Brevet FR2713323A1 — publié le 19950609

La présente invention est relative 9 des améliorations apportées aux aéro-réfrigérants atmosphériques et plus particulièrement aux dispositifs de refroidissement ou tour de refroidissement utilisant des rampes d'aspersion d'eau sur un échangeur (en général aileté) dans lequel circule un fluide à refroidir, laquelle aspersion d'eau provoque un ruissellement d'eau sur la surface externe dudit échangeur, lequel ruissellement s'opère å contre courant ou parallèlement au courant (a co-courant) d'air de refroidissement. Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication d'échangeurs thermiques. L'objectif général de la présente invention est d'améliorer la compacité de tels dispositifs de refroidissement en permettant de réduire leur hauteur tout en améliorant leur efficacité de fonctionnement et en réduisant leur coût de construction, d'installation et d'entretien. En effet, les dispositifs de refroidissement de ce type sont fréquemment installés dans le cadre d'installation de climatisation ou de refroidissement de bâtiment, sur des terrasse d'immeubles de bureau, d'habitation ou d'immeuble industriel, et leur hauteur doit être limitée ; de plus un fonctionnement silencieux de ces dispositifs est le plus souvent exigé. On connaît déjà par le brevet US 2 752 124 (NOFZIGER) une tour de refroidissement comportant un caisson renfermant un échangeur à tube et comportant une canalisation d'aspersion de l'échangeur par de l'eau qui est récupérée dans un bac situé en partie inférieure du caisson, et comportant un ventilateur de circulation d'air ; le dispositif décrit dans ce document comporte une cloison dont le bord inférieur plonge dans l'eau récupérée dans ledit bac dudit dispositif et lequel bac est équipée d'une canalisation de trop plein et d'une canalisation de vidange fixée sur le fond dudit bac. Le dispositif décrit dans ce document prévoit une vanne hydraulique grâce à ladite cloison entre les parties internes et externes du bac de récupération d'eau ; cependant le dispositif décrit dans ce~document comportant une ventilation à "co-courant" avec l'eau pulvérisée présente des inconvénients : la disposition des composants de ce dispositif entraîne une hauteur importante de la tour de refroidissement et une relativement faible efficacité thermodynamique. On connaît également par la demande de brevet FR92/08557 déposée le 03/07/92 au nom de la demanderesse, des améliorations aux tours de refroidissement à ruissellement dans lesquelles une vanne hydraulique provoquant une grande différence de hauteur entre les deux parties d'un bac, séparées par une cloison plongeant dans l'eau du bac, améliore les performances de ces dispositifs, avec une ventilation à contre courant par rapport à l'eau pulvérisée aspergeant la surface extérieure de l'échangeur dans lequel circule le fluide à refroidir. Du fait que dans la partie inférieure de ces dispositifs, une ou plusieurs sorties d'eau sont prévues dans le bac de collecte d'eau d'aspersion, comme représentée aux figures 3a et 3b de la présente demande, les conduites de sorties disposées latéralement (repère 3 figure 3a) ou constituées par un coude fixé dans le fond du bac (repére 4 figure 3b) présentent des inconvénients : ces dispositions entraînent une importante hauteur de garde (repère hl figures 3a et 3b) nécessaire afin d'éviter une aspiration d'air par un phénomène de tourbillon ou de vortex apparaissant dans l'eau située dans le bac, lequel phénomène de tourbillon est due à une grande vitesse d'eau de sortie du bac, et lequel phénomène est accentué lors de la présence de remous dans l'eau du bac ; ce phénomène d'aspiration d'air peut provoquer un mauvais fonctionnement des pompes de recyclage de l'eau, ainsi que des effets sonores et vibratoires dans les tuyauteries et dans les dispositifs refroidis par l'eau recyclée et peut être par ailleurs la cause de corrosion dans l'installation ; l'importante hauteur de garde nécessaire participe par ailleurs à une importante hauteur d'eau dans le bac ce qui augmente la hauteur et le poids de ces dispositifs de refroidissement. Par ailleurs ces dispositions des tuyauteries de sortie compliquent la réalisation d'une crépine de filtration d'eau (permettant la retenue d'impuretés) généralement située au fond du bac, et par ailleurs rend l'installation d'un tel dispositif dépendante de l'orientation de la tuyauterie de sortie d'eau pour recyclage (repère 11 figure 4), de la tuyauterie d'évacuation de "trop plein"repère 12 figure 4) ainsi que de la canalisation de vidange (repère 13 figure 4) ; on obtient ainsi habituellement un ensemble de tuyauterie complexe qui complique l'installation et l'entretien d'une tour et en augmente le coût. Le problème posé est donc de remédier aux différents inconvénients rappelés ci-dessus des dispositifs de refroidissement connus. La solution au problème posé consiste 9 procurer un dispositif de refroidissement d'un fluide circulant dans un échangeur aileté refroidi par une circulation d'air provoquée par un ventilateur entraîné par un moteur, lequel dispositif comporte une rampe d'aspersion dudit échangeur par de l'eau, lequel dispositif comporte au moins un bac de récupération de l'eau d'aspersion, lequel dispositif comporte un compartiment de sortie de section importante, lequel compartiment de sortie communique avec ledit bac par une ouverture de section importante, prévue dans la paroi de fond dudit bac, lequel compartiment de sortie est équipé en partie inférieure d'au moins une canalisation de sortie sensiblement horizontale, de section très inférieure à ladite section dudit compartiment de sortie. L'invention consiste en d'autres termes à procurer un dispositif de refroidissement tel qu'une tour de refroidissement ou un aéroréfrigérant atmosphérique, destiné à refroidir un fluide circulant dans échangeur aileté refroidi par une circulation d'air provoquée par un ventilateur entraîné par un moteur , lequel dispositif comporte une rampe d'aspersion dudit échangeur par de l'eau, lequel dispositif comporte au moins un bac, de préférence en deux parties, communicantes et partiellement séparées par une cloison, lequel bac permet la récupération de l'eau d'aspersion, lequel dispositif comporte un compartiment de sortie, par exemple de section cylindrique circulaire d'axe vertical, permettant l'évacuation de l'eau d'aspersion récupérée dans ledit bac, lequel compartiment de sortie a une section importante, mesurée sensiblement selon un plan perpendiculaire à un axe vertical, lequel compartiment de sortie communique avec ledit bac par une ouverture de section importante, sensiblement identique 9 ladite section dudit compartiment de sortie, laquelle ouverture est prévue dans la paroi 6 de fond, sensiblement horizontale, dudit bac, lequel compartiment de sortie est équipée en partie inférieure d'au moins une canalisation de sortie ou un piquage, sensiblement horizontal, de section très inférieure à ladite section dudit compartiment de sortie, lequel compartiment de sortie est de préférence équipé d'une canalisation de sortie d'eau pour son évacuation et son recyclage et d'une canalisation de vidange sensiblement. Avantageusement le rapport de ladite section dudit compartiment de sortie à ladite section de la canalisation d'évacuation et de recyclage et au moins égal à 1,5, de préférence supérieur à 2 et inférieur à 10. Avantageusement ledit compartiment de sortie est muni dans sa partie supérieure d'une bride, par exemple circulaire, laquelle bride est fixée sur la face inférieure dudit fond dudit bac, de sorte que ledit compartiment de sortie est aisément démontable et peut être orienté par rapport au dispositif de refroidissement. Avantageusement ledit dispositif comporte en outre un dispositif de guidage tel qu'une grille, situé en partie supérieure dudit compartiment de partie. Avantageusement ledit dispositif comporte en outre une crépine sensiblement plane et disposée en partie supérieure dudit compartiment de sortie, de préférence disposée au dessus ou sur une grille de guidage. Avantageusement ledit dispositif comporte une canalisation d'évacuation d'eau destinée à éviter le débordement dudit bac dudit dispositif ou canalisation de "trop plein", laquelle canalisation est mécaniquement reliée audit compartiment de sortie, laquelle canalisation comporte une partie supérieure s'étendant de préférence sensiblement verticalement selon un axe parallèle à l'axe de symétrie dudit compartiment, par exemple au voisinage dudit axe de symétrie vertical et de révolution. Avantageusement ledit dispositif comporte une grille de guidage de l'eau qui comporte des lames sensiblement radiales, c'est-à-dire s 'étendant dans des plans perpendiculaires à l'axe de symétrie vertical dudit compartiment de sortie sensiblement cylindrique. Avantageusement ledit dispositif une grille de guidage comportant des lames situées dans des plans sensiblement verticaux et perpendiculaires entre eux. Avantageusement ledit compartiment de sortie est de section cylindrique circulaire et comporte ladite canalisation de sortie et de recyclage d'eau et ladite canalisation de vidange disposées sensiblement radialement. Avantageusement ledit compartiment de sortie est lié mécaniquement à une canalisation d'évacuation dudit bac par "trop plein", laquelle canalisation est raccordée à ladite canalisation de vidange par l'intermédiaire d'une vanne de vidange. Les nombreux avantages procurés par l'invention, seront mieux compris au travers de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés, qui illustrent sans aucun caractère limitatif, des modes particuliers de réalisation de l'invention. La figure 1 décrit schématiquement en coupe par un plan vertical un dispositif de refroidissement de type connu dans lequel la circulation d'air se fait à "co-courant" de l'eau d'aspersion, selon les flèches F. La figure 2 représente en coupe par un plan sensiblement vertical un autre type dé tour de refroidissement connu dans laquelle la circulation d'air se fait selon les flèches F à contre courant du sens de circulation de l'eau d'aspersion. Les figures 3a et 3b illustrent schématiquement des solutions connues d'évacuation de l'eau située dans le bac de récupération d'eau d'un dispositif de refroidissement. La figure 4 illustre également un type connu de dispositif de refroidissement et des canalisations de sortie de l'eau récupérée dans le bac. La figure 5 illustre schématiquement un compartiment de sortie prévu à la partie inférieure d'un bac de récupération d'eau d'un dispositif de refroidissement selon l'invention. Les figures 4, 5 représentent des dispositifs de refroidissement par une coupe schématique dans un plan vertical transversal. Les figures 6a et 6b représentent des modes préférentiels de réalisation d'un compartiment de sortie selon l'invention. Les figures 7a et 7b représentent des variantes de réalisation d'un compartiment de sortie selon l'invention. La figure 8 illustre en coupe par un plan vertical transversal un mode particulier de réalisation d'un dispositif de refroidissement selon l'invention. Par référence aux figures 1, 2 et 4 illustrant des modes de réalisation connus de tour de refroidissement à ruissellement, ces dispositifs comportent habituellement un moteur électrique 16 entraînant par l'intermédiaire d'une courroie un ventilateur 15 aspirant l'air extérieur et faisant circuler l'air selon les flèches F (figures 1 et 2) soit dans le même sens que la direction de circulation de l'eau pulvérisée par une rampe 9 de pulvérisation, soit à contre courant comme représenté figure 2. Ces dispositif connus comportent, placé sous ladite rampe d'aspersion 9, un échangeur 10 par exemple un échangeur à tube aileté. le fluide à refroidir circulant à l'intérieur des tubes (non représentés). La partie inférieure du caisson ou de la structure de ces dispositifs constitue un bac 1 de récupération de l'eau provenant de la rampe d'aspersion 9, lequel bac 1 peut être séparé en deux parties la et lb comme illustré aux figures 1, 2 et 4, grâce à la présence d'une cloison 7 séparant partiellement lesdits bacs, ce qui permet l'aménagement d'une vanne hydraulique entre lesdits compartiments dudit bac provoquant une différence de hauteur DH entre le niveau de l'eau dans chacun des deux compartiments du fait de la pression exercée par le ventilateur. Ledit caisson est muni en partie inférieure de pieds 2 permettant au caisson de reposer sur le sol, la hauteur totale H de ces dispositifs étant généralement importante ; en partie inférieure des bacs sont généralement prévus, une canalisation de recyclage 11 (figures 2 et 4), une canalisation de vidange 13 (figures 1, 2 et 4) équipée d'une vanne 17 de vidange, et le cas échéant d'une canalisation 12 de trop plein ou de surverse permettant d'éviter une augmentation excessive du niveau de l'eau dans le bac. Comme illustré figures 3a et 3b, l'évacuation de l'eau dans le bac par une canalisation de recyclage ayant une sortie latérale sensiblement horizontale (repère 3 figure 3a) ou bien par l'intermédiaire d'une canalisation de sortie pour recyclage d'eau (repérée 4 figure 3b) qui est coudée et liée au fond 6 du bac, provoque l'apparition de tourbillons 5 pouvant provoquer l'aspiration d'air dans lesdites canalisation de recyclage d'eau 3, 4 ; pour éviter l'aspiration d'air, on est amené à prévoir une hauteur d'eau H1 dans le bac importante provoquant une hauteur d'eau H2 par rapport au sol également importante du fait de l'encombrement vertical de la canalisation de sortie (figures 3a et 3b). Conformément à l'invention, afin de remédier aux problèmes des dispositifs de l'art antérieur, on prévoit, dans le fond 6 du bac de collecte de l'eau d'aspersion, une ouverture 8 de grande dimension permettant audit bac de communiquer avec un compartiment 14 de sortie de section importante (c'est-à-dire grande devant la section des canalisations de sortie 11 et 13) représenté figure 5 notamment. Par référence aux figures 6a, 6b, 7a, 7b, on voit que selon un mode préférentiel de réalisation d'un compartiment de sortie 14 selon l'invention, ledit compartiment 14 peut être constitué par une enveloppe 14a sensiblement cylindrique, d'axe vertical, par exemple de section circulaire, et de section importante par rapport å la section des canalisations de recyclage 11 et de vidange 13. Ledit compartiment 14 peut comporter en outre une bride 14b par exemple sensiblement circulaire, située en partie supérieure du compartiment et fixée à la partie supérieure de ladite enveloppe 14a laquelle bride 14b permet la fixation dudit compartiment à la paroi 6 formant le fond horizontal du bac 1 des dispositifs de refroidissement. Des dispositifs d'étanchéité non représentés sont bien sur prévus pour la liaison entre ladite bride 14b et le fond 6 dudit bac, la section intérieure de ladite bride et de ladite enveloppe 14a étant par exemple identique à la section de l'ouverture 8 prévue dans ladite paroi 6. Comme représenté aux figures 6a et 7a, un dispositif anti tourbillon ou anti vortex, essentiellement constitué par une grille 19 peut être prévu en partie supérieure dudit compartiment 14, laquelle grille 19 peut être équipée d'une poignée l9a en partie supérieure (figure 7a), permettant la pose et la dépose de ladite grille sans démonter ledit compartiment de sortie 14. Comme représenté figure 7a, ledit compartiment 14 est limité en partie inférieure par un fond 14c qui peut être situé à une distance très proche du sol sur lequel repose le dispositif, ledit compartiment 14 étant équipé desdites canalisations 11, lia, 13, 13a qui sont avantageusement disposées radialement, c'est-à-dire selon des plans perpendiculaire à l'axe vertical de symétrie dudit compartiment 14 et/ou de ladite enveloppe cylindrique 14a. Dans le mode de réalisation représentée figure 6a, une canalisation 12 de trop plein est prévue qui est mécaniquement reliée audit compartiment 14, et qui comporte une partie supérieure 12a ouverte à son extrémité par laquelle peut pénétrer l'eau lorsque le niveau dans la cuve dépasse l'extrémité de ladite canalisation 12a, laquelle canalisation comporte donc une partie supérieure sensiblement rectiligne s'étendant verticalement, passant au travers de ladite grille 19, formant un coude et traversant la paroi dudit compartiment 14 pour venir dans sa partie inférieure 12b rejoindre dans une canalisation 18 d'eau perdue, la sortie d'une vanne 17 prévue sur la canalisation 13 de vidange, le tout formant un ensemble compact susceptible d'être démonté et d'être orienté par rapport au fond 6 de la cuve de ladite tour de refroidissement. Comme représenté aux figures 6b et 7b, ladite grille 19 peut comporter des lames sensiblement verticales 191 et 192 situées dans des plans perpendiculaires entre eux et peut comporter comme représenté figure 7b des lames radiales 193, lesdites lames 191, 192. 193 permettant le guidage de l'eau sortant de ladite cuve de ladite tour, et empêchant ainsi la formation de tourbillons. Dans le mode de réalisation particulier représenté figure 8, ladite tour est installée dans un caisson 23 contenant l'ensemble des composants de ladite tour, lequel caisson 23 comporte une tôle 6 inférieure formant le fond du bac de récupération d'eau de ruissellement équipé d'un dispositif 14 de sortie selon l'invention comportant ladite grille 19 et lesdites sorties 11, 13 et 12 d'eau dans le mode de réalisation présenté sur cette figure, la canalisation 21 d'arrivée d'eau d'aspersion et/ou la canalisation d'arrivée du fluide à refroidir dans l'échangeur, est située du même coté que ledit ventilateur entraîné par ledit moteur 16, l'ensemble étant situé à l'intérieur dudit caisson 23 ; une ouverture 24 est prévue dans une paroi 22 dudit caisson 23, dont la section est telle que la vitesse V1 de l'air pénétrant dans ledit caisson par ladite ouverture 24 est telle que son rapport à la vitesse V2 de l'air sortant de ladite tour soit compris entre 0,8 et 1,2 afin de limiter les bruits d'écoulement et également d'éviter un recyclage possible de l'air par aspiration par le ventilateur d'une partie de l'air sortant par la zone supérieure de la tour de refroidissement. REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement d'un fluide circulant dans un échangeur (10) aileté refroidi par une circulation d'air provoquée par un ventilateur (15) entraîné par un moteur (16), lequel dispositif comporte une rampe (9) d'aspersion dudit échangeur par de l'eau, lequel dispositif comporte au moins un bac (1) de récupération de l'eau d'aspersion, lequel dispositif comporte un compartiment (14) de sortie de section importante, lequel compartiment de sortie communique avec ledit bac par une ouverture (8) de section importante prévue dans la paroi (6) de fond dudit bac, lequel compartiment de sortie est équipé en partie inférieure d'au moins une canalisation de sortie, sensiblement horizontale, de section très inférieure à ladite section dudit compartiment de sortie. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le rapport de ladite section dudit compartiment de sortie à la section de la canalisation (11) d'évacuation et de recyclage et au moins égal à 1,5, de préférence supérieur à 2 et inférieur à 10. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 dans lequel ledit compartiment de sortie est muni dans sa partie supérieure d'une bride (14b), fixée sur la face inférieure dudit fond (6) dudit bac (1). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 comportant en outre un dispositif de guidage (19) tel qu'une grille, situé en partie supérieure dudit compartiment de sortie (14). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 4 comportant en outre une crépine (20) sensiblement plane et disposée en partie supérieure dudit compartiment de sortie. de préférence disposée au dessus d'une grille (19) de guidage. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 comportant une canalisation (12) de "trop plein", mécaniquement reliée audit compartiment de sortie (14). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 comportant une grille (19) de guidage de l'eau qui comporte des lames (193) sensiblement radiales. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 comportant une grille (9) de guidage comportant des lames (191, 192) situées dans des plans verticaux sensiblement perpendiculaires entre eux. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel ledit compartiment de sortie (14) est de section cylindrique circulaire et comporte ladite canalisation (11) de sortie et de recyclage d'eau et ladite canalisation (13) de vidange disposées sensiblement radialement. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 å 9 dans lequel ledit compartiment de sortie est lié mécaniquement à une canalisation (12) d'évacuation dudit bac par "trop plein", laquelle canalisation (12) est raccordée à une canalisation (13) de vidange par l'intermédiaire d'une vanne de vidange (17).