Brevet FR2658906A1 — publié le 19910830

La présente invention a pour objet. un procédé pour refroidir un liquide dans un réErigérant atmosphérique, ainsi qu un réfrigérant. adapté pour la misse en oeuvre de ce procédé. Le réfrigérant peut être, par exemple, du type comprenant lin bassin superieiir annulaire pouvant etre alimenté en liquide chaud à refroidir un bassin inférieur annulaire placé au-dessous du bassin supérieur pour collecter le liquide refroidi s écoulant en dispersion ou en pluie, à partir d'un tond perforé du bassin supérieur, les deux bassins délimitant entre eux un volume annulaire de dispersion et de ruisselliement du liquide, traversé par un courant radial d'air atmosphérique sensiblement horizontal.Le tirage de l'air atmosphérique est assure, soit par une cheminée, soit par des ventilateurs disposés en partie haute ou basse. Dans le cas où le réfrigérant comprend une cheminée de tirage d'air atmosphérique, le réseau de dist.ribution supérieur de liquide chaud et le bassin collecteur peuvent aussi être localisés entièrement à l'intérieur de la cheminée. De tels réfrigérants atmosphériques sont mis en oeuvre dans toutes les industries nécessitant une évacuation de calories, notamment dans les centrales nucléaires. Le liquide à refroidir est alors de l'eau chaude, provenant d'un condenseur, sa température étant par exemple à 23 C. Le bassin supérieur est disposé à une hauteur importante au-dessus du bassin inférieur de collecte, duquel partent des canalisations de récupération de l'eau refroidie, par exemple à 10 C, qui est réintroduite dans le circuit du condenseur. On sait qu'un problème important qui se pose par temps tres froid, est d'empecher la prise en glace de 1'eAU qui se refroidit sir la hauteur d'écoulement, par exemple 19 ou 20 metres. En effet lorsque la température atmosphérique descend au-dessous d'une valseur prédéterminée, par exemple -13*C, l'eau chaude à 23'C qui tombe du bassin supérieur peut geler localement à la périphérie du volume de ruissellement. Il se forme alors d'énormes blocs de glace qui, à la fonte, tombent. et peuvent provoquer des dégâts importants. Pour résoudre ce problème, on a propose notamment. d'équiper le bassin supérieur d'une canalisation de trop-plein partant de la périphérie exté rieure de ce bassin, et dont I 'extrémité inférieure débouche dans la partie inférieure du volume de ruis sel liement de 1 'eau, dans lequel est ainsi injectée de l'eau chaude (FR-A 2 593 902). Toutefois cette solution ne donne pas entitre satisfaction, de sorte que par temps très froid il peut se former neanmoins de la glace localement dans le volume de ruisseLLement et dans le bassin collecteur. On a aussi propose une solution dite de contournement, selon laquelle on envoie l'eau chaude, par exemple à 23 C, directement dans le bassin inférieur, d'où elle ne ressort alors que faiblement refroidie, par exemple à 20 C au lieu de 10-C. La réinjection de l'eau insuffisamment refroidie dans le circuit du condenseur fait alors chuter le rendement de celui-ci, et entraine un accroissement des coûts de fonctionnement de L'unité de production. L'invention a donc pour but de proposer une solution satisfaisante au problème exposé ci-dessus. Conformément au procédé visé par l'ìnven- tion, on distribue du liquide chaud en dispersion dans une zone s'étendant de part et d'autre de La mi -hauteur entre Je réseau supérieur de distribution et le bassin collecteur à l'intérieur du volume de ruissellement du liquide, ent.re ces derniers et au voisinage de la périphérie extérieure du Suivant un mode de réalisation de ce procédé, dans 1 lequel le réseau de distribution comprend un bassin pourvu d'un fond perforé à partir duquel le liquide chaud peut s 'écouler en dispersion, on dérive une partie du liquide chaud à partir du fond dans une zone s 'étendant de part et d'autre de la mi-hallteur ent.re les deux bassins et à l'intérieur du volume de ruissellement du liquide, entre ces derniers et. au voisinage de la périphérie extérieure dudit volume. Te réfrigérant atmosphérique. pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus comprend un réseau sup- rieur de distribution d'un liquide chaud à refroidir et un bassin inférieur place au-desous pour collecter le liquide refroidi; suivant l'invention, ce réfrigérant comprend des moyens de distribution du liquide chaud en dispersion dans une zone s 'étendant de part et d'autre de la mi-hauteur entre le réseau supérieur de distribution et le bassin collecteur, à l'intérieur du volume de ruissellement du liquide entre ces derniers et au voisinage de la péripherie extérieure dudit volume. Suivant un mode de réalisation de l'invention, dans lequel le réseau supérieur de distribution comprend un bassin pouvant être a]imenté en liquide chaud et dont le fond est perforé pour permettre l'écoulement du liquide chaud, par dispersion et ruissellement dans un volume délimité par les deux bassins supérieur et inférieur, ce volume étant traversé par un courant radial d'air atmosphérique sensiblement horizontal, le réfrigérant comprend des moyens pour dériver une parti.e du liquide chaud à partir du fond perforé du bassin supérieur dans une zone intérieure au volume de ruissellement du liquide, voisine de sa périphérie extérieure, et qui s'étend de part et d'autre de la mi-hauteur entre les deux bassins, lesdits moyens étant adaptés pour disperser en pluie le liquide chaud à partir de cette zone. Avantageusement, p]usieurs conduites de dérivation munies chacune de disperseurs d'eau à leur extrémité i nféri etire, sont réparti es annulairement sous le bassin supérieur. ta partie inférieure de chaque. conduite peut etre constituez par un ou plusieurs secteurs circu laires, équipés chacun de disperseurs d'eau et décalés radialement dans le volume. de dispersion du liquide. Si les disperseurs d'eau sont ainsi situés à mi-hauteur entre les deux bassins, et que la température de l'eau chaude amenée à ce disperseur est de 23 C, on constate que l'eau tombant en pluie à partir de ces disperseurs peut empêcher la prise en glace locale et globale de l'eau ruisselant à partir du bassin supérieur, jusqu'à une température de l'air atmosphérique d'environ -1.3 C. En variante, pour empêcher tout risque de gel par temps encore plus froid, il est possible de décaler en hauteur de part et d'autre de la mi-hauteur entre les deux bassins, deux branches terminales de chaque conduite de dérivation, une vanne étant interposée entre les deux branches, et étant ouverte pour alimenter en liquide la branche inférieure lorsque la température atmosphérique descend au-dessous d'une valeur prédéterminée, par exemple -25 C.. Dans les différents modes de réalisation possibles de l'invention, la température moyenne de l'eau recueillie au bassin collecteur reste sensiblement à la valeur souhaitée. L'invention sera maintenant décrite en référence aux dessins annexés qui en illustrent plusieurs formes de réalisation à titre d'exemples non limitatifs. La figure 1 est. une vue en élévation sché matiq d'un réfrigérant atmosphérique équipé d'un dispositif de ruissellement annulaire selon une premiere forme de réalisation de L'invention. Les figures 2A et 2B sont des vues en plan partielles simplifiées de deux autres formes de réali sation du dispositif de ruissellement selon l'invention. La figure 3 est une vue en élévation par tigelle simplifiée d'une quatrième forme de réalisation du dispositif de ruissellement selon l'invention. La figure 4 est une vue schématique en élévation partielle d'une variante d'exécution de la réalisation de la Fig.l. La figure 5 est. une vue en élévation simplifiée analogue à la Fig.l d'un réfrigérant équipé d'un dispositif de ruissellement selon une cinquième forme de réalisation de l'invention. La figure 5A est une vue de détail d'une variante d'exécution du dispositif de la Fig.5. La figure 6 est une vue de dessus partielle simplifiée du réseau de conduites de dérivation du dispositif de la Fig.5. On voit à la Fig.1 un réfrigérant atmosphérique comportant une cheminée 1 de tirage d'air atmosphérique du type utilisé notamment pour le refroidissement de l'eau dans les centrales nucléaires, entourée à sa base d'un dispositif de ruis scellement 2. La cheminée 1 repose de façon connue en soi, sur une ossature 3 de poutrelles, dont la hauteur est sensiblement égale à celle du dispositif de ruissellement annulaire 2. De maniere connue en soi également, ce dernier comprend un bassin supérieur annulaire 4 à fond horizontal perforé 5, soutenu par un ensemble de portiques 6, et au-dessous duquel est placé sur le sol, un bassin annulaire inférieur 7 de collecte de l'eau dispersée en pluie à partir des perforations du fond 5. L'alimentation en liquide chaud du bassin 4 et l'évacuation du liquide refroidi recueilli dans le bassin 7, sont assurées de manière connue par un système de canalisations non représentées. Dans la suite due 1. 'expose on considérera que le liquide à refroidir est de l'eau. En raison de la différence des températures entre l'air extérieur à la cheminée 1 et l'air intérieur à celle-ci, il se produit un tirage naturel qui aspire l'air atmosphérique extérieur à l'intérieur de la cheminée 1, au travers du volume de ruissellement et de dispersion de l'eau délimité par les deux bassins 4 et 7. Le réfrigérant est alors dit du type à courants croisés, du fait que le courant d'air de refroidissement circule dans une direction sensiblement perpendiculaire à celle du courant d'eau pulve- risée à refroidir. Le dispositif de ruissellement 2 comprend au moins une conduite 8, et de préférence plusieurs (une seconde conduite 8.1 diamétralement opposée à la conduite 8 étant visible à la Fig.1) réparties annulairement à des intervalles réguliers sous le bassin 4. Ces conduites 8, 8.1,... débouchent chacune par leurs extrémités supérieures dans une perforation du fond 5 du bassin supérieur 4, au voisinage de la péri phérie intérieure dudit bassin supérieur 4. D'autre part ces conduites débouchent à leurs extrémités infé ri retires opposées, , au voisinage de la périphérie extérieure 9 du volume 10 de dispersion de l'eau, sen siblement a mi -hauteur entre les bassins 4 et 7. Sur la Fig.l le volume de dispersion 10 de 1 'eau est. délimité par des trais inclinés sur la verticale, en raison du courant d'air F qui déporte la dispersion d'eau de l'extérieur vers l'intérieur de la base de la cheminée 1. Chaque conduite de dérivation 8 comporte un tronçon 8a sensiblement vertical, qui part du fond 5, et un second tronçon terminal 8b, sensiblement horizontal, dont l'extrémité se trouve pratiquement à la périphérie 9 du volume de ruissellement 10, et qui s'étend radialement. Les tronçons 8b sont chacun munis de disperseurs d'eau 11, convenablement décalés radialement à partir de la périphérie extérieure 9. En fonctionnement, la hauteur d'eau h dans le bassin supérieur 4, situé au-dessus de chaque conduite 8, est suffisamment importante pour permettre aux conduites de dérivation 8 de fournir un débit d'eau chaude suffisamment é]evé aux disperseurs 11, ce débit étant distribué à l'intérieur du volume de ruissellement 10 par les disperseurs 11.De ce fait, sauf température atmosphérique très basse, l'eau dispersée en pluie à partir du fond perforé 5 ne peut geler avant d'arriver au bassin inférieur 7, grâce à son réchauffement par l'eau chaude pulvérisée à partir des disperseurs 11. Dans le second mode de réalisation représenté à la Fig.aA, les branches inférieures radiales 8d des conduites 8 comportent des extrémités s'éten- dant sur des secteurs circulaires déterminés, munies de disperseurs 11 échelonnés radialement. L'ensemble de la section du volume 10 peut ainsi être arrosé par les disperseurs 11. Dans la variante de la Fig.2B, les branches radiales Sc portent chacune des secteurs circulaires 12, 13 décalés radialement et pourvus de disperseurs d'eau 11, ainsi répartis sur tout le pourtour du réfrigérant 2. Si la température extérieure ne descend pas au-dessous d'une valeur prédéterminée, par exemple -13bC l'eau chaude à 23"C pulvérisée à partir du fond 5 et des disperseurs 11 peut ainsi être recueillie en tout point à une température d'environ 6'C dans le bassin collecteur 7. En variante, comme représenté à la Fig.3, il est possible de distribuer l'eau chaude dans une zone s'étendant de part et d'autre de la mi-hauteur H/2 de la hauteur H du dispositif de ruissellement 2, afin d'empêcher tout risque de gel de 1 'eau par température extremement basse. Dans cette quatrième forme d'exécution, chaque conduite 14 de dérivation comporte un tronçon vertical 14a raccordé au fond 5 du bassin supérieur 4, et deux branches 14b, 14c sensiblement horizontales. Ces dernières s'étendent radialement de part et d'autre de la mi-hauteur H/2 à des hauteurs déterminées, et sont munies de disperseurs d'eau il échelonnés radialement à partir de la périphérie extérieure 9 du volume 10. Une vanne 15 est interposée entre les deux branches horizontales 14b, 14c. Lorsque la température n'est pas particulièrement basse, la vanne 15 peut etre maintenue fermée, l'eau chaude ne s'écoulant alors que par les disper seurs 11 de la branche horizontale supérieure 14b. Par contre, si la température atmosphérique descend à une valeur extrêmement basse, par exemple -25 *C, la vanne 15 est ouverte, et l'eau chaude se répartit alors entre les deux branches 14b et 14c. La hauteur à laquelle l'eau est dispersée à partir de la branche inférieure 14c étant inférieure à H/2, l'eau chaude tombant en pluie à partir de cette branche 14c est mélangée à l'eau déjà refroidie tombant du fond 5 et de la branche supérieure 14b, ce qui empeche tout risque de gel de l'ensemble de l'eau tombant au travers du dispositif de ruissellement puis recueillie dans le bassin inférieur 7. La Fig.4 montre une variante du dispositif de la Fig.1 suivant laquelle les surfaces d'échange périphériques 16 sont interrompues sensiblement à mi-hauteur, suivant un décrochement radial 17, et se poursuivent au-dessous de celui-ci par une partie périphérique 18 parallèle à la partie supérieure 16, intérieure au volume 10 de ruissellement du liquide. Les canalisations 8.2 comportent des branches horizontales 8.3 situées au niveau du décrochement 17, et équipées de disperseurs d'eau Il échelonnés radialement à partir de l'extrémité intérieure du décrochement. Grâce à cet agencement, l'eau tombant en pluie des disperseurs Il se refroidit moins, et ne risque pas de geler sur la périphérie. Dans le mode de réalisation des Fig.5 et 6, le dispositif de ruissellement 19 est. placé à l'int.é- rieur de la base de la cheminée 1. Son réseau de distribution d'eau supérieur 21 et son bassin inférieur 22 de collecte peuvent s'étendre annulairement comme représenté (Fig.6), ou occuper tolite la base de la cheminée 1. Le système de ruissellement comprend des conduites de distribution et dispersion 8.4, 8.5,... constituant l'ensemble supérieur 21, et disposées par exemple dans des secteurs circulaires de 90 degrés symétriquement par rapport à un rayon médian XX de ce secteur. Les canalisations 8.4, 8.5,... sont complétées par des conduites de dérivation telles que 8.6 équipées, ainsi. que les conduites 8.4, 8.5,... de disperseurs d'eau 11. Les branches inférieures horizontales des conduites 8.6 s'étendent radialement au voisinage de la périphérie extérieure du volume de ruissellement. Les disperseurs d'eau 11 peuvent être agencés de différentes manières dans la zone annulaire 23 contigu à la périphérie de la base de la cheminée 1, par exemple suivant les dispositions des Fig.2 ou 2B. Dans la variante de la Fig.5A, les surfaces d'échange thermique présentent une interruption suivant un décrochement radial horizontal 17a comparahle au décrochement 17, au niveau duquel sont placés les disperseurs d'eau 11 des conduites 8.6 de dérivation, de manière similaire à l'agencement de la Fig.4 et avec le meme avantage. Les conduites de dérivation antigel 8, 8.1; 14, 8.2, 8.6 peuvent être, en variante, alimentées par au moins une canalisation indépendante des réseaux de distribution supérieurs formés par les ensembles 4, 5 et 21, 11. REVENDICATIONS 1. Procédé pour refroidir un liquide dans un réfrigérant atmosphérique (2) comportant un réseau de distribution supérieur (21, 11; 4, 5) destiné à recevoir du liquide chaud à refroidir, et un bassin inférieur (7; 22) placé au-dessous pour collecter le liquide refroidi, caractérisé en ce qu'on distribue du liquide chaud en dispersion dans une zone s'étendant de part et d'autre de la mi-hauteur (H/2) entre le réseau supérieur de distribution et le bassin collecteur à l'intérieur du volume de ruissellement (10) du liquide entre ces derniers et au voisinage de la périphérie extérieure dudit volume. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le réseau de distribution comprend un bassin (4) pourvu d'un fond perforé (5) à partir duquel le liquide chaud peut s'écouler en dispersion, carac térisé en ce qu'on dérive une partie du liquide chaud à partir du fond (5) dans une zone s'détendant de part et d'autre de la mi -hauteur (H/2) entre les deux bassins et à l'intérieur du volume (10) de ruissellement du liquide entre ces-derniers et au voisinage de la périphérie extérieure dudit volume. 3. Réfrigérant. atmosphérique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant un réseau supérieur (21, 71; 4, 5) de distribution d'un liquide chaud à refroidir et un bassin inférieur (7; 22) placé au-desous pour collecter le liquide refroidi, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (8, 8.1, 11 ; 8.2, 8.3 ; 8.6) de distribution du liquide chaud en dispersion dans une zone s'étendant de part et d'autre de la mi-hauteur (H/2) entre le réseau supérieur de distribution et le bassin collecteur, à l'intérieur du volume de ruissellement (10) du liquide entre ces derniers et au voisinage de la périphérie extérieure dudit volume. 4. Réfrigérant selon la revendication 2, dans lequel le réseau supérieur de distribution comprend un bassin (4) pouvant être alimenté en liquide chaud et dont le fond (5) est perforé pour permettre l'écoulement. du liquide chaud, par dispersion et ruissellement dans un volume (10) délimité par les deux bassins supérieur (4) et inférieur (7), ce volume étant traversé par un courant radial d'air atmosphérique sensiblement horizontal (F), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (8, 8a,...) pour dériver une partie du liquide chaud à partir du fond perforé (5) du bassin supérieur (4) dans une zone intérieure au volume (10) de ruissellement du liquide, voisine de sa périphérie extérieure, et qui s 'étend de part et d'autre de la mi-hauteur (H/2) entre les deux bassins, lesdits moyens étant adaptés pour disperser en pluie le liquide chaud à partir de cette zone. 5. Réfrigérant selon la revendication 4, dans lequel les bassins supérieur (4) et inférieur (7) sont annulaires et. disposés autour de la base d'une cheminée (1) de tirage d'air atmosphérique, caracterisé en ce que les moyens de dérivation du liquide chaud comprennent au moins une conduite (8, 8a,...) débouchant d'une part dans une perforation du fond (5) du bassin supérieur (4), au voisinage de la périphérie intérieure du bassin supérieur, et d'autre part à son extrémité opposée, à l'intérieur du volume de dispersion (10) du liquide et au voisinage de sa périphérie extérieure. 6. Réfrigérant selon la revendication 5, caractérisé en ce que plusieurs conduites de dérivation munies chacune de disperseurs de liquide (11) à leur extrémité inférieure (8h, 8c, Ad) sont réparties annulairement sous le bassin supérieur (4). 7. Réfrigérant selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la conduite de -dérivation (14) comporte un tronçon (14a) raccordé au fond (5) du bassin supérieur (4) et deux branches sensiblement horizontales (14b, 14c) s'étendant radialement de part et d'autre de la mi-hauteur (H/2) entre les deux bassins (4, 7) à des hauteurs déterminées, à partir desquelles peut s'effectuer la dispersion du liquide en pluie, et une vanne (15) est interposée entre les deux branches r cette vanne étant ouverte pour alimenter en liquide la branche inférieure (14c) lorsque I.a température atmosphérique descend audessous d'une valeur prédéterminée. 8. Réfrigérant selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les extrémités inférieures (8c, 8d) des conduites de dérivation sont équipées de disperseurs d'eau (11) décalés radialement (Fig.2A) ou portés par des secteurs circulaires (12, 13) décalés radialement (Fig.2B), ces disperseurs étant positionnés au voisinage de la périphérie extérieure du bassin supérieur. 9. Réfrigérant selon la revendication 3, dans lequel le réseau de distribution et de dispersion d'eau (21, 11) supérieur et le bassin inférieur (22) s'étendent à l'intérieur de la base d'une cheminée (1) de tirage d'air atmosphérique, caractérisé en ce que les moyens de dérivation du liquide chaud comprennent des conduites (8.6) déhouchant d'une part dans le réseau de distribution et de dispersion d'eau supérieur (21), et d'autre part dans une zone (23) voisine de la périphérique extérieure du volume de ruissellement. 10. Réfrigérant selon la revendication 9, caractérisé en ce que les extrémités inférieures des conduites de dérivation (8.6) sont munies de disperseurs (11) d'eau échelonnés radialement. 11. Réfrigérant selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de distribution du liquide chaud de part et d'autre de la mi-hauteur (H/2) comprennent des conduites de dérivations alimentées par au moins une canalisation indépendante des réseaux de distribution supérieurs (4, 5; 21, 11).