Brevet FR2488381A1 — publié le 19820212

La présente invention concerne les techniques de réfrigération de fluides en particulier les réfrigérants d'eau destinés à la réfrigération de l'eau chaude provenant des appareils d'échange thermique des centrales électriques et des entreprises industrielles, et a notamment pour objet un réfrigérant d'eau à pulvérisation. L'invention peut être appliquéeavee une efficacité maximale sur les étendues d'eau de réfrigération et dans les canaux d'évacuation de l'eau technique chaude, dans.les circuits fermé d'eau de circulation des centrales électriques et des entreprises industrielles. Les cadences toujours croissantes du développement de l'industrie dans le monde entier requièrent l'augmentation des puissances énergétiques, ce qui conduit à une consommation énorme d'eau douce. Or les réserves mondiales d'eau douce sont relativement peu élevées, aussi se heurte-t-on au problème de son utilisation économique à des fins techniques. Etant donné que, en rbgle générale, les eaux techniques usées chaudes provenant des appareils d'échange thermique des centrales électriques et des entreprises industrielles sont rejetées dans des étendues d'eau naturellles, pour observer les prescriptions relatives à la protection universelle de l'environnement, ces eaux doivent être refroidies. Â l'heure actuelle, une grande extension a été donnée aux circuits d'alimentation en eau à recyclage, comprenant des réfrigérants disu du genre étendue d'eau ouverte, réfrigérants i pulvérisation, réfrigérants atmosphériques de types divers. Actuellement, vu l'insuffisance du pouvoir réfrigérant des étendues d'eau ouvertes, qui n'assurent pas le refroidissement voulu de l'eau pendant la pEriode chaude, ainsi que par suite des prescriptions plus sévères présentées au régime thermique des étendues d'eau, on recourt à l'utilisation combinée d'étangs et de bassins de réfrigération avec des réfrigérants à pulvéri sation. Le réfrigérant à pulvérisation employé dans ce cas est installé soit sur la rive de l'étendue d'eau, soit au-dessus de sa surface libre. Le principe de fonctionnement des réfrigérants à pulvérisation existants consiste à refroidir les eaux techniques chaudes en les pulvérisant sous la forme de jets à l'aide de buses, tuyères et autres dispositifs pulvérisateurs, avec formation de gouttes d'eau pulvérisée aussi bien grosses que fines. Le réfrigérant à pulvérisation le plus répandu à 'heure actuelle se présente sous la forme d'un système de conduites de répartition fixées sur des pieux, dans le cas oW elles sont installées sur la rive, ou bien posées sur des flotteurs dans le cas où le réfrigérant est monté dans de grandes profondeurs ou sur une assise rocheuse. De tels réfrigérants à pulvérisation produisent des jets dans lesquels l'eau est pulvérisée en gouttes fines (cf. l'ou- vrage "Le refroidissement de l'eau de circulation des centrales thermiques" par Farfarovsky B. S. et Iarfarovsky V. B., paru en 1972 aux Editions "3nergia" pp. 40 et 41). Les conduites du réfrigérant à pulvérisation connu sont dotées de tuyères pour la pulvérisation de liteau à refroidir sous pression, au-dessus de la surface libre de l'étendue d'eau. Le fonctionnement du dispositif connu consiste à refouler lbau à refroidir dans le système de conduites de répartition portant les tuyères, lesquelles pulvérisent l'eau à refroidir en jets de gouttes fines. Mises en contact avec l'air ambiant, les gouttes d'eau ainsi formées se refroidissent et tombent sur la surface de l'étendue d'eau. Ce réfrigérant est caractérisée par un refroidissement irrégulier de l'eau pulvérisée, par suite de l'action des vents changeants sur les jéts pulvérisés. En outre, les gouttes d'eau les plus fines sont entraînées sans entrave par le vent, ce qui provoque une humidification indésirable du territoire avoisinant, la condensation de l'eau sur divers objets et équipements, et quand la température de l'air est inférieure à zéro, il peut s'ensuivre un givrage du territoire et des constructions qui s'y trouvent. En outre, pour amener lbaudhaude au système de conduites de répartition, il faut des canalisations d'amenée de grande longueur, ce qui complique leur montage au-dessusade la surface libre des étendues d'eau. Â l'heure actuelle, dans une série de cas, en raison des conditions locales et des sujétions économiques, il est plus avantageux d'utiliser pour la réfrigération de l'eau chaude un étang de réfrigération avec des modules de pulvérisation flottants, disposés sur leur surface ("Proceedings of the Américan Power Conference", Volume 3B, publié en 1973, New York, David P. Hoffman "Spray cooling for power plants", pp. 702 à 712). Chacun de ces modules est un dispositif flottant (un flot- teur) sur lequel, à la partie supérieure, sont montés une tuybre pour la pulvérisation des eaux techniques chaudes et un moteur électrique entrainant une rompe située sous le flotteur. Le fonctionnement d'un tel module cnnsiste à refouler liteau technique chaude à l'aide d'une pompe vers la tuyère, qui débite ainsi un grand jet pulvérisé ayant un diamètre de 4,5 m et même plus, et une hauteur de 3,0 à 8,0 m. La tuyère d'un tel module de pulvérisation est conçue de telle manière que, dans les jets pulvérisés produits les gouttes d'eau sont essentiellement grosses, en vue de prévenir l'entrsî- nement de l'eau à refroidir par les vents changeants et de palier ainsi les préjudices causés par cet entrainement sur l'enyiron- nement. Toutefois, la constitution du jet par des gouttes d'eau à refroidir essentiellement grosses abaisse leur échange thermique avec l'air ambiant. Etant donné que, dans le jet pulvérisé, de pair avec les grosses gouttes d'eau, il se forme également des gouttes d'eau fines qui sont entraînées par les vents changeants sur le territoire avoisinant, dans ce cas aussi on a des pertes irrémédiables d'eau à refroidir, qui provoquent une humidification excessive de l'environnement. En règle générale, un tel module de pulvérisation n'est pas placé seul sur 11 étendue d'eau. On constitue sur l'eau une chaine-comptant jusqu'd 20 modules, leur nombre étant déterminé par calcul, d'après le degré de réfrigération de l'eau chaude. Pour prévenir la dérive des modules sous l'effet des courants d'eau et du vent, leurs flotteurs sont amarrés à la rive par des câbles. En outre, à l'heure actuelle, pour diminuer t'échauffement de l'étang de réfrigération, on refroidit l'eau technique chaUds dans le canal d'évacuation, à l'aide de tuyères ou de buses pul vérisatriées, dont l'ensemble constitue en fait un bassin flottant à pulvérisation (cf. 11 ouvrage "Heat and Nass Transfer of spray Canals" par R. W. Porter et E. H. Chen, paru en 1973 aux Editions "ASPE", Chicago, adopté par les auteurs de la présente invention comme la solution technique antérieure la plus proche de l'invention. Dans un groupe de modules de ce genre, chaque tuyère-module est placée sur une embase flottante avec un dispositif refoulant 18su technique chaude, comprenant une pompe. De telles tuyères modules sont réparties en chaine le long du canal d'évacuation ce qui assure une transmission intense de la chaleur par unité de surface et permet de régler la vitesse de transmission de la chaleur sur les différentes portions du canal. La pompe du module aspire l'eau technique chaude du bassin à pulvérisation et la refoule wrs la tuyère qui la débite sous pression sous la forme d'un puissant jet pulvérisé. La pulvérisation donne à la fois des gouttes d'eau grosses et fines. La quantité importante des grosses gouttes fait que l'on n'obtient pas le degré voulu de réfrigération de l'eau et la production de gouttes fines pouvant être entraînées par les vents provoque des pertes d'eau à refroidir. En outre, la présence d'un grand nombre de jets pulvérisés a un effet indésirable sur l'environnement : les vents arrachent et entraient des gouttes d'eau, la vapeur d'eau se condense sur divers objets se trouvant à proximité du canal et, quant la température de l'air ambiant descend au-dessous de zéro, le territoire avoisinant et les constructions qui s'y trouvent se couvrent de givre. Il est à noter que, dans ce cas, la réfrigération est la plus efficace dans les jets périphériques, produits par tuyères modules situées aux extrémités et sur les bords, où le contact des gouttes avec l'air ambiant est meilleur, aussi la réfrigération de l'eau chaude n'est-elle pas uniforme. On s'est donc proposé de créer un réfrigérant d'eau à pulvérisation qui comporterait une enveloppe grillagée et une conduite avec des buses, disposées de telle façon que le degré de réfrigération de l'eau technique chaude serait accru, ce qui augmenterait l'efficacité des appareils d'échange thermique. La solution consiste en un réfrigérant d'eau à pulvérisation, comprenant une embase flottante sur laquelle est monté un répartiteur d'eau, et un dispositif refoulant l'eau chaude caractérisé , d'apurés l'invention, en ce qu'il comporte une enveloppe grillagée montée avec un certain écartement par rapport à l'embase flottante et à la partie inférieure de laquelle est disposé un bac, un répartiteur d'eau constitué par un sys- tème de conduites portant des buses étant placé à l'intérieur de cette enveloppe, ces conduites étant disposées à plusieurs niveaux et les buses de la conduite d'un niveau étant disposées en quinconce par rapport aux buses des conduites des autres niveaux. Une telle réalisation constructive du réfrigérant à pulvérisation permet d'accroitre le degré de réfrigération de l'eau technique chaude, grâce à l'intensification de l'échange thermique entre les gouttes fines de l'eau pulvérisée et l'air ambiant, d'abaisser les pertes d'eau à refroidir grâce à la présence de l'enveloppe grillagée s'opposant à l'entrainement des gouttes fines d'eau pulvérisée par les vents changeants et, par cela-même, de supprimer leur effet préjudiciables sur 1 ' environnement. Le bac est monté sous un certain angle par rapport à l'embase flottante. Ceci accrott l'efficacité de la réfrigération, gracie à la suppression de la reprise de l'eau déjà refroidie. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un des différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels:: - la figure 1 représente schématiquement une vue d'ensemble d'un réfrigérant à pulvérisation, avec indication du mouvement des courants d'air assurant la réfrigératiog montré sur le dessin par des floches) - la figure 2 représente le même réfrigérant vu de c8té - la figure 3 représente le réfrigérant de la figure 1 en coupe longitudinale - la figure 4 représente le réfrigérant de la figure 1 en vue de dessus Le réfrigérant à pulvérisation comprend une embase flot tante 1 recevant un répartiteur d'eau constitué par un système de conduites horizontales 2. Sur ces conduites 2 sont montées des buses 3 dont les orifices de sortie sont dirigés vers le haut.Les cnnduites 2 sont disposées à plusieurs niveaux, et les buses 3 des conduites 2 d'un niveau sont disposées en quinconce par rapport aux buses 3 des conduites 2 des autres niveaux. Les conduites horizontales 2 sont reliées à une colonne montante 4 leur amenant 1' eau. A la partie inférieure de la colonne montante 4, sur l'embase flottante 1, est monté un dispositif 5 refoulant l'eau chaude. Ce dispositif comprend une pompe (non représentée). Au dessus de î'embase flottante 1 est montée avec un certain écartement 6 une enveloppe grillagée 7 limitant le volume dans lequel est placé le répartiteur d'eau Un bac 8 est fixé à l'embase flottante 1. Ce bac 8 est disposé sous un certain angle par rapport à l'embase flottante I. Le réfrigérant à pulvérisation fonctionne de la façon suivante. L'eau technique chaude provenant d'appareils d'échange thermique et déversée dans le canal d'évacuation est aspiré par le dispositif 5 de refoulement. L'eau technique chaude sous pression est transmise par la colonne montante 4 au sys tème de conduites de répartition 2 portant les buses 3 qui débitent des jets d'eau chaude pulvérisée. La construction des buses 3 est choisie de telle façon que l'eau chaude soit pulvérisée essentiellement en gouttes fines, ce qui augmente la surface de contact entre les gouttes d'eau chaude et l'air de réfrigération et, par cela-même, accroît l'efficacité de la réfrigération. Grâce à la réalisation du répartiteur d'eau sous la forme d'un système de conduites 2 portant des buses 3 et disposées à plusieurs niveaux, ainsi que grâce à la disposition des buses 3de la conduite 2 d'un niveau en quinconce par rapport aux buses 3 des conduites 2 des autres niveaux, on obtient une pulvérisation régulière de l'eau à refroidir dans tout le volume du réfrigérant à pulvérisation limitéepar l'enveloppe grillagée 7. Cette enveloppe permet d'abaisser notablement l'entraînement par les vents des gouttes fines dAeau à refroidir et contribue à la formation de courants d'air directionnels à l'intérieur du réfrigérant à pulvérisation. L'écartement 6 permet d'organiser le mouvement de l'air à contre-courant du flux de gouttes, tant en présence de vent que sans vent. Les gouttes d'eau refroidies tombent dans le bac 8 monté sous un certain angle par rapport à l'embase flottante 1 et se déversent dans le courant passant par le canal d'évacuation Le réfrigérant à pulvérisation peut être utilisé aussi bien en unité isolée qu'en groupe. La disposition optimale des réfrigérants à pulvérisation dans la zone de brassage intense de 1' eau chaude se déversant dans un étang de réfrigération ou dans une étendue d'eau naturelle, permet, d'une part, d'agir avec une efficacité optimale sur un rejet concentré d'eau chaude dans ces étendues d'eau, grâce au pouvoir de réfrigération élevé. des réfrigérants à pulvérisation, et d'autre part, d'assurer la protection du territoire avoisinant contre l'humidification résultant de l'entraînement des gouttes d'eau par les vents. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REyEDI C A T IQN S 1. Réfrigérant d'eau à pulvérisation, du type comprenant une embase flottante sur laquelle sont montés un répartiteur d'eau et un dispositif refoulant l'eau chaude à refroidir, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe grillagée, montée avec un'certain écartement par rapport à l'embase flottante et à la partie inférieure de laquelle est disposé un bac, un répartiteur d'eau constitué par un système de conduites équipées de buses étant placé à l'intérieur de ladite enveloppe lesdites conduites étant disposées à plusieurs niveaux et les buses de la conduite de chaque niveau étant disposées en quinconce par rapport aux buses des conduites des autres niveaux. 2. Réfrigdrant d'eau à pulvérisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bac précité est monté sous un certain angle par rapport à l'embase flottante.