Brevet FR2545917A1 — publié le 19841116

La présente invention est relative à un corps de refroidissement ou refroidisseur destiné notamment à être utilisé dans des tours de refroidissement et comportant des parois de séparation lamellaires. Dans les tours de refroidissement des centrales de force motrice ou des installations analogues, on réalise jusqu'à présent, pour augmenter la durée de séjour de l'eau de refroidissement et pour améliorer l'évaporation et, par conséquent, le refroidissement, des subdivisions constituées habituellement par des lamelles ou plaques en amiante-ciment. Cependant, ces plaques en amiante-ciment présentent l'inconvénient que le fonctionnement des tours de refroidissement comportant des refroidisseurs de ce type s'accompagne inévitablement d'une dispersion d'amiante dans l'air de refroidissement et dans l'eau de refroidissement. En raison des dangers que l'amiante présente pour la santé, cet inconvénient est devenu incompatible avec la sévérité croissante de la législation sur la protection de l'environnement. Le remplacement des plaques ou lamelles en amianteciment par les plaques constituées par d'autres matériaux est cependant pratiquement exclu également. En-effet, les matières plastiques ont une durée de vie trop courte pour pouvoir être utilisées pour la réalisation de lamelles de refroidissement de ce type. De plus, elles présentent un risque d'incendie considérable et, quand les deux inconvénients qui viennent d'être mentionnésn'existent pas, elles sont beaucoup trop chères. D'autres matériaux, comme par exemple les métaux, sont exclus pour des raisons de prix aussi et aussi,tout particulièrement, en raison de leur sensibilité à la corrosion et de leur poids élevé.Enfin, les refroidisseurs en terre cuite ne conviennent pas non plus à ces utilisations, car,en raison des fortes épaisseurs de parois qu'ils doivent avoir pour présenter une solidité suffisante, ils ne permettent qu'une augmentation de surface insuffisante et sont, en plus, sujets à des ruptures. Enfin, les briques présentent l'inconvénient de ne pas résister à la longue à des sollicitations alternées et notamment au gel. Le but de l'invention est donc de permettre la réalisation d'un refroidisseur qui ait un poids, une résistance mécanique, une résistance à la corrosion et une durée de service, qui luipermettent de satisfaire à toutes les conditions voulues pour son utilisation dans des tours de refroidissement et dans lequel, de plus, il n'y ait aucun risque que des matières nocives quelconques puissent se disperser dans l'air ou dans l'eau de refroidissement. Ce but est atteint, suivant l'invention par l'utilisation d'éléments de construction en matière céra Inique de faible épaisseur soumis à une cuisson d'étanchéité, réalisées d'une seule pièce superposables ayant notamment la forme de parallélèpipèdes et comportant plusieurs canaux qui les traversent en étant parallèles les uns aux autres. Ces éléments de construction monolithes en matière céramique dans lesquels les parois de séparation se croisent de préférence de manière à former un réseau ou grille, peuvent être réalisés avec de très faibles épaisseurs de parois, ce qui a pour effet de réduire à une valeur raisonnable la consommation de matière céramique par unité de volume et de limiter le poids des éléments de construction.Ces éléments de construction céramiques sont extraordinairement solides, de sorte qu'ils peuvent être facilement superposés sans risque sérieux de cassure. De plus, la matière céramique résiste à la corrosion, est imperméable aux gaz et résiste aux variations de points de rosée, de sorte qu'il n'y a pas lieu de craindre, ni vieillissement, ni destruction quelconque au cours du fonctionnement des tours de refroidissement. Du fait que les éléments de construction en céramique suivant l'invention permettent de réaliser des parois de séparation particulièrement minces conservant leur résistance mécanique,ils permettent,par rapport aux systèmes en plaques et lamelles en amiante-ciment utilisés jusqu'à présent, une augmentation supplémentaire de la surface et par conséquent, de la durée de séjour de l'eau de refroidissement. Suivant l'invention, les éléments de construction doivent être constitués par une masse céramique technique définie par la norme allemande DIN 40 685 groupe 400, 500 ou 600. Ces masses céramiques techniques en cordiérite ou en matériaux contenant de la cordiérite ou encore en matériaux à base d'oxyde d'aluminium peuvent être réalisées avec de très faibles épaisseurs de paroi et avoir une faible porosité, ces matériaux présentant, en plus, l'avantage d'être très résistants au gel. De plus, ces-masses céramiques résistent également aux acides, ce qui est très important pour beaucoup d'applications, notamment lorsqu'on les utilise pour le refroidissement de l'eau de rivière non traitée ou de produits analogues. L'invention prévoit également de munir les refroidisseurs, notamment sur leurs parois latérales fermées, de parties saillantes ou d'évidements qui s'engagent les uns dans les autres lors de la superposition. En dehors des saillies en forme de boutons et d'évidements correspondants en forme de cuvette, il est avantageux de réaliser sur les cotés opposés des nervures ou des canaux parallèles ayant une section en queue d'aronde, de sorte que, par l'introduction des nervures dans les canaux, les éléments de construction contigus s'imbriquent les uns dans les autres et forment un assemblage solide. Un autre perfectionnement d'une importance décisive du refroidisseur suivant l'invention découle du fait que les éléments de construction comportent, au moins sur un de leurs cotés, des canaux ouverts qui sont fermés par exemple par la paroi latérale fermée contiguë d'un élément de construction tourné dans un autre sens. Ces canaux ouverts évitent, notamment lors de la juxtaposition des éléments de construction, la formation de doubles parois nervurées qui augmenterait la section des éléments et, par conséquent, la résistance au passage de l'air. Lorsque les éléments de construction sont constitués de telle manière que les parois de séparation sont parallèles aux côtés extérieurs de l'élément de construction, la réalisation des canaux ouverts peut s'obtenir en laissant ouverte une paroi latérale de chaque élément de construction. Dans ce mode de réalisation, la juxtaposition sans intervalle des éléments de construction donne une construction en nid d'abeille comportant partout des canaux de même grandeur et de même forme ne présentant nulle part de double paroi pouvant augmenter la résistance au passage de l'air. Dans les éléments de construction dans lesquels les parois de séparation sont parallèles aux plans diagonaux, l'expérience a montré, par contre, qu'il est avantageux que deux côtés opposés l'un à l'autre soient ouverts. En l'absence des parois latérales, ces côtés comportent des canaux ouverts de section triangulaire qui s'associent à des canaux correspondants d'un élément de construction contigu de manière à donner exactement les mêmes sections de canaux que l'on trouve ailleurs dans les éléments de construction. On reste évidemment dans le cadre de l'invention en modifiant le mode de construction des canaux ouverts, au moins d'un côté, par exemple en réalisant sur la paroi latérale correspondante des parois de séparation pliées. Lorsque des parois latérales pliées sont réalisées sur deux parois latérales opposées l'une à l'autre, il est avantageux de donner aux côtés des triangles de base de ces parois de séparation pliées une longueur supérieure à la longueur latérale des canaux,de manière que les canaux triangulaires offrent au passage de l'air la même section libre que les autres canaux carrés réalisés dans le reste des éléments de construction. Enfin, on reste encore dans le cadre de l'invention en plaçant au niveau des coins, entre les éléments de construction, des pièces encastrées de maintien à distance. Du fait de la présence de ces pièces de maintien à distance, une couche d'éléments de construction disposés les uns à côté des autres est séparée des couches d'éléments de construction situées au-dessus et au-dessous. Il en résulte un morcellement de la section d'écoulement à la partie inférieure des parallélepipèdes et par conséquent un meilleur brassage,en même temps que la garantie que toutes les surfaces intérieures des éléments de construction, a'est-à-dire les parois intérieures des canaux, sont baignées par le liquide. Les pièces de maintien à distance doivent d'ailleurs comporter, au moins dans leur partie centrale qui s'engage entre les éléments de construction et se prolonge dans le sens axial, des évidements évitant toute augmentation de la résistance à l'écoulement. Enfin, on a constaté qu'il était particulièrement avantageux de donner aux éléments de construction une surface rugueuse, ce qui signifie que toutes les parois, a 1est-à-dire les parois extérieures aussi bien que les parois intérieures des canaux doivent présenter des rugosités. Ces rugosités empêchent notamment ce que l'on appelle la formation de ruisseaux, c'est-à-dire d'un mode de circulation incomplet dans lequel le liquide ne coule, comme un ruisseau, que sur une partie de la surface. En effet, seul un mouillage complet de la surface assure l'échange optimal voulu avec l'air de refroidissement et,par conséquent, l'important effet de refroidissement recherché. L'utilisation, suivant l'invention, de masses céramiques techniques définies par la norme DIN 40 685 groupes 400, 500 et 600 et, en particulier également l'utilisation d'éléments de construction comportant, au moins sur l'un de leurs côtés, des canaux ouverts, permettent d'obtenir une réduction de poids considérable par rapport 9 tous les dispositifs déjà connus en même temps qu'une augmentation de la surface et une diminution accrue de la résistance à l'écoulement.Tous ces avantages sont encore accentués par l'utilisation de masses céramiques techniques, au lieu de construction en briques creuses, car ces masses céramiques techniques permettent d'obtenir des épaisseurs de parois beaucoup plus faibles alors que la résistance aux variations de température des masses céramiques techniques est très supérieure à celle de l'argile cuite ou d'autres masses analogues de grosse céramique. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexé. La fig. 1 est une vue en perspective de deux éléments refroidisseurs céramiques superposés. La fig. 2 est une vue partielle de dessus d'un élément de construction comportant des lamelles orientées parallèlement aux parois extérieures. La fig. 3 est une vue schématique de dessus à échelle réduite de deux éléments de construction imbriqués l'un dans l'autre par des canaux et des nervures en queue d'aronde. La fig. 4 est une vue de dessus d'une structure partielle constituée par quatre éléments de construction juxtaposés comportant des canaux ouverts d'un côté. La fig. 5 est une vue de dessus, analogue à celle de la fig. 4, d'une structure d'éléments de construction d'une autre forme dans lesquels deux parois latérales opposées comportent des nervures de forme coudée. La fig. 6 est une vue latérale, partiellement en coupe, d'une structure constituée par des éléments de construction justaposés et superposés entre lesquels on a placé des pièces encastrées de maintien à distance. Les fig. 7 et 8 sont des vues en perspective de deux variantes des pièces de maintien à distance. L'augmentation de la durée de séjour de l'eau de refroidissement dans les tours de refroidissement s'obtient suivant l'invention en utilisant des éléments refroidisseurs de construction 1 qui remplissent la tour de refroidissement dans laquelle ils sont juxtaposés et superposés. Dans les exemples de réalisation représentés aux figures, ces éléments de construction sont constitués par des blocs monolithes en forme de parallélépipèdes comportant plusieurs parois de séparation 2, 3 de faible épaisseur qui se croisent de manière à former une grille et formant entre elles plusieurs canaux 4 traversant l'élément.Ces éléments de construction 1 sont superposés de telle manière que les canaux soient orientés dans le sens vertical de sorte que l'eau de refroidissement coule le long des canaux intérieurs des structures globales réalisées tandis qu'un courant de gaz à refroidir ou constituant le produit réfrigérant parcourt les canaux 4 dans le même sens ou en sens inverse de l'eau de refroidissement. Alors que, dans l'exemple de réalisation représenté à la fig. 1, les parois de séparation situées à l'intérieur de l'élément de construction 1 sont orientées parallèlement aux diagonales, les parois 2 et 3 sont, dans la structure en nid d'abeille représentée en partie par la fig. 2, parallèles aux parois extérieures 6 et 5. Dans le mode de réalisation correspondant à la fig. 3 représentant en plan la forme de paralléldpipède de l'élément de construction 1 du refroidisseur, les parois opposées 5 et 6 comportent des nervures et des canaux 8 ayant une section en queue d'aronde et parallèles aux canaux. La juxtaposition d'éléments de construction de ce type s'effectue par un encastrement qui facilite notablement la réalisation d'une structure de refroidissement en nid d'abeille à l'intérieur d'une tour de refroidissement. La fig. 4 représente des éléments de construction modifiés 1 dans lesquels l'un des côtés extérieurs, c'est-à-dire la paroi 3 formant le côté extérieur, a été supprimé de manière que le long de ce côté extérieur il y ait des canaux ouverts 4'. En juxtaposant ces éléments de construction modifiés 1 tournés dans un autre sens de manière que les canaux ouverts 4' soient fermés par une paroi latérale fermée de l'élément de construction contigu, on obtient une structure en nid d'abeille complètement uniforme sur toute la surface sur laquelle ces éléments de construction sont disposés. Lorsqu'on envisage de réaliser une structure en nid d'abeille en utilisant des éléments de construction comme celui de la fig. 1, il est plus avantageux de supprimer sur deux côtés opposés, les parois latérales 5 ou 6, de manière que, lors de la juxtaposition d'éléments de construction de ce type, deux demi-canaux de section triangulaire puissent se compléter au niveau des bords extérieurs pour former un canal complet de section carrée. Dans le mode-de réalisation représenté à la fig. 5,on a encore adopté une autre solution consistant à réaliser sur deux côtés extérieurs opposés des parois de séparation pliées 9 dont la longueur développée est plus grande que la longueur du côté des canaux normaux 4, de sorte que la section des canaux triangulaires 4" correspond à la section des canaux 4 et que, de ce fait, la résistance à l'écoulement est également la même dans ces canaux.En juxtaposant ces éléments 1" tournés également dans un autre sens, on obtient encore des canaux supplémentaires ayant des sections égales du fait que les canaux 4' ouverts vers l'extérieur formés par les parois pliées 9 correspondent aux canaux 4' de la structure représentée à la fig. 4. Le dispositif représenté à la fig. 5 convient tout à fait à l'utilisation des pièces de maintien à distance 10 dans les conditions indiquées par les fig. 6 à 8, ces pièces devant être placées au niveau de coins entre quatre éléments de construction voisins les uns des autres de manière que, comme le montre nettement la fig. 6, ils subdivisent la structure du refroidisseur en couches superposées à une certaine distance l'une de l'autre, de sorte que chaque fois l'écoulement se ramifie à la partie inférieure des éléments de construction avant que le liquide de refroidissement ne pénètre dans la couche sous-jacente et dans ses canaux.Les pièces de maintien à distance 10 comportent une partie centrale 12 qui correspond à la section du canal 11 dans la zone des coins du dispositif représenté à la fig. 5 et qui dépasse vers le haut et vers le bas dans le sens axial par rapport à la pièce de maintien à distance 10 qui a une forme de plaque élargie dans le sens de la section. Cette partie 12 s'insère en principe exactement dans la partie 11, c 'est-à-dire entre les quatre éléments de construction 1" voisins du dispositif représenté par la fig. 5. Un alésage 13 est ménagé de manière à empêcher que la présence des pièces de maintien à distance provoque une trop forte réduction de section et par conséquent une augmentation de la résistance à l'écoulement. Cette résistance sera encore plus réduite si, comme le montre la fig. 8, la pièce de maintien à distance comporte, à côté de l'alésage central 13, d'autres alésages 14 ménagés dans la zone d'appui. REVENDICATIONS 1 - Refroidisseur, destiné notamment à être utilisé dans des tours de refroidissement et comportant, des parois séparation lamellaires, caractérisé en ce qu'il est constitué par des éléments de construction (1) en matière céramique de faible épaisseur soumise à une cuisson d'étanchéité, réalisés d'une seule pièce superposables, ayant notamment la forme de parallélépipèdes et comportant plusieurs canaux (4) qui les traversent en étant parallèles les uns aux autres. 2 - Refroidisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois de séparation (2, 3) se croisent de manière à former une grille ou réseau. 3 - Refroidisseur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est constitué par une masse céramique technique définie par la norme allemande DIN 40 685 groupe 400, 500 ou 600. 4 - Refroidisseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte, notamment sur les parois latérales fermées (5, 6),des parties saillantes et rentrantes qui s'encastrent lors de la superposition ou juxtaposition. 5 - Refroidisseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les côtés opposés (5, 6) comportent des nervures (7) ou des rainures (8) ayant une section en queue d'aronde et parallèles aux canaux (4). 6 - Refroidisseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments de construction (1, 1") comportent au moins sur un côté des canaux ouverts (4'). 7 - Refroidisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux ouverts (4') sont formés par des parois de séparation pliées (9) ménagées sur le côté. 8 - Refroidisseur selon la revendication 6, carac térisé en ce que les parois de séparation (2, 3) sont parallèles aux bords extérieurs de l'élément de construction (1') et qu'une paroi latérale de chaque élément de construction- (1') est ouverte. 9 - Refroidisseur selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les parois de séparation (2, 3) sont parallèles aux plans diagonaux de l'élément de construction (1) et que deux parois latérales opposées sont Ouvertes. 10 - Refroidisseur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte, dans la zone des coins entre les éléments de construction (1), des pièces (10) de maintien à distance. 11 - Refroidisseur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les pièces (10) de maintien à distance comportent des évidements au moins dans leur partie centrale (12) qui se prolonge dans le sens axial et s'engage entre les éléments de construction (1). 12 - Refroidisseur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les éléments de construction (1, 1', 1") ont une surface rendue rugueuse assurant un mouillage complet.