérant qui permette d'éliminer les inconvénients précités tout en bénéficiant, et même au-delà, des avantages des deux types de réfrigérants, notamment lorsqu'il s'agit de tours relativement larges par rapport à leur hauteur. A cet effet, selon l'invention, l'aéroréfrigérant est équipé, d'une manière connue, d'un dispositif d'échange périphérique à courants croisés sec ou humide mais au moins un autre dispositif d'échange, sec ou humide, à courants croisés ou à contre-courant est disposé dans la tour, intérieurement par rapport au premier, afin de capter la partie de l'air la plus froide qui pénètre dans la tour au voisinage du sol. Une telle combinaison de dispositifs d'échange permet d'augmenter considérablement le rendement du réfrigérant. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention est réalisée, les particularités qui ressortent, tant du dessin que du texte, faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une demi-coupe verticale schématique d'un réfrigérant classique du type dit "à courants croises La figure 2 est une vue analogue à la précédente mais relative à un réfrigérant classique de type dit "à contre-courant". Les figures 3 à 9 sont des demi-coupes verticales schématiques de quelques exemples de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, le réfrigérant, du type dit "à courants croisés", comporte une tour 1 de forme hyperbolique, à la base de laquelle est installé un dispositif de dispersion 2 en forme de couronne périphérique. Ce dispositif comporte, par exemple, d'une manière classique, des empilements de lattes ou organes analogues, sur lesquels tombe et ruisselle l'eau à refroidir. Cette eau arrive à un bassin circulaire 3, également en forme de couronne, installé au-dessus du dispositif de dispersion 2, autour d'un auvent 4 de raccordement avec la tour 1. L'eau refroidie par le courant d'air À qui traverse horizontalement le dispositif 2 est recueillie dans un bassin inférieur 5, également annulaire, installé sous le dispositif de dispersion, à la base de la tour. Du fait que la température de l'eau est plus élevée au voisinage du réservoir 3 qu'à la base de la tour, l'air qui traverse le dispositif de dispersion 2 dans la zone supérieure AH s' échauffe davantage, circule généralement plus vite et en train plus de chaleur que celui qui traverse le dispositif au niveau AB voisin du bassin inférieur 5. Ces caractéristiques de l'air se répercutent dans la tour 1 qui fait office de cheminée et, au col 6 de la tour, on constate que la vitesse et la température de l'air sont plus élevées au voisinage de la paroi de la tour qu'au centre de celle-ci. La section de la tour est donc mal utilisée. Dans le réfrigérant à contre-courant représenté sur la figure 2, le courant d'air A aspiré par la tour 1 traverse un dispositif de dispersion 10, en forme de plateau, très perméable, disposé horizontalement au-dessus du sol, au niveau du sommet d'ouvertures 11 d'entrée d'air ménagées à la base de latour, et sur toute la surface de ladite tour. L'eau chaude est répartie sur le dispositif 10 au moyen de multiples conduites 12 et elle tombe en pluie dans un bassin inférieur 13. L'air aspiré dans la tour a tendance à passer à travers le dispositif de dispersion beaucoup plus facilement au voisinage de la paroi de la tour (en B) qu'au voisinage du centre C où il ne peut parvenir qu'après avoir traversé la pluie qui tombe du dispositif de dispersion. L'air qui monte dans la tour aux environs de la paroi est donc moins chaud que l'air qui s'élève dans la partie centrale après avoir traversé la pluie. Une fois encore la section de la tour est mal utilisée mais pour des raisons inverses par rapport au cas précédent. Les inconvénients que l'on vient d'exposer se retrouvent, d'une manière générale, dans les réfrigérants secs. Dans l'exemple de réalisation de l'invention que représente la figure 3, la tour comporte la combinaison des dispositifs décrits en regard des figures précédentes. On trouve en effet, sur le pourtour de la tour, un dispositif à courants croisés 2, 3 et à la partie médiane de la tour, un dispositif d'aspersion à contre-courant 10, 12. Un unique bassin de réception 5 peut être prévu pour les deux dispositifs mais on peut aussi utiliser des bassins séparés par un ou plusieurs murets 15. Le dispositif médian 10 peut être ceinturé par une paroi annulaire 16, sensiblement parallèle à la paroi voisine de la tour, ce qui favorise l'écoulement de l'air. Dans la présente combinaison, l'air qui entre à la partie supérieure du dispositif 2, en AH, est accéléré grâce à son plus grand échauffement, comme dans la tour classique de la figure 1 mais, l'air qui pénètre au bas, en AB circule plus vite que dans ladite tour car il est aspiré par l'effet de cheminée qu'entretieztle dispositif central 10. Cet air emprunte le trajet BO et s'échappe donc dans la partie médiane de la tour, plus chaud et à plus grande vitesse. On obtient ainsi une uniformisation du courant d'air qui s'échappe de la tour et un meilleur rendement. Dans le calcul des dimensions du système, il y aura avantage à resserrer les empilements du dispositif de dispersion 2 dans la zone AH et à le' desserrer au niveau AH afin d'accrottre la densité spatiale de l'eau dans la zone AH en ralentissant sa vitesse de chute, et de réduire la densité spatiale de l'eau dans la zone inférieure AB en y augmentant la vitesse de chute. Dans ces conditions, l'air traversera plus facilement la zone AB et arrivera peu chargé de chaleur et peu ralenti au dispositif central. D'autres paramètres doivent être pris en compte pour l'équilibrage du système à savoir, notamment, le rapport des diamètres D1 et D2 qui caractérisent le passage annulaire ménagé entre la base de la tour et le dispositif central 10, ainsi que le rapport des hauteurs H1 et H2 des deux dispositifs, 111 étant en général supérieur à H2. Si l'on utilise un seul bassin inférieur, on récolte l'eau à une température moyenne. Avec plusieurs bassins, on peut utiliser les eaux recueillies, qui présentent des températures différentes, dans des circuits distincts, par exemple des condenseurs à des températures différentes, ce qui permet d'améliorer le rendement de l'installation équipée du réfrigérant, par exemple une centrale thermique. Dans la variante de la figure 4, on retrouve à la périphérie de la tour le dispositif de dispersion 2, 3 à courants croisés mais il est cette fois combiné avec une autre couronne à courants croisés 2a, 3a de plus faible hauteur, munie de parois annulaires directrices 16, 17. Le courant d'air supérieur issu du dispositif 2 passe entre la paroi externe 16 et la paroi de la tour 1, tandis que le courant d'air infé rieur est aspiré par le dispositif 2a où il est réchauffé pour s'échapper au centre de la tour. Avec des tours relativement plus larges, c'est-à-dire dont le rapport de la hauteur au diamètre est plus petit, on peut ajouter, à la combinaison précédente, un troisième dispositif, par exemple, comme le montre la figure 5, un dispositif à contre-courant 10 qui occupe la partie centrale de la base de la tour en ménageant un passage annulaire intérieurement au dispositif 2a. Ce dispositif 10 est de préférence un peu moins haut que le dispositif 2a lui-m8me un peu plus bas que le dispositif 2. La combinaison fonctionne de la manière décrite en regard de la figure 3. Sur la figure 6, on retrouve une variante de la combinaison ternaire décrite en regard de la figure 5 mais le dispositif de dispersion central à courant croisé 10 est équipé de ventilateurs 18 montés dans un col 19 de la paroi périphérique 16. Cette utilisation d'un dispositif central à tirage forcé est particulièrement intéressante lorsqu'on doit utiliser des tours relativement basses. L'application de l'invention ne se limite pas aux réfrigérants humides. La figure 7 montre une tour 1 équipée d'une couronne externe 20 de faisceaux tubulaires que parcourt l'eau à refroidir et une seconde couronne 21 concentrique à la première mais plus proche de l'axe de la tour. La couronne 21 est équipée d'une paroi directrice périphérique 16. Avantageusement, on ménage un espace 22 au-dessous des faisceaux 20, qui sont alimentés de préférence par le haut, afin de faciliter le passage de l'air vers la couronne interne 21. Dans la variante de la figure 8, les faisceaux tubulaires internes 23 sont disposés à plat pour former une sorte de plateau circulaire à une hauteur du sol inférieure à la hauteur totale des faisceaux 20 et de l'espace 22. Les faisceaux externes 20 et internes 21 ou 23 sont de préférence alimentés en eau en parallèle. Sur la figure 9 où le réfrigérant combine des dispositifs secs et humides, on retrouve les faisceaux 20 à la périphérie de la tour. La partie centrale est équipée d'un dispositif 10 humide de dispersion à contre-courant du genre décrit précédemment. De préférence, l'eau à refroidir pénètre dans les faisceaux 20 par des tubulures 24 puis sort par des conduites 25 pour alimenter les appareils 12 d'aspersion du dispositif central; elle est recueillie froide dans le bassin inférieur 13. Des volets réglables 26 sont installés dans l'espace 22 ce qui permet, notamment, d'adapter le réfrigérant aux conditions climatiques. Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'il serait possible de les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDIGIONS 1. Aéroréfrigérant atmosphérique comportant une tour formant cheminée de tirage et équipée d'un dispositif d'échange périphérique à courants croisés, caractérisé en ce qu'au moins un autre dispositif échange est disposé dans la tour, intérieurement par rapport au premier, afin de capter la partie de l'air la plus froide qui pénètre dans la tour au voisinage du sol. 2. Aéroréfrigérant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'échange périphérique est agencé de façon à faciliter la pénétration de l'air à sa partie inférieure. 3. Aéroréfrigérant selon la revendication 2, caractérisé en ce que la densité du dispositif d'échange périphérique est plus faible en bas qu'en haut. 4. Aéroréfrigérant selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'un espace est ménagé sous le dispositif d'échange périphérique. 5. Aéroréfrigérant selon la revendication 4, caractérisé en ce que des volets réglables sont installés dans ledit espace. 6. Aéroréfrigérant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la hauteur des dispositifs d'échange périphériques est supérieure à celle du ou des autres dispositifs d'échange. 7. Âéroréfrigérant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que des ventilateurs de tirage sont associés au dispositif d'échange interne ou le cas échéant à au moins l'un des dispositifs d'échange internes. 8. Aéroréfrigérant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par un dispositif d'échange en forme de plateau horizontal installé au centre de la tour. 9. Aéroréfrigérant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un dispositif d'échange annulaire à courants croisés est installé intérieurement par rapport au dispositif d'échange périphérique. 10. Aéroréfrigérant selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que certains au moins des dispositifs d'échange sont du type humide. 11. Aéroréfrigérant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que certains au moins des dispositifs d'échange sont du type sec. 12. Aéroréfrigérant selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'échange périphérique du type sec et un dispositif d'échange interne du type humide. 13. Aéroréfrigérant selon la revendication 12, caractérisé en ce que le liquide effluent du dispositif périphérique alimente le dispositif interne. 14. Aéroréfrigérant selon la revendication 10, caractérisé en ce que les bassins de réception d'eau froide des dispositifs d'échange du type humide sont séparés et permettent d'alimenter des circuits différents.