Brevet FR2593902A1 — publié le 19870807

REFRIGERANT ATMOSPHERIQUE A COURANTS CROISES EQUIPE D'UN SYSTEME ANTIGEL La présente invention concerne un réfrigérant atmosphérique de Liquide, du type à courants croisés et à tirage naturel ou non. Des réfrigerants de ce type sont utilisés notamment dans les centrales nucLéaires, pour refroí dir l'eau utilisée pour condenser La vapeur sortant des turbines dans le circuit eau-vapeur. Ils ne sont toutefois pas limités à cette application et peuvent etre utilisés dans tous les cas où il est nécessaire de refroidir un liquide au moyen de L'air atmosphérique. Dans les réfrigérants atmosphériques à courants croisés et à tirage naturel, L'échange thermique entre le liquide à refroidir et l'air atmosphé- rique s'effectue dans une zone annulaire dite "de dispersion", située entre un bassin annulaire supérieur d'alimentation en liquide et un bassin inférieur de collecte de ce Liquide. Dans la zone de dispersion, le liquide tombe en pluie à partir du fond perforé du bassin annuLaire supérieur et L'air atmosphérique circule radiatement vers l'intérieur, sous L'effet du tirage d'une cheminée d'aspiration raccordée sur le bord périphérique intérieur du bassin supérieur. Les réfrigérants atmosphériques de ce type fonctionnent de manière satisfaisante tant que l'air reste à une température ambiante supérieure à un seuil limite. En dessous de ce seuil, Le refroidissement du Liquide devient trop important. En particulier, dans le cas de L'eau utilisée dans les condenseurs des réacteurs nucléaires, celle-ci risque de geler en partie, au niveau du réfrigérant et de L'endommager. Une première solution connue pour résoudre ce probléme consiste à réduire La section de passage de L'air à L'entrée de la zone de dispersion, afin de réduire le débit de L'air circulant dans L'appareil et, par conséquent, L'échange thermique. Cette diminution de La section de passage de l'air est obtenue automatiquement en-dessous d'une certaine température par la prise en glace des ventelles qui sont habituellement placées sur La face périphérique extérieure de la zone de dispersion. En variante, des grillages peuvent etre ajoutés aux ventelles pour accroître cette réduction de section si nécessaire. Cette solution a cependant pour inconvénient que l'augmentation de masse due à la glace formée sur les ventelles et, éventuellement sur les gril Lages, doit etre prise en compte lors du calcul des structures de L'appareil. Un renforcement du génie civil est donc nécessaire. Cette solution a aussi pour inconvénient qu'elle présente une grande inertie de fonctionnement, puisqu'elle s' appuie sur La formation naturelLe de la glace sur les ventelles et, le cas échéant, sur le grillage. Dans le cas d'une diminution très brutale de la température de l'air ambiant, La réduction de La section de passage de L'air risque donc d'être trop tardive pour empêcher le gel de l'eau à L'intérieur même de la zone d'échange. Le dispositif est alors inefficace. Une deuxième solution connue au problème posé par l'abaissement de La température ambiante endessous d'un seuil critique donné consiste à utiliser un circuit de contournement du réfrigérant, qui permet d'acheminer directement L'eau à refroidir dans le bassin inférieur. Toutefois, cette seconde solution n'est pas non plus satisfaisante. En effet, l'acheminement de l'eau vers le circuit de contournement est lié au bon fonctionnement du système de vannes commandant l'accès à ce circuit De plus, lorsque La température extérieure est suffisamment basse pour nécessiter la mise en action du système antigel, le refroidissement de l'eau, qui est alors obtenu par la simple circulation de cette eau dans le circuit ne comprenant plus le réfrigérant, peut être insuffisant pour assurer le refroidissement souhaité des condenseurs. Dans ces conditions, il est donc nécessaire d'abaisser la puissance du réacteur. , La présente invention a précisément pour objet un réfrigérant atmosphérique du type à courants croisés équipé d'un système antigel d'un type nouveau ne présentant pas les inconvénients des systèmes connus. Ainsi, conformément à l'invention, il est proposé un réfrigérant atmosphérique de liquide, du type à courants croisés, comprenant : - un bassin annulaire supérieur d'alimentation en li quide, comportant un fond perforé, - un bassin inférieur de collecte dudit liquide, situé au moins en partie sous le bassin annulaire supé rieur, - des moyens d'aspiration d'air atmosphérique raccor dés sur un bord périphérique intérieur du bassin an nulaire supérieur, - une zone de dispersion située entre le bassin annu laire supérieur et le bassin inférieur, dans laquel le le Liquide s'écoule en pluie à partir du fond perforé du bassin annulaire supérieur, et dans la quelle l'air atmosphérique s'écoule radialement vers L'intérieur, - au moins une conduite d'alimentation en Liquide, dé bouchant dans le bassin annulaire supérieur, et - au moins une conduite d'évacuation dudit Liquide, débouchant dans le bassin inférieur, caractérisé en ce qu'au moins un groupe de deux parois escamotables est placé dans le bassin annulaire supérieur, pour délimiter dans ce dernier au moins une partie en arc de cercle dans laquelle ne débouche aucune conduite d'alimentation, Lesdites parois étant mises en place lorsque la température de L'air atmos phérique est inférieure à un seuil donné. De préférence, afin de limiter la charge en eau du bassin annulaire supérieur, au moins une canalisation verticale de trop plein débouche dans Le bassin annulaire supérieur, hors de ladite partie en arc de cercle. Pour éviter que le liquide ne gèle dans La partie inférieure de La zone de dispersion, la canalisation de trop plein débouche de préférence à son extrémité opposée dans un tore de dispersion placé dans cette partie inférieure et munie d'orifices d'aspersion. Selon un premier mode de réalisation de L'invention, les parois escamotables sont des batardeaux aptes à être déplacés entre une position active et une position escamotée. Selon un autre mode de réalisation de l'in- vention, les parois escamotables sont des parois gonflables. Dans le cas le plus-courant, les conduites d'alimentation débouchent en deux emplacements diamétralement opposés dans le bassin annulaire supérieur. Selon un aspect intéressant de l'invention, le réfrigérant comprend alors un groupe de deux parois placées respectivement au voisinage de chacun de ces emplacements et du même côté, pour délimiter dans le bassin annulaire supérieur, deux parties approximativement en demi-cercle, lesdits emplacements étant tous deux situés dans L'une desdites parties. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'inven- tion en se référant aux dessins annexés dans les quels - La figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un réfrigérant atmosphérique équipe d'un système antigel réalisé conformément à L'invention, - la figure 2 est une vue en coupe verticale représentant à plus grande échelle une partie du bassin annulaire supérieur, du bassin inférieur et de la zone de dispersion du réfrigérant de la figure 1, et - la figure 3 est une vue de dessus du réfrigérant représenté sur la figure 1. La figure 1 représente un réfrigérant atmosphérique à courants croisés et à tirage naturel comportant un système antigel conforme à l'invention. Sur cette figure, on voit que le réfrigérant comprend un bassin annulaire supérieur 10 dont le fond 10a, plan et horizontal, est percé d'un certain nombre d'orifices de dispersion 10b régulièrement répartis sur toute sa largeur et sur toute sa périphérie. Le bassin 10 est placé à un niveau donné au-dessus du sol, sur lequel il repose par un certain nombre de portiques 14 disposés dans des pLans radiaux par rapport à L'axe vertical du réfrigérant, ces portiques étant régulièrement répartis sur toute la périphérie du bassin 10. Dans le cas où Le réfrigérant équipe un réacteur nucléaire, le bassin annulaire supérieur 10 est alimenté en eau chaude en provenance du condenseur servant à condenser la vapeur d'eau sortant des turbines. L'alimentation en eau chaude s'effectue par une ou plusieurs conduites d'alimentation 12 (deux dans le mode de réalisation représenté), cheminant au niveau du sol ou sous le sol. A son extrémité, chacune des conduites 12 remonte verticalement vers le bassin 10, en s'évasant pour former une partie pyramidale renversée 12a qui débouche dans le fond du bassin 10. Ces parties pyramidales 12a sont généralement appelées "tulipes" de déversement de L'eau chaude. Comme l'illustrent les figures 1 et 3, il en existe généralement deux qui se trouvent situées en des emplacements diamétralement opposés par rapport à l'axe verticaL de l'appareil. Les piliers externes des portiques 14 supportent des volets ou ventelles 16 constituant des défLecteurs servant à canaliser l'écoulement de L'air lorsqu'il pénètre dans La zone annulaire 18 formée endessous du bassin annulaire supérieur 10. Cette zone annulaire 18, généralement appelée "zone de dispersion", constitue ta zone d'échange proprement dite, comme on Le verra ultérieurement. Au niveau du sol, le réfrigérant comprend de plus un bassin annulaire inférieur 20 servant à collecter Le liquide refroidi. Ce bassin 20 est situé endessous du bassin supérieur 10 et, par conséquent, de la zone de dispersion 18, et il s'étend radialement vers L'intérieur comme L'illustre la figure 2. Afin de permettre le retour vers le condenseur de L'eau froide ainsi récupérée, une ou pLusieurs conduites d'évacuation 22 débouche-(nt) dans Le fond du bassin 20. De façon également connue, la circulation de L'air radialement vers L'intérieur au travers de la zone de dispersion 18 est obtenue au moyen d'une cheminee ou coque de tirage 24 de l'air atmosphérique. Cette cheminée est en forme de convergent/divergent. Son bord inférieur est raccordé par un toit annulaire 26 (figure 2) au bord périphérique intérieur du bassin supérieur 10. La cheminée 24 est supportée par des poutrelles 28 reposant directement sur le sol, à proximité du bord intérieur du bassin 20. La structure qui vient d'être décrite est la structure traditionnelle des réfrigérants atmosphériques à courants croisés et tirage naturel. Le fonctionnement de ces réfrigérants est simple. Le liquide chaud (généralement de L'eau) admis dans le bassin supérieur 10 par les conduites d'aii- mentation 12 chute en pluie dans la zone de dispersion 18, au travers des trous 10b, jusqu'au bassin inférieur de collecte 20 (flèches F1 sur la figure 2). Simultanément, notamment sous L'effet de la cheminée de tirage 24, l'air atmosphérique pénètre dans la zone de dispersion 18 entre Les vente îLes 16. Comme l'illustrent les flèches F2 sur les figures 1 et 2, l'air traverse ensuite radialement cette zone de dispersion 28 vers L'intérieur, avant d'être évacué vers le haut par la cheminée 24. Dans la zone de dispersion 18, le liquide à refroidir et l'air atmosphérique se déplacent donc selon deux directions sensiblement perpendiculaires. Pour cette raison, les réfrigérants atmosphériques de ce type sont appelés réfrigérants à courants croisés. Par ailleurs, le tirage de L'air atmosphérique étant obtenu simplement grâce à la cheminée 24 et à la différence de températures entre l'air extérieur et l'air intérieur, sans apport d'énergie extérieure, les réfrigérants de ce type sont appelés réfrigérants à tirage naturel. Ces réfrigérants fonctionnent de façon satisfaisante lorsque la température ambiante est supérieure à une valeur Limite admissible. Lorsque la température descend en-dessous de cette valeur limite, le Liquide à refroidir risque de geler avant de parvenir jusqu'au bassin inférieur 20. En conséquence, des précautions doivent être prises pour empêcher qu'une telle situation ne se produise. Conformément à l'invention et comme l'il- lustrent les figures 1 à 3, le réfrigérant atmosphérique décrit précédemment comprend de plus un système antigel de conception particulièrement simple et efficace. Ce système antigel est formé dans le mode de réalisation décrit de deux parois escamotables 30 placees dans le bassin annulaire supérieur 10, à proximi- té immédiate des emplacements où débouchent les tulipes 12a et d'un même côté du bassin par rapport à ces tulipes. Les tulipes 12a étant disposées en des emplacements diamétralement opposés par rapport à l'axe vertical de l'appareil, les parois 30 divisent donc le bassin annulaire supérieur 10 en deux demi-bassins 10c, 10'c (figure 3) approximativement semi-circulaires, les conduites 12 débouchant dans L'un 10'c des demi-bassins, alors qu'aucune conduite ne débouche dans L'autre demi-bassin 10c. Dans des conditions normales de température de l'air ambiant, c'est-à-dire lorsque La température est supérieure à la valeur limite admissible, les parois 30 sont escamotées et le réfrigérant fonctionne de la façon habituelle. Au contraire, lorsque la température descend en-dessous de ce seuil limite, les parois 30 sont mises en place. Dès ce moment, seul le demi-bassin 10'c, dans Lequel débouchent les conduites 12, est alimenté en Liquide à refroidir. Par conséquent, ce liquide ne traverse plus la zone de dispersion 18 que sur environ la moitié de cette zone. Le débit du liquide refroidi par le réfrigérant se trouve ainsi réparti sur la moitié de la zone d'échange habituelle. Cette augmentation importante du débit spécifique de liquide dans la zone d'échange 18 conduit à augmenter les pertes de charge côté air et diminuer le débit d'air . Par voie de conséquence, L'échange thermique se trouve également diminué. Ces deux effets cumulés conduisent à augmenter la température de l'eau qui parvient dans le ba-ssin de collecte 20 et, par conséquent, à supprimer tout risque de gel à ce niveau. En pratique, les parois 30 peuvent être constituées par des batardeaux articulés soit sur Le fond du bassin 10, soit sur l'un des bords périphériques de celui-ci. La mise en place des batardeaux est alors commandée automatiquement par des moteurs asso cités, lorsque la température descend en-dessous du seuil mentionné précédemment. Dans un autre mode de réaLisation non represente, les parois 30 sont des parois gonflables fixées sur des supports verticaux eux-mêmes assujettis aux bords périphériques du bassin 10. La mise en place des parois s'effectue alors automatiquement par gonflage de celles-ci, en les mettant en communication avec une source de fluide sous pression Lorsque la température descend en-dessous du seuil défini précédemment. De préférence, Le système antigel constitué par les parois escamotables 30 est complété par des canalisations verticales de trop-plein 32, dont l'ex trémité supérieure débouche dans le demi-bassin 10'c dans lequel débouchent les conduites 12. Ces canalisations 32 sont des canalisations de gros diamètre qui permettent de limiter La charge en eau du bassin supérieur 10, charge qui peut se trouver accentuée lorsque la totalité de L'eau admise normalement dans ce bassin supérieur 10 n'est plus admise que dans la moitié de ce bassin. De préférence, ces canalisations de tropplein 32 débouchent à leur extrémité inférieure dans un collecteur 34 de forme semi-torique. Ce collecteur 34, appelé collecteur de dispersion, est situé à l'in- terieur de la zone de dispersion 18, de préférence dans La partie inférieure de celle-ci et à proximité immédiate des ventelles 16 comme l'illustre notamment la figure 2. Ce collecteur 34 est muni d'orifices 34a régulièrement répartis sur toute sa longueur. Ces orifices 34a sont formés de préférence au moins en partie de façon à créer un jet d'eau chaude arrosant la partie basse de la dispersion. Cette configuration permet d'éviter que l'eau ne gèle en partie basse. Dans une variante de réalisation non représentée, les canalisations de trop-plein 32 pourraient toutefois déboucher à leur extrémité inférieure directement dans Le bassin 20. Par rapport aux systèmes antigels existants, le système antigel selon l'invention a pour avantages essentiels de ne pas nécessiter de renforcement de la structure du réfrigérant et de présenter une faible inertie, de sorte que l'effet recherché est obtenu même dans le cas d'une chute brutale de température. Bien entendu, L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits à titre d'exemple, mais en couvre toutes les variantes. En particulier, on comprendra que la présence des canalisations de trop-plein 32 ne se justifie que dans la mesure ou la totalité du débit d'eau chaude reste acheminée dans le bassin supérieur 10 lors du fonctionnement du système antigel. Cela peut notamment être évité si le débit d' eau a refroidir parvenant dans le bassin supérieur 10 est diminué simultanément, L'eau chaude arrivant par l'une des conduites 12 étant par exemple déviée directement vers le bassin infe- rieur 20 au moyen d'une canalisation de dérivation 36 (figure 1) commandée par une vanne 38. D'autre part, Le nombre des conduites 12 acheminant l'eau à refroidir dans le bassin supérieur 10, qui est généralement de deux, peut toutefois être différent. Dans ce cas, les deux parois escamotables 30 peuvent être remplacées par pLusieurs groupes de deux parois escamotables disposées de façon à délini- ter dans le bassin annulaire 10 une ou plusieurs parties en arc de cercle dans Lesquelles ne débouche aucune des conduites 12. Les parois 30 peuvent en outre ne pas être placées immédiatement à côté des emplacements où débouchent ces conduites, par exemple dans le cas où L'alimentation serait réalisée au moyen d'une conduite unique, ou encore si l'on désire répartir de façon particulière les parties du bassin 10 qui interviennent et celles qui n'interviennent pas lors de la mise en oeuvre du système antigeL.Ainsi, dans le cas habituel où L'alimentation du bassin 10 s'effectue au moyen de deux conduites 12 débouchant en des emplacements diamétralement opposés du bassin, deux groupes de deux parois escamotables peuvent être disposés respectivement d'un côté et de L'autre de ces emplacements, environ à 45" par rapport à ceux-ci. Le débit de L'eau dans la zone d'échange est alors pratiquement identique à celui qui se produit dans l'exemple décrit précédemment, mais se trouve réparti sur deux parties en arc de cercle d'environ 90" situées en des emplacements diamétralement opposés par rapport à l'axe vertical de L'appareil. Enfin, L'invention s'applique aussi bien à un réfrigérant à tirage natureL comprenant une cheminée d'aspiration de l'air atmosphérique qu'à un réfrigérant dans lequel l'aspiration de L'air atmosphérique est obtenu par un ou plusieurs ventilateurs de tirage. REVENDICATIONS 1. Réfrigérant atmosphérique de Liquide, du type à courants croisés, comprenant : - un bassin annulaire supérieur (10) d'alimentation en liquide, comportant un fond perforé (10a), - un bassin inférieur (20) de collecte dudit Liquide, situé au moins en partie sous le bassin annulaire supérieur (10), - des moyens d'aspiration d'air atmosphérique (24) raccordés sur un bord périphérique intérieur du bas sin annulaire supérieur (10), - une zone de dispersion (18) située entre le bassin annulaire supérieur (10) et le bassin inférieur (20), dans laquelle le liquide s'écoule en pluie à partir du fond perforé (10a) du bassin annulaire su périeur (10), et dans laquelle l'air atmosphérique s'écoule radialement vers l'intérieur, - au moins une conduite d'alimentation (12) en liqÜi- de, débouchant dans le bassin annulaire supérieur (10), et - au moins une conduite d'évacuation (22) dudit liqui- de, débouchant dans le bassin inférieur (20), caractérisé en ce qu'au moins un groupe de deux parois escamotables (30) est placé dans le bassin annulaire supérieur (10), pour délimiter dans ce dernier au moins une partie en arc de cercle (10c) dans laquelle ne débouche aucune conduite d'alimentation, lesdites parois (30) étant mises en place lorsque la température de l'air atmosphérique est inférieure à un seuil donné. 2. Réfrigérant atmosphérique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une canalisation verticale de trop-plein (32) débouche dans le bassin annulaire supérieur (10), hors de ladite partie en arc de cercle (10c). 3. Réfrigérant atmosphérique selon la re- vendication 2, caractérisé en ce que ladite canalisation de trop-plein (32) débouche à son extrémité opposée dans un tore de dispersion (34) placé dans ladite partie basse de ladite zone de dispersion (18) et muni d'orifices d'aspersion (34a). 4. Réfrigérant atmosphérique selon L'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites parois escamotables (30) sont des batardeaux aptes à être déplacés entre une position active et une position escamotée. 5. Réfrigérant atmosphérique selon L'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que Lesdites parois escamotables (30) sont des parois gonflables. 6. Réfrigérant atmosphérique selon L'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend deux conduites d'alimentation (12) débouchant en deux emplacements diamétralement opposés dans le bassin annulaire supérieur (10) et un groupe de deux parois (30) placées respectivement auvoisina- ge de chacun de ces emplacements et du même côté, pour délimiter dans le bassin annulaire supérieur (10) deux parties (10c, 10'c) approximativement en demi-cercle, lesdits emplacements étant tous deux situés dans l'une (10'c) desdites parties.