Brevet FR2893709A1 — publié le 20070525

Dispositif d'alimentation en fluide d'une tour de refroidissement, et tour de refroidissement et procédé associés. La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'alimentation en fluide d'une tour de refroidissement. De telles tours de refroidissement sont également connues sous l'appellation réfrigérant atmosphérique . Une tour de refroidissement permet d'évacuer efficacement et économiquement vers un milieu extérieur, une chaleur générée par des procédés industriels ou des installations de climatisation. Une tour de refroidissement est généralement utilisée pour pulvériser dans un flux d'air le fluide de refroidissement de ces installations. Généralement, le fluide utilisé est l'eau. Le fluide pulvérisé est projeté sur des surfaces d'échange thermique d'un corps d'échange situé à l'intérieur de la tour de refroidissement. L'air traverse le corps d'échange pour évacuer les calories du fluide, et est rejeté dans l'atmosphère. Le fluide ainsi refroidi est collecté dans un bassin et retourne vers l'installation mettant en oeuvre le procédé industriel. Dans ces conditions dans lesquelles le fluide de refroidissement est directement refroidi par la tour, on parle alors de tour de refroidissement à circuit ouvert . Pour plus de détails sur le fonctionnement d'une telle tour de refroidissement à circuit ouvert, on pourra par exemple se référer au document EP-A-O 811 819 de la demanderesse. On connaît également des conceptions de tours dites à circuit fermé , dans lesquelles on associe à la tour de refroidissement un échangeur de chaleur. L'échangeur de chaleur est traversé par un circuit primaire dans lequel circule le fluide de refroidissement à refroidir, et par un circuit secondaire fermé dans lequel circule un fluide caloporteur et qui est raccordé à la tour de refroidissement. L'échangeur de chaleur permet ainsi d'évacuer les calories du fluide du circuit primaire par échange thermique avec le fluide du circuit secondaire refroidi par la tour de refroidissement. Lors du fonctionnement d'une tour de refroidissement à circuit ouvert ou à circuit fermé, il peut être nécessaire de prévoir une purge de déconcentration en sortie de la tour afin de diminuer la salinité du liquide refroidi. En effet, lorsque le liquide pulvérisé est collecté au niveau du bassin, sa minéralisation augmente à cause de son évaporation partielle. Ainsi, il devient nécessaire de réaliser un appoint et une purge de liquide pour compenser l'évaporation et pour éviter l'augmentation de la salinité. Par ailleurs, il est également nécessaire de protéger les éléments destinés à être traversés par le fluide issu de la tour de refroidissement. En effet, à la sortie de la tour, des particules sont généralement véhiculées par le fluide, ce qui peut provoquer un dysfonctionnement des éléments situés en aval de la tour, en considérant le sens de circulation du fluide. A cet effet, on prévoit généralement pour une tour de refroidissement à circuit fermé, un filtre monté en amont de l'échangeur de chaleur, de manière à réaliser un filtrage des particules véhiculées par le fluide. Toutefois, les filtres traditionnellement utilisés sont généralement des filtres du type à tamis et ne permettent pas d'obtenir une filtration satisfaisante des particules contenues dans le fluide. En outre, l'agglomération des particules sur la surface active du tamis provoque une augmentation de la perte de charges du circuit, et donc une baisse du débit d'eau, ce qui modifie le régime thermique induisant une perte d'efficacité de la tour jusqu'au prochain entretien 3 du filtre. Ainsi, il est nécessaire de prévoir des opérations de nettoyage du filtre relativement fréquentes. La présente invention vise donc à remédier à ces inconvénients. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'alimentation en fluide pour tour de refroidissement et pourvu d'un circuit de fluide caloporteur, et d'un moyen de filtrage des particules contenues dans le fluide caloporteur. Le moyen de filtrage est à action centrifuge et comprend une conduite de purge apte à assurer une évacuation des particules filtrées. Avec un dispositif d'alimentation comprenant un tel filtre, il devient dès lors possible d'obtenir un excellent degré de filtrage des particules contenues dans le fluide caloporteur. En effet, l'utilisation d'un moyen de filtrage à action centrifuge permet d'obtenir une filtration de particules présentant une taille d'environ 60 microns, alors que les filtres généralement utilisés, de conception complexe, ne permettent pas le traitement des particules ayant une taille inférieure à 200 microns. Dans un mode de réalisation préféré, la conduite de purge est apte à assurer une évacuation des particules lors d'une purge de déconcentration du circuit de fluide caloporteur. Le montage d'une conduite de purge apte à permettre une purge de déconcentration directement sur le moyen de filtrage permet d'éviter de réaliser un piquage au niveau du circuit de fluide caloporteur pour réaliser une telle purge, ce qui diminue les coûts d'installation du dispositif et les pertes de charge générées au niveau du circuit de fluide. La fiabilité de fonctionnement du circuit et de la tour est ainsi augmentée. En d'autre termes, la disposition d'une conduite de purge raccordée sur le moyen de filtrage assurant une évacuation des 4 particules filtrées lors d'une purge de déconcentration du circuit de fluide caloporteur permet d'obtenir l'élimination de ces particules filtrées de manière particulièrement efficace et économique. Il n'est donc pas nécessaire d'effectuer des opérations d'entretien au niveau du filtre pour l'élimination des particules évitant ainsi l'arrêt de la tour, ou encore l'existence d'une double filtration pour effectuer ces opérations d'entretien sans arrêter la tour. Ainsi, lorsqu'une purge de déconcentration est commandée, le fluide caloporteur qui est vidangé du circuit permet une évacuation automatique des particules filtrées. Avantageusement, la conduite de purge comprend une vanne de fermeture, ladite conduite constituant un moyen de stockage des particules filtrées lorsque la vanne de fermeture est dans une position fermée. Préférentiellement, le moyen de filtrage comprend un tube externe, un tube interne monté en partie à l'intérieur dudit tube externe, et une conduite d'amenée tangentielle du fluide caloporteur débouchant au niveau du tube externe. Dans un mode de réalisation préféré, la conduite de purge débouche au niveau du tube externe à proximité d'une paroi de fond dudit tube. Avantageusement, l'axe longitudinal du tube est incliné par rapport à un axe horizontal. Une telle disposition permet d'obtenir une vidange du filtre par gravité lors d'un arrêt de la tour. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend, en outre, un échangeur de chaleur traversé par le fluide caloporteur et par un fluide à refroidir, le moyen de filtrage étant monté en amont de l'échangeur de chaleur. Le dispositif peut également comprendre une pompe montée immédiatement en amont du moyen de filtrage. Le dispositif peut comprendre un redresseur de flux monté à l'intérieur du moyen de filtrage. L'invention concerne également une tour de refroidissement comprenant un dispositif d'alimentation en fluide tel que défini 5 précédemment. L'invention concerne enfin un procédé de filtrage de particules d'un circuit de fluide caloporteur pour tour de refroidissement, dans lequel on filtre mécaniquement les particules par action centrifuge du fluide caloporteur, et on élimine les particules filtrées par une purge. Dans un mode de réalisation préféré, la purge est une purge de déconcentration du circuit de fluide caloporteur. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation décrit à titre d'exemple nullement limitatif, et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : -la figure 1 montre schématiquement une tour de refroidissement selon l'invention ; et -la figure 2 est une vue de détail d'un moyen de filtrage de la tour de refroidissement de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté l'architecture générale d'une tour de refroidissement selon l'invention, référencée 1 dans son ensemble. Dans l'exemple de réalisation envisagé, la tour 1 de refroidissement est une tour à circuit fermé. Elle est destinée à permettre le refroidissement d'un fluide F issu d'une installation industrielle ou de climatisation par l'intermédiaire d'un échangeur thermique 11. A cet effet, l'échangeur thermique Il est également traversé par un circuit de fluide caloporteur d'un dispositif d'alimentation en fluide pour la tour 1 qui est destiné à être refroidi à l'intérieur de la tour. 6 La tour 1 comprend une enveloppe 2 à parois latérales verticales à l'intérieur de laquelle est monté, sensiblement à mi-hauteur, un corps d'échange 3 thermique. Le corps d'échange 3 est par exemple du type à film , et peut se présenter sous la forme d'éléments en matière synthétique thermoformée dit packing . Le corps d'échange 3 thermique est ici directement fixé aux parois latérales de l'enveloppe 2. Il est également envisageable de prévoir des éléments de support fixés contre les parois latérales de l'enveloppe 2 et sur lesquels est monté le corps d'échange 3. La tour 1 comprend également des séparateurs de gouttes 4 montés à l'extrémité supérieure de l'enveloppe 2, et un système de distribution du fluide caloporteur, par exemple de l'eau. Le système de distribution de fluide se présente ici sous la forme d'un tube 5 de distribution pourvu de disperseurs 5a. Le tube 5 de distribution est monté entre le corps d'échange 3 et les séparateurs de gouttes 4 de manière à pulvériser le fluide sur le corps d'échange 3 thermique. La tour 1 comprend, en outre, un groupe moto-ventilateur 6 fixé latéralement à l'extérieur de l'enveloppe 2 et permettant de générer un flux d'air globalement ascendant, illustré schématiquement par les flèches référencées 7a et 7b de sorte que le flux d'air traverse successivement le corps d'échange 3 thermique et les séparateurs de gouttes 4. Ce flux d'air permet le refroidissement du fluide pulvérisé par les disperseurs 5a. La tour 1 comprend également un bassin 8, dans lequel est récupéré le fluide projeté par le tube de distribution 5 et ruisselant sous forme de film ou de gouttes sur le corps d'échange 3 thermique, et une conduite 9a traverse l'une des parois de l'enveloppe 2, du côté 7 opposé au groupe moto-ventilateur 6, qui s'étend à l'extérieur de la tour 1. Sur la conduite 9a, est montée une pompe de circulation 10 pour permettre une circulation du fluide récupéré en direction du tube 5 de distribution, via une conduite 9b en communication fluidique avec la conduite 9a. La conduite 9b est située à l'extérieur de la tour 1. Elle traverse l'échangeur de chaleur 11 situé en aval de la pompe 10, en considérant le sens de circulation du fluide à l'intérieur des conduites 9a et 9b. Le fluide recueilli à l'intérieur du bassin 8 est ainsi véhiculé vers l'échangeur de chaleur Il, puis retourne au niveau du tube 5 de distribution. Les conduites 9a et 9b forment le circuit de fluide permettant l'alimentation en fluide caloporteur de la tour 1 de refroidissement. L'échangeur 11 de chaleur est également alimenté par une conduite 12 à l'intérieur de laquelle est véhiculé le fluide F utilisé pour le refroidissement de procédés industriels ou d'installations de climatisation. Au niveau de l'échangeur de chaleur 11, un échange thermique s'effectue entre le fluide refroidi à l'intérieur de la tour 1 de refroidissement et le fluide circulant dans la conduite 12. Après avoir traversé l'échangeur de chaleur 11, les calories transférées dans l'échangeur 11 thermique entre le fluide F et le liquide caloporteur provoque un abaissement consécutif de la température du fluide F. Le fluide F présente ainsi une température réduite et est dirigé à nouveau en direction de procédés industriels ou des installations de climatisation à refroidir. De manière à permettre une filtration de particules contenues dans le fluide véhiculé par la conduite 9a en sortie du bassin 8, la tour 1 comprend également un moyen de filtrage 13. Le moyen de filtrage 8 13 est monté ici en aval de la pompe de circulation 10 et en amont de l'échangeur de chaleur 11, en considérant le sens de circulation du fluide à l'intérieur des conduites 9a et 9b. Le moyen de filtrage 13 permet notamment de protéger l'échangeur de chaleur 11 des particules pouvant être contenues dans le fluide. Comme illustré plus visiblement sur la figure 2, le moyen de filtrage 13 est pourvu d'un tube externe 14, d'axe 15, et d'un tube interne 16 monté à l'intérieur du tube externe 14. Le tube externe 14 est délimité axialement de part et d'autre, par une paroi 14a de fond et une paroi 14b opposée. Les parois 14a et 14b sont ici radiales. Le tube interne 16 est monté, par exemple par emmanchement, au niveau de la paroi 14b. Le tube interne 16 est monté en partie à l'intérieur du tube externe 14, et est sensiblement coaxial avec ledit tube 14. Le tube interne 16 s'étend sensiblement jusqu'au milieu du tube externe 14, une portion du tube étant en saillie axiale vers l'extérieur par rapport à la paroi 14b pour permettre le raccordement de la conduite 9b sur le moyen de filtrage 13. Au niveau de la paroi cylindrique latérale du tube externe 14, est raccordée une portion de la conduite 9a. Cette portion s'étend sensiblement tangentiellement par rapport à la paroi cylindrique du tube 14 et est disposée de manière à déboucher à proximité de la paroi 14b. Ladite portion est située axialement au niveau du tube interne 16. Le moyen de filtrage 13 comprend également, à proximité de la paroi 14a de fond, une conduite de purge 17 débouchant au niveau de la paroi cylindrique latérale du tube externe 14. La conduite 17 s'étend radialement, et est monté ici du côté de la portion 9a de la conduite. Sur la conduite de purge 17 est disposée une vanne 18 de fermeture, qui peut être par exemple commandée manuellement, ou encore par une unité de commande. L'unité de commande peut par exemple 9 comprendre des moyens de mémorisation pour le stockage d'un programme de purge, et des modules matériels de commande de la vanne et un microprocesseur dûment programmé pour piloter les modules de commande afin de mettre en oeuvre le programme de purge. Le moyen de filtrage 13 est ici orienté de manière que l'axe 15 du tube externe 14 soit légèrement incliné vers le haut par rapport à un axe horizontal 19. Cette inclinaison peut par exemple être comprise entre 10 et 20 . Bien entendu, il est également envisageable de prévoir une inclinaison plus ou moins importante. En variante, il est également possible de disposer le moyen de filtrage 13 sensiblement horizontalement. Toutefois, l'inclinaison du moyen de filtrage 13 permet notamment d'obtenir sa vidange par gravité lors d'un arrêt de la tour 1. En fonctionnement, le liquide issu du bassin 8 (figure 1) est véhiculé jusqu'au moyen de filtrage 13 par la conduite 9a. A l'entrée du moyen de filtrage 13, il est mis en rotation autour de l'axe 15 entre la paroi interne du tube 14 externe et la paroi externe du tube interne 16, du fait de leur courbure et de la disposition tangentielle de la portion de la conduite 9a, en considérant le tube 14. L'accélération centrifuge du fluide ainsi créée tend à plaquer les particules qui présentent une densité plus importante que le fluide contre la paroi interne du tube externe 14 et à les séparer ainsi dudit fluide. De par la poussée du fluide contre la paroi 14b, le fluide et les particules se déplacent axialement en direction de la paroi de fond 14a. Les particules plaquées contre la paroi interne du tube externe 14 se déplacent sous l'effet de la force centrifuge créée par le mouvement du fluide à l'intérieur de la conduite 17 de purge qui les emmagasine, la vanne 18 étant en position fermée. Dans ces conditions, la conduite 17 forme un moyen de stockage des particules filtrées. 10 Le fluide ainsi épuré de particules se dirige ensuite axialement en direction du tube interne 16 par le centre du tube externe 14, la partie périphérique dudit tube étant occupée du fluide se dirigeant vers la paroi de fond 14a. A la sortie du moyen de filtrage 13, le liquide peut présenter un mouvement hélicoïdal à l'intérieur de la conduite 9b. Avantageusement, on peut prévoir un redresseur de flux en forme de croix à l'intérieur du tube 16 du moyen de filtrage 13, présentant par exemple une longueur légèrement supérieure au diamètre de la conduite. Bien entendu, il est également envisageable de prévoir d'autres types de redresseurs de flux par exemple des aubes. L'utilisation de la force centrifuge pour le filtrage des particules contenues dans le liquide permet d'obtenir un excellent degré de filtration. On peut par exemple filtrer des particules d'une taille de 60 microns. Par ailleurs, pendant le fonctionnement de la tour 1, et lors de la récupération du liquide refroidi dans le bassin, la minéralisation dudit fluide augmente à cause de l'évaporation du fluide. Ainsi, il est nécessaire de prévoir un apport d'eau avec une purge de déconcentration afin de réduire le taux de salinité du circuit de fluide associé à la tour de refroidissement 1. A cet effet, on commande l'ouverture de la vanne 18. Une telle ouverture permet également d'évacuer les particules emmagasinées à l'intérieur de la conduite de purge 17. Ainsi, le moyen de filtrage 13 est nettoyé automatiquement lorsqu'une purge de déconcentration est commandée. Il n'est donc pas nécessaire de prévoir des produits d'entretien ou une maintenance pour éliminer les particules filtrées à l'intérieur du moyen de filtrage 13. 11 Bien qu'un type de tour à circuit fermé ait été représenté, on conçoit aisément que le moyen de filtrage 13 puisse également être utilisé pour d'autres types de tours de refroidissement à circuit fermé, par exemple à faisceau tubulaire, ou encore pour des tours de refroidissement à circuit ouvert, avec ou sans corps d'échange thermique. En variante, il pourrait également être envisageable de prévoir sur la conduite 9a ou sur la conduite 9b, une conduite de purge spécialement dédiée à la réalisation de la purge de déconcentration du circuit de fluide, la conduite 17 étant, dans ces conditions, utilisée principalement pour l'évacuation des particules filtrées par le moyen de filtrage 13, lorsque la vanne 18 est ouverte. Toutefois, ce mode de réalisation nécessite de prévoir un piquage supplémentaire au niveau du circuit de fluide caloporteur. Le dispositif d'alimentation en fluide pour tour de refroidissement selon l'invention permet de réaliser le filtrage des particules contenues dans le fluide de manière particulièrement efficace et économique, le stockage des particules filtrées et leur élimination automatique étant réalisés avec un unique élément.20 REVENDICATIONS 1-Dispositif d'alimentation en fluide pour tour (1) de refroidissement, pourvu d'un circuit de fluide caloporteur et d'un moyen de filtrage (13) des particules contenues dans le fluide caloporteur, caractérisé en ce que le moyen de filtrage (13) est à action centrifuge et comprend une conduite de purge (17) apte à assurer une évacuation des particules filtrées. 2- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la conduite de purge (17) est apte à assurer une évacuation des particules filtrées lors d'une purge de déconcentration du circuit de fluide caloporteur. 3-Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la conduite de purge (17) comprend une vanne de fermeture (18), ladite conduite constituant un moyen de stockage des particules filtrées lorsque la vanne de fermeture (18) est en position fermée. 4-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen de filtrage (13) comprend un tube externe (14), un tube interne (16) monté en partie à l'intérieur dudit tube externe, et une conduite d'amenée (9a) tangentielle du fluide caloporteur débouchant au niveau du tube externe. 5-Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la conduite de purge (17) débouche au niveau du tube externe à proximité d'une paroi de fond (14a) dudit tube. 6-Dispositif selon la revendication 4 ou 5, dans lequel l'axe longitudinal du tube externe (14) est incliné par rapport à un axe horizontal. 7-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant, en outre, un échangeur de chaleur (11) traversé par le fluide caloporteur et par un fluide à refroidir, le moyen de filtrage (13) étant monté en amont de l'échangeur de chaleur. 8-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une pompe (10) montée immédiatement en amont du moyen de filtrage (13). 9-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un redresseur de flux monté à l'intérieur du moyen de filtrage (13). 10-Tour de refroidissement, comprenant un dispositif d'alimentation en fluide selon l'une quelconque des revendications précédentes. 11-Procédé de filtrage de particules d'un circuit de fluide caloporteur pour tour de refroidissement, dans lequel on filtre mécaniquement les particules par action centrifuge du fluide caloporteur, et on élimine les particules filtrées par une purge. 12-Procédé selon la revendication 11, dans lequel la purge est une purge de déconcentration du circuit de fluide caloporteur.