Brevet FR2558581A1 — publié le 19850726

Réfrigérant atmosphérique à panache réduit L'invention concerne les réfrigérants atmosphériques du type comportant une cheminée verticale de tirage, un château d'eau central alimenté en eau à refroidir, un réseau de conduites répartissant l'eau provenant du château d'eau et la dispersant en courants de ruissellement descendant sur un lattage (souvent désigné par le terme anglo-saxon "packing") et un bassin de recueil de l'eau refroidie par contact avec un écoulement d'air pénétrant par des ouvertures à la partie i0 basse de la cheminée et remontant par cette dernière. Les réfrigérants de ce type sont de plus en plus utilisés dans les centrales autres que celles situées en bord de mer, le débit que peuvent fournir les cours d'eau étant de plus en plus fréquemment insuffisant pour permettre de refroidir le condenseur d'une centrale de grande puissance sans éléevation excessive de température. Dans ces réfrigérants, fréquemment qualifiés d'humides, l'eau se refroidit par convection directe et par évaporation d'une fraction du débit, ce qui augmente la teneur de l'air en vapeur d'eau. La condensation partielle de cette vapeur à la sortie haute de la cheminée provoque un panache. Ce panache est visible à très grande distance dans certaines conditions atmosphériques, surtout dans le cas des réfrigé- rants de grande puissance dont la cheminée a une hauteur et un diamètre de l'ordre de 100 m. Au surplus, l'émission d'un débit élevé d'air ayant une teneur en vapeur d'eau proche de la saturation peut provoquer la formation de givre et de verglas à proximité. Ces nuisances sont encore plus pénalisantes lorsqu'il s'agit d'un réfrigérant de faible hauteur à tirage naturel ou forcé. L'invention vise à fournir un réfrigérant dans lequel l'air de sortie a une teneur hygrométrique plus faible que dans les réfrigérants humides classiques, ce qui se traduit notamment par un panache moins important. - 2 - Dans ce but, l'invention propose notamment un réfrigé- rant du type ci-dessus défini qui comporte des conduits de passage d'air depuis les ouvertures d'admission jusqu'à une zone de la cheminée située au-delà de la zone de ruissel- lement, lesdits conduits étant placés de façon que leur surface soit léchée par l'eau a refroidir. L'invention peut être mise en oeuvre soit lors de la construction d'un réfrigérant, soit par adaptation d'un réfrigérant existant, et cela moyennant des modifications relativement peu importantes. Par ailleurs, l'invention est applicable aussi bien aux réfrigérants à courants croisés qu'aux réfrigérants à contre-courant. Les conduits de circulation d'air constituent un échangeur sec qui peut être placé en parallèle sur l'échan- geur humide par contact direct de l'air et de l'eau de ruissellement, ou en série avec cet échangeur humide. Dans le cas d'un échangeur à courants croisés par exemple, les conduits seront disposés radialement entre des lits de lattes et s'étendront radialement depuis les ouver- tures jusqu'au-delà d'une auge circulaire de dispersion de l'eau à refroidir sur les lattes en cas de montage parallèle; dans le cas d'un montage série, les conduits, qui peuvent encore être disposés de façon sensiblement ra- diale, pourront s'étendre à travers une chambre annulaire parcourue par l'eau à refroidir avant qu'elle n'arrive à une auge circulaire de dispersion de l'eau à refroidir sur les lattes. Dans le cas d'un échangeur à contre-courant, les con- duits pourront être placés de façon sensiblement verticale et s'étendre depuis le dessous du lattage jusqu'au-delà des conduites de répartition d'eau à refroidir. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers d'exécution donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la Figure 1 est un schéma de principe en élévation - 3 - de la partie basse d'un échangeur humide à contre-courant de type connu, le lattage n'étant représenté, et de façon très schématique, que sur la partie droite de la Figure, - les Figures 2 et 3 montrent, à grande échelle, une fraction d'un réfrigérant à contre-courant présentant la même constitution générale que celui de la Figure 1, mais conforme à l'invention, respectivement en coupe suivant un plan passant par l'axe et en coupe suivant la ligne III-III de la Figure 2, - les Figures 4 et 5 montrent, respectivement en coupe suivant un plan passant par l'axe et dans la direction de la flèche 5 de la Figure 4, une fraction d'un échangeur a cou- rants croisés comportant un échangeur sec en parallèle avec l'échangeur humide, - la Figure 6, similaire à la Figure 4, montre une frac- tion d'un réfrigérant à courants croisés muni d'un échangeur sec en série avec l'échangeur humide, - les Figures 7 et 8 sont, respectivement, des vues suivant les flèches VII et VIII de la Figure 6. Le réfrigérant atmosphérique humide montré à titre d'exemple en Figure 1 est un appareil à contre-courant. Il comprend une cheminée verticale 10, constituée par une coque à paroi mince en forme d'hyperboloïde ou de double cône. Au centre de la cheminée est placé un château d'eau 12 alimenté en eau chaude à refroidir à sa partie inférieure. Du château d'eau partent, dans le plan horizontal, des tuyauteries de répartition radiales 14, au nombre de quatre dans le cas illustré. A ces tuyauteries se raccorde un réseau de conduites, généralement en amiante-ciment, percées suivant leur généra- trice inférieure d'orifices laissant l'eau s'échapper. Les réfrigérants représentés sur la Figure 1 sont du type à ruissellement pur et à dispersion située au-dessus des entrées d'air. L'eau tombant des conduites rejaillit depuis des cou- pelles de dispersion et se répartit sur des plaques verticales en formant des films d'eau descendants. L'air passe vertica- lement entre les plaques, sous l'effet du tirage naturel. 255 8581 -4 - Dans une section cylindrique donnée du réfrigérant, la tempéra- ture. de l'eau (dont le trajet est indiqué par des flèches en trait plein) diminue graduellement de haut en bas, tandis que l'humidité et la température de l'air (dont le trajet est représenté par des flèches en tirets) s'élévent continuelle- ment de bas en haut jusqu'à saturation. L'eau refroidie se rassemble dans un bassin 16 d'o elle est évacuée par une prise d'eau 18. Ce bassin 16 peut être remplacé par un réseau de goulottes situées sous la dispersion. La coque 10, munie à sa partie basse des ouvertures d'entrée d'air 20, les canalisations de distribution d'eau chaude à refroidir 14, le lattage 15 et le bassin 16 apparaissent également sur la Figure 2. Sur cette Figure ont également été représentées schématiquement des conduites de répartition 22 au-dessus du lattage 15. Des séparateurs 24 sont fréquemment placés au-dessus du lattage et des cana- lisations 14 pour retenir les gouttelettes. Dans le mode d'exécution de l'invention montré en Figures 2 et 3, un échangeur sec placé en parallèle avec l'échangeur humide constitué par le lattage est formé par un réseau de conduits verticaux 26 faisant saillie au-dessus du lattage 15 sur une hauteur suffisante pour ne pas être parcourue intérieurement par l'eau provenant des canalisa- tions 14. Ces conduits 26 peuvent être constitués par des tubes, circulaires ou non, par exemple en matière plastique (telle que le polyester) armée de fibres de verre, débordant du lattage vers le bas et dépassant, vers le haut, le niveau des séparateurs 24. Ces conduits peuvent également être cons- titués de façon plus simple en prolongeant vers le haut des canaux régulièrement répartis du lattage 15. Dans les deux cas, on peut par exemple prévoir des conduites dispo- sées suivant une maille triangulaire avec un écartement de cm. On voit que l'on'réalise ainsi un échangeur sec en parallèle avec un échangeur humide, l'air sec sortant des conduits 26 se mélangeant avec l'air ayant traversé -5- la zone d'échange humide de façon à donner naissance à un débit relativement homogène d'air chaud non saturé en humidité. L'échangeur à courants croisés montré en Figures 4 et 5 (o les organes correspondant à ceux des Figures 2 et 3 sont désignés par le même numéro de référence) comporte un bassin annulaire 28 alimenté à partir du château d'eau, dispersant l'eau sur un lattage 15 qui est en général cons- titué cette fois par des lattes, en amiante-ciment en polyester ou tout autre matériau, incurvées vers le bas-et en quinconce. Les gouttes d'eau provenant du bassin 28 éclatent sur les lattes, se rassemblent, puis éclatent à nouveau jusqu'à leur arrivée dans le bassin d'eau refroidie 16. La Figure 5 montre le réfrigérant équipé d'un échangeur sec placé en parallèle avec l'échangeur humide sur le trajet de l'eau. Cet échangeur sec est constitué par des conduits de passage d'air depuis les ouvertures d'entrée jusqu'à une zone située au-delà des séparateurs 24. A titre d'exemple non restrictif, les conduits peuvent être constitués par des tubes minces ayant un diamètre compris entre 20 et 40 mm, répartis suivant une maille triangulaire avec un pas d'envi- ron 20 cm. Dans un échangeur représentatif destiné à une centrale de 900 MWe,ces tubes 26 auront huit à dix mètres de long. Cette solution est aisée à mettre en oeuvre. Elle exige simplement de renforcer les structures existantes, mais non la puissance de soufflage pour un réfrigérant à tirage forcé. Un réfrigérant à courants croisés peut également être muni d'un échangeur sec placé en série avec l'échangeur humide sur le trajet de circulation de l'eau, comme indiqué sur les Figures 6 à 8. Cet échangeur sec (ou du moins à humidité réduite) comporte une chambre annulaire 32 déli- mitée par une structure annulaire en béton. Cette chambre annulaire 32 est munie, à sa partie basse, d'une arrivée 34 en eau chaude a refroidir. Elle débouche à sa partie haute dans le bassin 28 de dispersion de l'eau sur les lattes 30. -6- La chambre annulaire 32 est traversée par des conduits d'air 26, constitués par des tubes minces en plastique ou autre matériau. Il n'est pas indispensable que ces tubes s'étendent à travers tout le lattage 15. Dans cette disposition, on voit que l'eau chaude se refroidit déjà au contact des tubes 26. L'eau tiède contenue dans le bassin 28 se refroidit encore dans son trajet de ruis- sellement et de dispersion vers le bassin 16. Cette solution augmente légèrement la perte de charge sur le trajet de l'air. Mais en contrepartie, elle permet un refroidissement supplémentaire de l'eau. Les diverses solutions envisagées ci-dessus peuvent être combinées, en particulier dans le cas d'un réfrigérant à cou- rants croisés, o on peut envisager une zone d'échange mixte o la dispersion humide est constituée par des conduits assurant également l'échange sec, suivie d'une zone sèche aval. L'invention ne se limite évidemment pas aux modes parti- culiers de réalisation qui ont été représentés et décrits à titre d'exemples et il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à toutes variantes restant dans le cadre des équivalences. 7- REVENDICATIONS 1. Réfrigérant atmosphérique comportant une cheminée verticale (10) ayant un chateau d'eau central (12) alimenté en eau à refroidir, un réseau de conduites (14, 22, 28) répartissant l'eau provenant du château d'eau et la disper- sant en courants de ruissellement descendants sur un lattage (15),et un bassin (16) de recueil d'eau refroidie par con- tact avec un écoulement d'air pénétrant par des ouvertures à la partie basse de la cheminée et montant par la cheminée, caractérisé en ce que le réfrigérant comporte des conduits (26) d'amenée d'air desdites ouvertures à une zone de la cheminée située au-delà de la zone de ruissellement, lesdits conduits étant places de façon que leur surface soit léchée par l'eau à refroidir. 2. Réfrigérant suivant la revendication I du type à courants croisés, caractérisé en ce que certains au moins des conduits (26) sont disposés à peu près horizontalement entre des lits du lattage et s'étendent radialement depuis les ouvertures jusqu'au-delà de la zone de ruissellement et de dispersion. 3. Réfrigérant suivant la revendication 1 ou 2 du type à courants croisés, caractérisé en ce que certains au moins des conduits sont disposés radialement à travers une chambre annulaire (32) parcourue par l'eau à refroidir sur un trajet d'arrivée à une auge (28) circulaire de dispersion de l'eau à refroidir sur le lattage. 4. Réfrigérant suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les conduits débordent de la chambre, vers l'extérieur dans le sens radial au moins, de façon à faire saillie dans le lattage. 5. Réfrigérant suivant la revendication 1 du type à contre-courant, caractérisé en ce que certains au moins des conduits (26) sont sensiblement verticaux et s'étendent depuis le dessous du lattage (15) jusqu'au-delà des con- duites de répartition'd'eau à refroidir. 6. Réfrigérant suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les conduits sont constitués par des prolongements, s'étendant jusqu'audessus des conduites, des canaux ménagés - 8 - dans le lattage (15). 7. Réfrigérant suivant l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les conduits d'air sont formés par des conduits additionnels traversant le lattage. 8. Réfrigérant suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en.ce que les conduits s'éten- dent jusqu'au-delà de séparateurs (24) prévus sur le trajet de l'air en aval du lattage. 9. Réfrigérant suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les conduits sont disposés avec un pas de l'ordre de 20 cm.