Brevet FR2598208A1 — publié le 19871106

Installation de protection contre le gel pour un refrigérant atmosphérigue L'invention concerne une installation de protection contre le gel destinee à équiper un réfrigérant atmosphérique. Elle s'applique aussi bien aux réfrigérants à courants croisés qu'aux réfrigérants à contre-courant, que ces réfrigérants soient à tirage naturel ou,à tirage forcé. Des réfrigérants atmosphériques sont utilisés, notamment dans les centrales nucléaires, pour refroidir L'eau utilisée pour condenser la vapeur sortant des turbines dans le circuit eau/vapeur. ILs peuvent aussi entre utilisés dans tous les cas où des eaux industrielles doivent.etre refroidies par de l'air atmosphérique. Dans un réfrigérant atmosphérique, le refroidissement de l'eau est réalisé par contact direct entre L'eau à refroidir et l'air atmosphérique. En période de gel, la prise en glace de l'eau dans la zone d'échange dans laquelle cette dernière entre en contact avec L'air doit impérativement etre évitée, compte tenu des degats qu'une telle prise en glace risque d'entrafner. Pour cela, il est connu d'équiper les réfrigérants atmosphériques d'une installation de protection contre le gel, dont la mise en oeuvre empoche la température de l'eau refroidie de baisser avec la température ambiante. Dans certains réfrigérants connus, cette installation de protection est conçue pour ne plus distribuer L'eau à refroidir que sur une partie seulement de la zone d'échange, en periode de gel. Ainsi, la mise en oeuvre de l'instalLation de protection contre le gel conduit simultanément à réduire la surface d'échange, à diminuer le coefficient d'échange, à augmenter la perte de charge de l'écoulement d'air et à réduire le tirage par mélange de flux d'air chaud et froid. Les installations de protection contre le gel de ce type présentent l'avantage de permettre un pilotage simple des réfrigérants. Cependant, ils ont egalement deux inconvénients importants : ils utilisent des vannes de grandes dimensions qui doivent Store très fiables et ils nécessitent un surdimensionnement des circuits hydrauliques. Ce dernier point est encore plus pénalisant dans le cas des réfrigérants équipés de récupérateurs qui collectent l'eau industrielle immédiatement en-dessous de la zone d'échange. Pour remédier à ces inconvénients, une installation de protection contre le gel de conception totalement différente a eté proposée dans le document EP-B-O 058 109. Dans cette installation, un grillage est placé dans la partie superieure des fenêtres d'entrée d'air du réfrigérant. Lorsque la température ambiante est suffisamment basse pour qu'un risque de prise en glace de l'eau industrielle à refroidir se produise dans la zone d'échange, on fait ruisseler sur le grillage de l'eau relativement froide, dont La prise en glace conduit à obstruer partiellement les fenetres d'entrée d'air. La baisse temporaire des performances du réfrigérant est alors obtenue par une simple diminution du débit d'air, c'est-à-dire une augmentation de sa perte de charge.Un surdimensionnement des circuits est ainsi évité. Dans une telle installation, lorsque la température anbiante remonte rapidement après une période de gel, la glace formée sur le grillage ne fond que très lentement. Pour obtenir une efficacité optimale du réfrigérant, l'installation décrite dans Le document EP-B-O 058 109 comprend donc également des moyens pour faire fondre rapidement le rideau de glace formé sur le grillage lorsque ce rideau n'est plus nécessaire. Dans la réalisation décrite dans le document EP-B-0 058 109, L'eau relativement froide assurant la prise en glace des grillages est amenée par une conduite de distribution percée de buses de pulvérisation dirigées vers une paroi inclinée sur laquelle est fixé directement le grillage. La fonte du rideau de glace est obtenue quant à elle en faisant ruisseler de L'eau relativenent chaude sur le grillage à partir d'une conduite de grande section placee immédiatement au-dessus de la conduite de distribution d'eau relativement froide. Cette conduite de grande section est également munie de buses de pulvérisation drigées vers la paroi inclinée portant le grillage.De préférence, la fusion en partie basse du grillage est accélérée au moyen d'une résistance électrique formant le bord inférieur du grillage Des essais effectués sur une telle installation ont prouve L'efficacité générale du systeme. CependentF différents inconvénients ont été observés. En premier Lieu, la prise en glace s'effectue de fac très hétérogène, ce qui conduit à la òis à la formation : stalactites en-dessous du grillage dans les zones situées r dessous des buses de pulvérisation d'eau froide et à t'absence de glace dans les zones qui ne se trouent pas en-dessous de ces buses. De plus, la section des buses de pulvérisation est rés faible, ce qui conduit au bouchage fréquent de ces buses par les particules entraînées par L'eau relativement froide. Ce phenomene accentue le caractere hétérogène de la prise en glace. L'absence de glace dans certaines parties du grillage conduit à ne pas obtenir l'efficacité maximum souhaitée dans des periodes de gel intense. Par ailleurs, la présence de stalactites en-dessous du grillage conduit, lorsqu'on désire faire fondre le rideau de glace, à un risque important de chute de stalactites dans le bassin inférieur du réfrigérant. Une telle chute peut endommager ce bassin inférieur. De plus, les stalactites non fondues parvenues dans ce bassin risquent de colmater les grilles de retour de l'eau industrielle refroidie, ce qui peut conduire à une perte d'efficacité importante du réfrigérant. En outre, le risque de chute des stalactites est accentué par L'utilisation d'une conduite perforée placée audessus du grillage pour provoquer la fonte de la glace. En effet, la fonte de la glace en partie basse du grillage ntest obtenue que tres difficilement par un tel système. Si l'adjonction d'une résistance électrique en bas du grillage compense en partie cet inconvenient, il faut noter que cette resistance tend à détacher les stalactites du grillage et non à les faire fondre de façon homogène. Le risque de chute de ces stalactites subsiste donc même dans ce cas. bc plus, l'utilisation d'une résistance électrique necessite t'apport d'une energie d'appoint qui ta rend conteuse et par conséquent inutilisable dans la pratique. La présente invention a précisément pour objet une installation de protection contre le gel dérivée de l'installation décrite dans te document EP-B-O 058 109, mais ne présentant pas les inconvénients de cette dernière installation. En particulier, l'invention concerne une installation de protection contre le gel comportant un grillage obturant la partie haute des fenêtres d'entree du réfrigérant et sur lequel l'eau relativement froide est distribuée de façon homogène, afin d'assurer une prise en glace homogène de ce grillage, pratiquement sans former de stalactite et sans que subsistent des zones dépourvues de glace. A cet effet, il est proposé conformément à L'invention une installation de protection contre le gel pour un réfrigérant atmosphérique comportant des fenêtres d'entrée d'air, cette installation comprenant un grillage formé au moins en partie de fils s'étendant depuis le haut desdites fenêtres jusqu'à un bord inférieur situé à un niveau intermédiaire entre le haut et le bas des fenêtres, des moyens pour assurer un écoulement d'eau relativement froide sur Le grillage, et des moyens pour faire fondre de la glace formée sur le grillage, cette installation etant caractérisée en ce que les moyens pour assurer un ecoulement d'eau relativement froide sur le grillage comprennent une goulotte de répartition de l'eau, munie de fentes par lesquelles chacun desdits fils traverse Le fond de la goulotte avec un jeu donné. Grâce à ces caractéristiques, le ruissellement de l'eau relativement froide est assuré sur chacun des fils descendant jusqu'au bord inférieur du grillage. Une prise en glace homogène de ce dernier est donc assurée. De plus, cette configuration permet de donner aux fentes formées dans la goulotte des dimensions suffisamment importantes pour eviter tout risque de colmatage de ces fentes par les particules entra5nées par l'eau. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens pour assurer un ecoulement d'eau relativement froide sur le grillage comprennent de plus une conduite de distribution percée d'orifices debouchant latéralement en regard d'une surface d'étaLement situee au-dessus de ladite goulotte. La goulotte de répartition peut alors presenter en section la forme d'un V, les fentes étant formées dans l'une des branches du V alors que l'extrémité inférieure de la surface d'etalement est située audessus de l'autre branche du V. Dans ce même mode de réalisation, la conduite de distribution est constituée de préférence par un bac alimenté en eau par au moins une tuyauterie équipée de moyens de réglage du débit. De préférence, les moyens pour faire fondre la glace comprennent une rampe d'aspersion d'eau relativement chaude disposée à un niveau intermédiaire entre le bord inférieur du grillage et le haut des fenêtres, cette rampe étant munie de gicleurs regulierement espacés et tournés vers La partie inférieur du grillage. Grâce à cette caractéristique, la glace formée sur La partie inférieure du grillage fond avant celle qui est formée sur la partie supérieure du grillage et sans que des stalactites de petites dimensions éventuellement formées malgré la distribution homogène de l'eau assurant la prise en glace ne risquent de chuter dans le bassin inférieur du réfrigérant. Dans ce cas, la rampe d'aspersion peut notamment être alimentée en eau relativement chaude par au moins une canalisation équipée d'une vanne d'alimentation normalement fermée. L'efficacité de cette vanne évite la prise en glace de l'eau contenue dans la canalisation et assure ainsi L'efficacité des moyens pour faire fondre la glace. Toujours selon un mode préféré de réalisation de L'invention, le grillage est un grillage à mailles rectangulaires, dans lequel lesdits fils sont orientés verticalement. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, deux modes de réalisation préférés de l'invention en se référant aux dessins annexes dans Lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe transversale representant de façon schématique une fenêtre d'entree d'air d'un réfrigérant atmosphérique, équipée d'une installation de protection contre le gel conforme à L'invention, - la figure 2 est une vue en coupe analogue à La figure I representant à plus grande échelle la partie de l'installation situee en haut des fenêtres d'entrée d'air, - la figure 3 est une vue en perspective représentant une partie de l'installation de protection contre le gel représentée sur les figures 1 et 2 et, plus précisément, la goulotte de répartition de L'eau relativement froide que traversent les fils verticaux du grillage, et - la figure 4 est une vue comparable à La figure 2 illustrant un deuxième mode de réalisation de L'invention. La figure 1 représente une fenêtre d'entrée d'air 10 d'un réfrigérant atmosphérique à contre-courants, équipée d'une installation de protection contre Le gel 12 réaLisée conformément à l'invention. On rappelLe dès à présent qu'une telle application n'est pas limitative et que L'installation 12 pourrait aussi être utilisée dans un réfrigérant atmosphérique à courants croisés, qu'il s'agisse d'un réfrigérant à tirage naturel ou à tirage forcé. Dans le cas représenté sur La figure 1 d'un réfrigérant à contre-courants, une base annulaire horizontale 16, située au niveau du sol, supporte des traverses diagonales 14 sur lesqueLLes repose un linteau 18. Les traverses 14, la base 16 et te Linteau 18 sont habituellement réalisés en béton. Le linteau 18 sert de support à la coque 20 du réfrigérant dont seule La partie inférieur apparait sur la figure 1. Les traverses 14, la base 16 et le linteau 18 délimitent des fenêtres d'entrée d'air 10. Le principe des réfrigérants atmosphériques à contre courant est bien connu et ne sera donc pas détaillé ici. Pour la bonne comprehension de l'invention, on rappelle simplement que L'eau chaude industrielle à refroidir est introduite par des rampes perforées (non représentées) qui s'étendent horizontalement sur toute la section du réfrigérant; à un niveau legerement supérieur à celui du linteau 18. A partir de cette galerie 22, l'eau s'écoule en pluie au travers d'un garnissage (non représenté) assurant sa pulvérisation en fines gouttelettes. Au fur et à mesure de leur chute, les gouttelettes d'eau se refroidissent par échange thermique avec le courant d'air ascendant resultant soit de la forme en cheminée de la coque 20 (réfrigérants à tirage naturel), soit de turbines logées dans la coque 20 au-dessus des rampes perforées d'alimentation (réfrigérants à tirage force). L'eau ainsi refroidie est recueillie dans un bassin de collecte 24 situé au niveau du sol et s'etendant sur toute la section du réfrigérant, la base 16 prenant appui sur le fond de ce bassin 24. En cas de température e"air extérieure négative, on comprend aisément qu('eau à refroidirrisque de celer l'intérieurcu garnissage, ce qud justifie la présence conformément à l'invention de L'installation de protection contre le gel 12. En effet, le gel de L'eau dans le garnissage conduirait à une perte partielle ou même totale de l'efficacité du réfrigérant et à la détérioration de ce garnissage. Comme l'illustrent les figures 1 à 3, L'installation 12 comprend un grillage 26 occupant la partie supérieure de chaque fenêtre 10. A titre d'exemple, si la hauteur de ta fenêtre 1G est d'environ 11 m, le grillage 26 peut s'étendre à partir du linteau 18 sur une hauteur d'environ 7 m. Comme t'illustre ta figure 1, le grillage 26 est disposé de préférence verticalement et il est suspendu au bord intérieur du linteau 18. Dans L'exemple de réalisation représenté (voir figure 3), le grilLage 26 est un grillage à mailles rectangulaires constitué de fils verticaux 26a, par exemple de diamètre 6 mm au pas de 50 mm, et de fils horizontaux 26b, par exemple de diamètre 5 - au pas de 250 mm. Ces dimensions permettent d'assurer un compromis satisfaisant entre la vitesse de prise en gLace (qui dépend de La dimension de la maille) et La bonne tenue mécanique du grillage (qui dépend du diamètre des fils). Comme l'illustre la figure 1, la tenue mécanique du grillage 26 est également assurée par des tirants 28 par lesquels le grillage est fixé aux traverses diagonales 14 à différents niveaux, et notamment au niveau de son bord inférieur. Comme l'illustre plus précisément La figure 2, La distribution de L'eau relativement froide assurant La prise en glace du grillage est assurée à l'aide d'un bac à surface libre 30 disposé immédiatement en-dessous du linteau 18, vers L'extérieur du réfrigérant par rapport au grillage 26. Le bac de distribution 30 est lui-même alimenté en eau relativement froide par une ou plusieurs canalisations 32 equipées de vannes de reglage du débit 34. De préférence, ces canalisations sont raccordées sur le reseau d'alimentation en eau de ville ou en eau propre.En variante,les canalisations 32 peuvent aussi prélever l'eau dans le bassin inférieur 24 du réfrigérant à l'aide de pompes. Sur son côte tourné vers le grillage 26, le bac 30 est perce d'orifices ou ajutages 30a débouchant Latéralement en vis å-vis de la surface 36a d'une plaque d'étalement verticale 36 montée dans ce cas directement sur le grillage 26, du côté du bac 30. Le diametre des orifices 30a, par exemple 10 mm, est suffisamment grand pour que tout risque d'obstruction de ces orifices par les particules pouvant se trouver en suspension dans L'eau d'alimentation soit supprime. Sous L'effet de son impact contre la surface 36a de la plaque d'étalement 36, l'eau sortant par les orifices 30a s'ecoule sous La forme d'un film qui alimente pratiquement uniformément une goulotte annulaire 38 placée en-dessous de la plaque 36. Dans le mode de réalisation représenté, La goulotte 38 presente en section la forme d'un V dont l'une des branches 38a est placee en-dessous de La surface 36a de la plaque d'étalement 36 tournée vers le bac 30. Comme l'illustre plus précisément la figure 3, l'autre branche 38b du V formée par la goulotte 38 est munie de fentes ou d'entailles 38c que traverse chacun des fils verticaux 26a du grillage 26. De façon plus prise, les fils 26a traversent les fentes 38c au niveau du fond de la goulotte 38. La traversee des fentes 38c par les fils verticaux 26a s'effectue avec un jeu permettant à L'eau recueillie uniformément sur toute la longueur de la goulotte 38 de s'écouler en film sur chacun des fils verticaux 26a du grillage. A titre d'exemple, la largeur des fentes 38c est égale au diamètre des fils verticaux 26a augmenté de 2 mm. Ainsi, si les fils verticaux 26a ont un diametre de 6 mm, la largeur des fentes 38c peut être de 8 mm. La goulotte 38 constitue donc un peigne assurant la repartition uniforme de L'eau d'alimentation sur chacun des fils verticaux du grillage. Une distribution uniforme de L'eau sur le grillage assurant une prise en glace également uniforme de celui ci est ainsi assuree. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, la branche 38a du V formé en section par la goulotte 38 prolonge un carénage 40 fixé en-dessous du linteau 18 et assurant un ecoulement satisfaisant de l'air à la partie supérieure de la fenetre 10. Comme l'illustre la figure 1, la fonte de la glace ainsi formée sur le grillage 26 est assurée de préférence par une rampe d'aspersion 42 fixée aux traverses diagonales 14, vers l'extérieur du réfrigérant par rapport au grillage 26. La rampe 42 est située à un niveau intermédiaire entre le bord supérieur et le bord inférieur du grillage 26 bien que, de préférence, legerement plus proche de ce dernier. Ainsi, et à titre d'exemple, si la hauteur du grillage est d'environ 7 m, la rampe 42 peut etre placee environ 3 m au-dessus du bord inférieur du grillage. La rampe d'aspersion 42 est alimentée en eau relativement chaude par une ou plusieurs tuyauteries de grand diamètre 44 équipées de vannes d'alimentation 46 normalement fermées et prélevant l'eau de préférence directement dans les galeries d'alimentation du réfrigérant en eau à refroidir. La rampe d'aspersion 42 est munie de gicleurs ou de disperseurs 42a réguLièrement espacés et tournés vers te grillage 26. Lorsque la fonte de la glace formée sur le grillage 26 est souhaitée, l'ouverture des vannes 46 permet d'asperger d'un brouillard d'eau chaude toute la partie inférieur du grillage 26. Une fonte relativement rapide de la glace formée dans cette zone est ainsi obtenue. Il est à noter que cette fonte est suffisante pour redonner au réfrigérant une efficacité proche de son efficacité maximum, de sorte qu'aucun dispositif de fonte annexe n'est nécessaire. En outre, dans le cas d'une rechute de la température ambiante, la fonte seulement partielle du rideau de glace sur Le grillage 26 permet d'accélerer une nouvelle prise en glace de celui-ci. La régulation du réfrigérant se trouve donc améliorée. De préférence, L'aspersion d'eau chaude s'étend au-delS du bord inférieur du grillage. Ainsi, de petites stalactites eventuellement formées en-dessous du grillage fondent de façon homogène sans risque de chuter dans le bassin inférieur 24 du réfrigérant. La figure 4 illustre une variante de réalisation de l'installation selon L'invention, dans laquelle les mêmes chiffres de référence augmentés de 100 ont été utilisés pour désigner des éléments semblables. Dans cette variante, les éléments constitutifs de l'installation de protection 112 sont identiques aux éléments de L'installation 12 décrite précédemment, certains d'entre eux étant seulement implantés différemment. Ainsi, au lieu d'être placé en-dessous du linteau 118, le bac de distribution 130 est dispose à côte de La base de La coque 120, vers l'intérieur du réfrigérant . Les orifices 130a débouchant latéralement vers La coque 120, la plaque d'etalement 136 est placée entre cette derniere et le bac de distribution 130. La goutotte de répartition 138 est placée quant à elle sur le côté du linteau 118 tourné vers L'intérieur du réfrigérant. Compte tenu de cet agencement différent, le carénage 40 disposé en-dessous du linteau 18 dans le mode de réalisation de la figure 2 est supprimé et remplacé par un carénage 140 situe vers L'intérieur du réfrigérant par rapport au bac de distribution 130, et dont l'extrémité inférieure est voisine de la goulotte 138. Le fonctionnement de L'installation 112 décrite en se référant à la figure 4 est par ailleurs totalement identique à celui de l'installation 12 décrite précédemment en se référant aux figures 1 à 3. Bien entendu, l'invention ntest pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits à titre d'exemple mais en couvre toutes les variantes. En particulier, la goulotte de répartition de L'eau présentant une section en forme de V dans tes modes de réalisation décrits peut être remplacée par une goulotte présentant en section une forme differente, notamment en U. De même, les fentes ou entailles formees dans cette goulotte pour permettre le passage des fils verticaux du grillage peuvent etre ouvertes ou fermées ou présenter des formes quelconques, pourvu que les fils verticaux du grillage traversent le fond de cette goulotte avec un jeu suffisant pour assurer un écoulement satisfaisant et uniforme de l'eau sur chacun des fils. En variante, le grillage à mailles rectangulaires décrit peut aussi être remplacé par un grillage de forme differente et notamment par un grillage ne comportant que des fils inclinés s'etendant depuis le haut des fenêtres jusqu'au bord inférieur de ce grillage. Dans ce cas, chacun de ces fils traverse une fente ou une entaille formée dans la goulotte de répartition. En outre, bien qu'il soit souhaiable d'acheminer l'eau de manière uniforme jusqu'à la goulotte de répartition, notamment en utilisant une plaque d'étaLement de la manière decrite, un acheminement de L'eau d'alimentation relativement froide jusqu'à la goulotte de repartition 38 réalisé de manière différente rentre également dans le cadre de l'invention. Dans cet esprit, le bac de distribution 30 à surface libre peut egalement être remplace par une conduite de distribution. De même, la plaque d'étalement peut ne pas être verticale, mais inclinée. REVENDICATIONS 1. Installation de protection contre Le gel pour un réfrigérant atmosphérique comportant des fenêtres d'entrée d'air (10), cette installation (12) comprenant un grillage (26) formé au moins en partie de fils (26a) s'étendant depuis le haut desdites fenetres jusqu'à un bord inférieur situé à un niveau intermédiaire entre le haut et le bas des fenêtres, des moyens (30, 36, 38) pour assurer un écouLement d'eau relativement froide sur le grillage, et des moyens (42, 44) pour faire fondre de la glace formee sur le grillage, cette installation étant caractérisée en ce que les moyens pour assurer un écoulement d'eau relativement froide sur le grillage comprennent une goulotte (38) de repartition de l'eau, munie de fentes (38c) par lesquelles chacun desdits fils (26a) traverse le fond de la goulotte avec un jeu donné. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour assurer un écoulement d'eau relativement froide sur le grillage comprennent de plus une conduite de distribution (30) percée d'orifices (30a) débouchant latéralement en regard d'une surface d'etalement (36a) située audessus de ladite goulotte (38). 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la goulotte de répartition (38) présente en section la forme d'un V, lesdites fentes (38c) étant formées dans l'une (38b) des branches du V, alors que l'extrémité inférieure de la surface d'etalement (36a) est située au-dessus de l'autre branche (38a) du V. 4. Installation selon t'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que la conduite de distribution est constituee par un bac (30) alimenté en eau par au moins une tuyauterie (32) équipée de moyens de réglage du débit (34). 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens pour faire fondre la glace comprennent une rampe d'aspersion d'eau relativement chaude (42) disposée à un niveau intermédiaire entre le bord inferieur du grillage (26) et le haut des fenêtres (10), cette rampe étant munie de gicleurs (42a) réguLièrement espacés et tournes vers la partie inférieur du grillage. 6. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la rampe d'aspersion (42) est alimentée en eau relativement chaude par au moins une canalisation (44) équipée d'une vanne d'alimentation (46) normalement fermee. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le grillage (26) est un grillage à mailles rectangulaires, dans lequel lesdits fils (26a) sont orientes verticalement.