Brevet FR2566517A1 — publié le 19851227

Coque de réfrigérant atmosphérique et réfrigérant atmosphérique à tirage naturel ou assisté en comportant applications L'invention concerne les réfrigérants atmosphériques à tirage naturel ou assisté par des ventilateurs qui favorisent l'écoulement de l'air,et notamment les coques utilisées dans de tels réfrigérants. La coque joue un rôle de diffuseur et d'appareil de tirage permettant de mieux utiliser la force ascensionnelle de création de l'écoulement, constituéepar la différence de masse volumique entre l'air chaud et l'air extérieur, et de réduire l'accroissement de l'énergie cinétique de l'air chaud avec l'altitude à une valeur inférieure à celle qu'on aurait dans un panache libre. Des contraintes de construction et la prise en compte empirique de résultats d'exploitation ont conduit à adopter, de façon presque universelle, une forme de coque se rapprochant d'un hyperboloide. Les réfrigérants munis de telles coques ont un fonctionnement acceptable. Ils présentent cependant certaines limitations. En particulier, on est conduit à donner au diamètre hydraulique de sortie d'une telle coque, au débouché supérieur de cette dernière, une valeur plus faible qu'à la base pour éviter les rentrées d'air froid par le sommet, rentrées nuisibles au fonctionnement. Mais on ne peut aller trop loin dans ce sens, car tout rétrécissement de la coque provoque une accélération de l'écoulement interne qui entraine une perte d'efficacité. Enfin, pour un diamètre a la base et un diamètre au sommet détermines, on doit adopter un profil de raccordement suffisamment progressif pour ne pas provoquer tourbillonnaires, sources de pertes, dans l'écoulement interne. La présente invention vise notamment à fournir une coque pour réfrigérant atmosphérique répondant mieux aux exigence; de la pratique quecellesconnuesjusqu'ici, notamment en ce qu'elle assure un fonctionnement proche de l'optimum et au surplus permet de réduire le coût de réalisation de la coque. Pour atteindre ce résultat, l'invention part d'une approche notablement différente de celle adoptée jusqu'ici. La nouvelle approche a consisté à déterminer tout d'ahord l'évolution du diamètre hydraulique dans un panache qui conduit à un fonctionnement stable, par équilibrage à chaque niveau des forces d'Archimède etdu poids d'une particule d'air froid. Puisonfait l'hypothèse qu'on peut conserver un écoulement stable en adoptant une loi de variation du diamètre hydraulique ajoutant, au terme correspondant à l'équilibre, un terme représentant la récupération d'énergie dans un diffuseur sans apparition de décollement important. Cette approche conduit à une coque pour réfrigérant atmosphérique naturel ou assisté, ayant une zone d'échange installée à l'intérieur du réfrigérant, caractérisée en ce que son profil vertical est tel que le diamètre hydraulique D dans chaque section horizontale, à une altitude z au-dessus d'une section de référence où le diamètre hydraulique est Do,estcompris entre unefois et 1,15 fois la valeur donnée par la formule D El +(2apgz/pV02 1)1-0,25 ' +2 +2 ez (1) o dans laquelle VO est la vitesse débitante verticale dans la section de référence. p est la masse volumique de l'air chaud. Ap est l'écart de masse volumique de l'air entre l'extérieur et l'in- térieur de la coque. est un paramètre de calage sans dimension compris entre 0,09 et 0,13. Dans la formule ci-dessus le diamètre hydraulique D est défini par la relation connue D =4S/P, ou S est l'aire de la section horizontale et P.le périmètre. Dans le cas fréquent d'une section circulaire, le diamètre hydraulique se confond avec le diamètre. Naturellement, pour une coque donnée, la valeur de e sera constante dans toutes les sections et le pourcentage compris entre 1 et 1,15 ne subira que des variations lentes, afin d'éviter toute discontinuité provoquant des turbulences. L'invention est applicable à l'ensemble des types d'aéroréfrigérants actuellement utilisés, qu'ils soient humides, secs ou secs-humides. Elle s'adapte aussi bien aux réfrigérants dont la surface d'échange occupe une tranche horizontale à la base de la coque qu'àceux oU la zone d'échange est placée dans un anneau vertical à la périphérie de la coque, bien qu'elle ait un intérêt tout particulier dans le premier cas. En général,la mise en oeuvre de l'invention permettra de réduire la surface de coque d'environ 20 % par rapport à un profil classique, pour un réfrigérant destiné à dissiper la même puissance, et de réduire corrélativement le coût. Elle est également applicable aux réfrigérants présentant une coque dont les sections horizontales ne sont pas circulaires, et ont par exemple une forme polygonale. Enfin, elle s'applique non seulement aux coques construites de façon traditionnelles en béton armé, mais aussi aux coques utilisant d'autres matériaux constitutifs, notamment à celles associant le béton et le textile, couramment désignéespar le terme BETEX. 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 montre une coque de réfrigérant à surface d'échange horizontale, en coupe suivant un plan vertical passant par son axe. La figure 2, similaire à la figure 1, montre une coque de réfrigérant dont la surface d'échange est placée à la périphérie de la tour dans une zone en forme d'anneau vertical. Sur la figure 1, aligne en tirets 10 correspond au profil donné par la formule 1 ci-dessus pour des valeurs particulières des paramètres de fonctionnement. La section de référence de diamètre hy draulique D se trouve au niveau supérieur de la zone occupée par les o surfaces d'échange 11. Dans ce mode de réalisation, l'ensemble de la çoque 12 a un diamètre plus faible que la surface d'échange. Elle peut être supportée par des piliers 13 qui traversent la surface d'échange. La partie de la coque située au-dessous de l'appui sur les piliers 13 peut se réduire à un auvent de séparation de i'air intérieur et del'air ambiant ayant une constitution légère. Cet auvent peut notamment -être constitué par un simple bardage, soutenu à l'extérieur par des poteaux légers 15 et prenant appui à l'intérieur sur le linteau de la coque proprement dite 12. Les piliers 13 et la coque elle-même peuvent être constitués en tout matériau de structure appropriée. On voit que le profil de tour adoptée est fortement convergent au niveau de l'auvent, puis comporte une partie pratiquement cylindri que, et enfin une partie haute formant un léger divergent. Une compa raison avec le profil 17 d'une tour hyperbolique classique correspondant à la même puissance thermique dissipée, profil indiquéehtraits mixtes, montre que la surface extérieure et donc le volume de béton à mettre en oeuvre sont sensiblement diminué s, alors que le fonctionnement est de son côté nettement ailelioré. A titre d'exemple, on peut indiquer qu'un réfrigérant du type montré en figure l,destiré à une tranche de 1300 megawatts électriques, pourrait avoir un diamètre externe d'auvent de 150m, un diamètre au raccordement de la coque et de l'auvent égal à 120m et une hauteur totale de 190m. Dans le mode de réalisation de la figure 2, où seul est repré - sentie un profil 12a correspondant à des valeurs particulières de Para mètres de fonctionnement, la section de référence est la section horizontale 16 située au sommet de la zone lla occupe par les surfaces d'échange et rapporte' e au diamètre interne de la zone d'échange. Là encore, la coque pourra reposer sur des piliers (non représentés) répartis circonférentiellement à l'intérieur ou au travers des surfaces d'échanqe. La surface supérieur de la zone lla occupée par les échan- geurs sera prévue pour se raccorder à la base de la coque, afin dévi- ter les turbulences. L'invention peut être utilisée e dans un ré fripé rant à tirage assisté comportant des ventilateurs à la partie basse. Dans ce cas, seule la partie de la coque située au-dessus du niveau des ventilateurs aura la forme définie par la formule (1) cidessus. L'expérience a montré que l'on peut espérer un gain sur le volume de béton à mettre en oeuvre qui est de l'ordre de 15 %, lorsque l'on substitue la forme de l'invention à l'une des formes traditionnelles. De plus, le profil suivant l'invention évite les rentrées d'air froid à la sortie de la tour qui diminuent la hauteur de tirage. R E V E N D I C AT I O N S 1. Coque pour réfrigérant atmosphérique à tirage naturel ou assisté ayant des surfaces d'échange (1) situées à l'intérieur du réfrigérant, caractérisée en ce que le profil vertical de la coque est tel que le diamètre hydraulique D dans chaque section horizontale, à une altitude z au-dessus d'une section de référence où le diamètre hydraulique est Do, est compris entre une fois et 1,15 fois la valeur donnée par la formule D [1 +(2Apgz/pV02)] -0,25 + 2Fz (1) o dans laquelle VO est la vitesse débitante verticale dans la section de référence p est la masse volumique de l'air chaud Ap est l'écart de masse volumique de l'air entre l'extérieur et l'intérieur de la coque c est un paramètre de calage sans dimension compris entre 0,09 et 0,13. 2. Réfrigérant atmosphérique sec, humide ou sec -humide caractérisé en ce qu'il comporte une coque selon la revendication 1. 3. Réfrigérant atmosphérique à tirage naturel selon la revendication 2 comportant des surfaces d'échange situées dans une zone annulaire périphérique, caractérisée en ce que la dite zone périphérique (lia) est délimitée par un profil prolongeant celui de la coque. 4. Réfrigérant atmosphérique à tirage naturel selon la revendication 2, comportant des surfaces d'échange situées dans une zone horizontale (11), caractérisée en ce que la coque (12) est prolongée à sa partie inférieurepar un auvent d'étanchéité (14) dont le profil prolonge celui de la coque. 5 Réfrigérant atmosphérique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la coque repose sur des piliers (13) traversant les surfaces d'échange tandis que l'auvent repose sur la coque et sur des poteaux périphériques. 6. Réfrigérant suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la coque est métallo-textile, ou en be'ton-textile. 7. Réfrigérant à tirage assisté, caractérisé en ce qu'il comporte une partie basse équipée de ventilateurs et surmontée d'une coque de tirage naturel suivant la revendication 1.