Brevet FR2969268A1 — publié le 20120622

B10-4719FR 1 Tour de refroidissement et procédé de régulation associé. La présente invention concerne le domaine des tours de refroidissement d'un fluide qui sont également connues sous l'appellation « tour aéroréfrigérante ». 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. Il est connu des tours de refroidissement dites « à circuit fermé » comprenant un échangeur de chaleur à plaques traversé par un circuit primaire dans lequel circule le fluide à refroidir et par un circuit secondaire dans lequel circule un fluide caloporteur qui est refroidi à l'intérieur de la tour. Dans ce but, le fluide caloporteur est pulvérisé par un moyen de distribution sur une surface d'échange thermique constituée par un corps d'échange situé à l'intérieur de la tour. Un flux d'air pulsé par un groupe motoventilateur de la tour traverse le corps d'échange pour évaporer une partie du fluide et évacuer les calories de ce fluide caloporteur, puis est rejeté dans l'atmosphère. Le fluide caloporteur ainsi refroidi est collecté dans un bassin avant d'être mis en circulation, par l'intermédiaire d'une pompe, pour être dirigé à nouveau vers l'échangeur de chaleur puis le moyen de distribution. Pour plus de détails sur le fonctionnement d'une telle tour de refroidissement, on pourra par exemple se référer à la demande de brevet FR-Al-2 893 709. Il est également connu des tours de refroidissement dites « à circuit ouvert » dans lesquelles le fluide à refroidir est pulvérisé directement au niveau des surfaces d'échange thermique du corps d'échange qui est traversé par le flux d'air pulsé issu du groupe motoventilateur. Le fluide refroidi est ensuite renvoyé vers l'installation à refroidir. Pour plus de détails sur le fonctionnement d'une telle tour de refroidissement, on pourra par exemple se référer au document EP-A2-0 811 819. Les tours de refroidissement à circuit fermé et à circuit ouvert sont généralement conçues en considérant des conditions climatiques critiques qui sont réunies un nombre de jours réduit au cours d'une année d'exploitation. La consommation électrique annuelle des tours de refroidissement est donc relativement importante. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient. Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir une tour de refroidissement présentant une consommation électrique annuelle réduite et une durée de vie accrue tout en nécessitant des opérations de maintenance limitées. Dans un mode de réalisation, la tour de refroidissement comprend un corps d'échange thermique, un circuit d'alimentation en fluide pourvu d'un moyen de distribution du fluide sur le corps d'échange thermique et d'une pompe de circulation pour l'alimentation dudit moyen de distribution, et un moyen de régulation du débit de la pompe de circulation apte à piloter ladite pompe en fonction de la température extérieure. Avantageusement, la pompe de circulation comprend un moteur d'entraînement électrique et la vitesse de rotation du moteur est pilotée par le moyen de régulation. Dans un mode de réalisation, le moyen de régulation comprend un variateur de fréquence apte à faire varier la fréquence d'alimentation du moteur d'entraînement électrique. De préférence, la tour comprend un échangeur de chaleur traversé par le circuit d'alimentation et par une conduite à l'intérieur de laquelle circule un fluide à refroidir. Le moyen de régulation est apte à maintenir le débit de la pompe de circulation au-dessus d'une valeur minimale prédéterminée permettant de conserver un régime turbulent à l'intérieur dudit échangeur de chaleur. Dans un mode de réalisation, le moyen de régulation maintient le débit de la pompe de circulation au-dessus de 70 % du débit nominal de ladite pompe. Le moyen de régulation peut piloter le débit de la pompe de circulation en fonction de la température sèche extérieure. Alternativement, le débit de la pompe de circulation est piloté en fonction de la température humide extérieure. Avantageusement, la tour comprend un groupe motoventilateur apte à générer un flux d'air en direction du corps d'échange thermique et un moyen de régulation additionnel apte à piloter le débit d'air dudit groupe motoventilateur en fonction de la température d'un fluide à refroidir. Le moyen de régulation peut comprendre un variateur de fréquence apte à faire varier la fréquence d'alimentation d'un moteur d'entraînement électrique du groupe motoventilateur. Dans un mode de réalisation, la tour de refroidissement est pourvue d'une enveloppe, d'un corps d'échange thermique monté à l'intérieur de l'enveloppe, d'un groupe motoventilateur monté sur l'enveloppe et apte à générer un flux d'air en direction du corps d'échange thermique, d'un circuit d'alimentation en fluide comprenant un moyen de distribution du fluide sur le corps d'échange thermique, un bassin de récupération du fluide distribué et une pompe pour permettre une circulation du fluide récupéré vers ledit moyen de distribution, et d'un moyen de régulation du débit de la pompe apte à piloter ladite pompe en fonction de la température extérieure de l'air. L'invention concerne également un procédé de régulation d'une tour de refroidissement du type comprenant un corps d'échange thermique et un circuit d'alimentation en fluide caloporteur pourvu d'un moyen de distribution du fluide caloporteur sur le corps d'échange thermique et d'une pompe de circulation, dans lequel on régule le débit de la pompe de circulation en fonction de la température extérieure. De préférence, on régule le débit d'air d'un groupe motoventilateur apte à générer un flux d'air en direction du corps thermique en fonction de la température d'un fluide à refroidir. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par le dessin annexé montrant schématiquement une tour de refroidissement selon l'invention. Sur la figure unique, on a illustré l'architecture générale d'une tour de refroidissement référencée 10 dans son ensemble et représentée dans une position supposée verticale. Dans l'exemple de réalisation envisagé, la tour 10 de refroidissement est une tour à circuit fermé. La tour 10 est destinée à permettre le refroidissement d'un fluide F issu d'une installation industrielle ou de climatisation avec une consommation électrique limitée. La tour 10 comprend un échangeur de chaleur 12 traversé par le fluide F à refroidir et par un circuit d'alimentation 14 en fluide caloporteur de la tour. Le fluide caloporteur peut par exemple être de l'eau. L'échangeur de chaleur 12 peut être un échangeur à plaques en acier inoxydable. La tour 10 comprend une enveloppe 16 à parois latérales verticales à l'intérieur de laquelle est monté un corps d'échange 18 thermique. Dans l'exemple de réalisation illustré, le corps d'échange 18 est monté sensiblement à mi-hauteur de l'enveloppe 16. Le corps d'échange 18 est par exemple du type «film» et peut se présenter de préférence sous la forme d'éléments en matière synthétique thermoformée dits « packings ». Le corps d'échange 18 thermique est ici directement fixé aux parois latérales de l'enveloppe 16. Alternativement, il est également envisageable de prévoir des éléments de support fixés contre les parois latérales de l'enveloppe 16 et sur lesquels est monté le corps d'échange 18. La tour 10 comprend également des séparateurs de gouttes 20 montés à l'extrémité supérieure de l'enveloppe 16 et formant des surfaces d'échanges à parois sèches permettant de limiter l'entraînement de gouttelettes hors de la tour 10. Le circuit d'alimentation 14 en fluide caloporteur comprend un moyen de distribution du fluide se présentant, dans le mode de réalisation illustré, sous la forme d'un tube 22 pourvu de buses ou disperseurs 24. Le tube 22 de distribution est monté à l'intérieur de l'enveloppe entre le corps d'échange 18 et les séparateurs de gouttes 20 de manière à pulvériser le fluide caloporteur sur le corps d'échange 18 thermique formant des surfaces d'échange refroidissant le fluide pulvérisé qui ruisselle sous forme de film ou de gouttes sur le corps d'échange 18. La tour 10 comprend un groupe motoventilateur 26 fixé latéralement à l'extérieur de l'enveloppe 16 et permettant de générer à l'intérieur de ladite enveloppe un flux d'air globalement ascendant, illustré schématiquement par les flèches référencées 28 et 30, de sorte que le flux d'air traverse successivement le corps d'échange 18 thermique et les séparateurs de gouttes 20. Le corps d'échange 18 est monté en amont des séparateurs de gouttes 20 en considérant le sens de circulation du flux d'air. Le flux d'air issu du groupe motoventilateur 26 permet le refroidissement et l'évaporation partielle du fluide caloporteur pulvérisé par les disperseurs 24. Le groupe motoventilateur 26 est monté sur l'enveloppe 16 verticalement en-dessous du corps d'échange 18. La tour 10 comprend également un bassin 32 dans lequel est récupéré par gravité le fluide caloporteur projeté par le tube 22 de distribution et ruisselant sur le corps d'échange 18 thermique. Le bassin 32 est prévu à l'extrémité inférieure de l'enveloppe 16 et est situé verticalement sous le corps d'échange 18 et le groupe motoventilateur 26. Dans l'exemple de réalisation illustré, le bassin 32 comprend un fond incliné. Alternativement, le bassin peut comprendre un fond plat. Le circuit d'alimentation 14 en fluide caloporteur comprend une conduite 34 de circulation reliée au bassin 32 et traversant l'une des parois de l'enveloppe 16, du côté opposé au groupe motoventilateur 26. La conduite 34 de circulation s'étend à l'extérieur de l'enveloppe 26, traverse l'échangeur de chaleur 12 et se raccorde au tube 22 de distribution. Sur la conduite 34 est montée une pompe 36 de circulation qui est entraînée par un moteur 38 électrique pour permettre une circulation du fluide caloporteur récupéré dans le bassin 32 vers l'échangeur de chaleur 12, puis vers le tube 22 de distribution. La pompe 36 de circulation est située en amont de l'échangeur de chaleur 12 en considérant le sens de circulation du fluide caloporteur à l'intérieur de la conduite 34. L'échangeur de chaleur 12 est également traversé par une conduite 40 à l'intérieur de laquelle est véhiculé le fluide F utilisé pour le refroidissement de l'installation industrielle ou de climatisation. Au niveau de l'échangeur de chaleur 12, un échange thermique s'effectue entre le fluide caloporteur refroidi à l'intérieur de la tour 10 et le fluide circulant dans la conduite 40. Après avoir traversé l'échangeur de chaleur 12, les calories transférées à l'intérieur de l'échangeur entre le fluide F et le liquide caloporteur provoquent un abaissement de la température dudit fluide F. La tour 10 comprend encore un variateur de fréquence 42 apte à piloter la vitesse de rotation du moteur 38 d'entraînement de façon à pouvoir réguler le débit de la pompe 36 de circulation. Pour procéder au pilotage de la pompe 36, le variateur de fréquence 42 est relié à un capteur 44 de température mesurant la température à l'extérieur de la tour 10, par l'intermédiaire d'une connexion 46 illustrée schématiquement en pointillés. Le moteur 38 d'entraînement est relié au variateur de fréquence 42 par l'intermédiaire d'une connexion référencée 48. Le variateur de fréquence 42 comprend, stockés en mémoire, tous les moyens matériels et logistiques permettant de procéder au contrôle de fonctionnement du moteur 38 électrique à partir des mesures de température transmises par le capteur 44. Le variateur de fréquence 42 pilote la fréquence de l'alimentation électrique du moteur 38 de manière à optimiser la consommation électrique de la tour 10 lorsque les conditions de fonctionnement le permettent. Le variateur de fréquence 42 comprend une cartographie mémorisée de valeurs de consigne de la fréquence d'alimentation du moteur 38 en fonction de la température extérieure. Le débit de la pompe 36 de circulation peut être ainsi ajusté par le variateur de fréquence 42 en fonction de la température extérieure détectée par le capteur 44. En fonctionnement, lorsque la température de l'air extérieur détectée par le capteur 44 est inférieure à une température extérieure seuil prédéterminée enregistrée dans la cartographie, le variateur de fréquence 42 modifie la fréquence d'alimentation du moteur 38 de manière à réduire la vitesse de rotation du moteur 38 électrique et, par conséquence, le débit de la pompe 36 à une valeur de débit prédéterminée. A titre indicatif, lorsque la température humide extérieure est supérieure à 15,2°C, le variateur de fréquence 42 pilote le moteur 38 d'entraînement de sorte à ce que le débit de la pompe 36 de circulation corresponde au débit nominal de ladite pompe. Lorsque la température humide extérieure est inférieure à 15,2°C, le variateur de fréquence 42 pilote le moteur 38 d'entraînement de manière à obtenir un débit égal à 80 % du débit nominal de la pompe. La consommation électrique de la pompe 36 est diminuée. La demanderesse a déterminé que le basculement entre les deux valeurs de débit prédéterminées lorsque cette température humide extérieure seuil est atteinte permet d'obtenir un bon compromis entre l'efficacité de refroidissement du fluide F et la puissance électrique consommée. Le basculement entre les valeurs de débit prédéterminées peut se faire par palier ou de façon continue. Lors d'une régulation à partir de la température humide extérieure, le capteur 44 peut par exemple être un thermo-hygromètre. Alternativement, il est également possible de prévoir une régulation en fonction de la température sèche extérieure. Dans ce cas, le capteur 44 peut par exemple être un capteur de température platine PT 1000. La température et les valeurs de débit indiquées précédemment sont données uniquement à titre indicatif. I1 est bien entendu possible de prévoir une ou plusieurs autres valeurs seuils prédéterminées de température extérieure à partir de laquelle ou desquelles le variateur de fréquence 42 pilote le moteur 38 électrique de manière à modifier le débit de la pompe 36 selon une ou plusieurs valeurs de débit prédéterminées. La demanderesse a cependant déterminé qu'il est préférable de maintenir le débit de la pompe 36 au moins égal à 70 % du débit nominal de sorte à ce que la vitesse d'écoulement du fluide caloporteur à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 12 reste suffisamment élevée pour conserver au sein dudit échangeur un régime turbulent et garantir une bonne résistance à l'encrassement. La tour 10 comprend également un variateur de fréquence 50 apte à piloter la vitesse de rotation du moteur d'entraînement électrique (non représenté) du groupe motoventilateur 26 de façon à pouvoir réguler le débit d'air issu dudit groupe et traversant le corps d'échange 18 thermique. Pour procéder au pilotage du groupe motoventilateur 26, le variateur de fréquence 50 est relié à un capteur 52 de température mesurant la température du fluide F en sortie de l'échangeur de chaleur 12. Le capteur 52 de température est relié au variateur de fréquence 50 par l'intermédiaire d'une connexion 54 électrique illustrée schématiquement en pointillés. Le moteur d'entraînement du groupe motoventilateur 26 est piloté par le variateur de fréquence 50 par l'intermédiaire d'une connexion 56 électrique. Le variateur de fréquence 50 comprend, stockés en mémoire, tous les moyens matériels et logistiques permettant de procéder au contrôle de fonctionnement du moteur du groupe motoventilateur 26 à partir des mesures de température transmises par le capteur 52. Le variateur de fréquence 50 pilote la fréquence de l'alimentation électrique du moteur du groupe motoventilateur 26 de façon à optimiser la consommation électrique de la tour 10 lorsque les conditions de fonctionnement le permettent. Le variateur de fréquence 50 comprend une cartographie mémorisée de valeurs de consigne de la fréquence d'alimentation du moteur du groupe motoventilateur 26 en fonction de la température du fluide F. Le débit d'air issu du groupe motoventilateur 26 peut ainsi être contrôlé par le variateur de fréquence 50 en fonction de la température détectée par le capteur 52. En fonctionnement, lorsque la température du fluide F détectée par le capteur 52 est supérieure à la température de refroidissement prédéterminée, le variateur de fréquence 50 modifie la fréquence d'alimentation du groupe motoventilateur 26 de manière à augmenter le débit du flux d'air ascendant traversant le corps d'échange 18. Le refroidissement du fluide caloporteur à l'intérieur de la tour 10 est ainsi accru afin d'augmenter les échanges thermiques s'effectuant au niveau de l'échangeur de chaleur 12. Au contraire, si la température du fluide F détectée par le capteur 52 est inférieure à une température de refroidissement seuil prédéterminée, le variateur de fréquence 50 modifie la fréquence d'alimentation du groupe motoventilateur 26 de sorte à réduire le débit du flux d'air ascendant traversant le corps d'échange 18. La consommation électrique du groupe motoventilateur est diminuée. La régulation du débit d'air du groupe motoventilateur 26 est réalisée par le variateur de fréquence 50 de manière à maintenir sensiblement constante la température du fluide F en sortie de l'échangeur de chaleur 12. La tour 10 comprend un carter 58 extérieur à l'intérieur duquel sont montés l'enveloppe 16, l'échangeur de chaleur 12, le circuit d'alimentation 14, les variateurs de fréquence 42, 50 et le capteur 52 de température. Le corps du groupe motoventilateur 26 et le capteur 44 de température sont montés à l'extérieur du carter 58. Dans l'exemple de réalisation décrit, la régulation de la pompe 36 de circulation en fonction de la température extérieure peut être prévue en combinaison avec un asservissement du groupe motoventilateur 26 à la température du fluide F en sortie de l'échangeur de chaleur. En variante, il est possible de prévoir uniquement une régulation de la pompe 36 et de maintenir fixe le débit d'air issu du groupe motoventilateur 26. Dans l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, la régulation du débit de la pompe de circulation via un variateur de fréquence est utilisée dans une tour de refroidissement à circuit fermé. I1 est cependant possible, sans sortir du cadre de la présente invention, de réaliser une telle régulation de la pompe en fonction de la température extérieure pour une tour de refroidissement à circuit ouvert. Dans ce cas, le fluide pulvérisé sur le corps d'échange thermique, recueilli dans le bassin de recirculation et mis ensuite à nouveau en circulation par l'intermédiaire de la pompe est le fluide de refroidissement de l'installation industrielle ou de climatisation. Grâce à l'invention, il est possible de réduire la consommation électrique de la tour de refroidissement en diminuant le débit de la pompe de circulation lorsque les conditions climatiques le permettent de sorte que ladite pompe ne fonctionne pas continuellement à son débit normal ou maximal. Ceci permet de prolonger sa durée de vie et de réduire les coûts de maintenance. Le réglage du pilotage de la pompe de circulation peut avantageusement être effectué en usine par le constructeur sans que l'utilisateur n'ait à intervenir. Pour répondre à un besoin spécifique, la régulation peut cependant être adaptée. Afin de pouvoir reprogrammer le pilotage de la pompe selon le modèle initial, le variateur de fréquence peut être prévu avec une clé mémoire amovible sur laquelle est enregistré le modèle. REVENDICATIONS1. Tour de refroidissement comprenant un corps d'échange (18) thermique et un circuit d'alimentation (14) en fluide pourvu d'un moyen de distribution (22) du fluide sur le corps d'échange thermique et d'une pompe (36) de circulation pour l'alimentation dudit moyen de distribution, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen de régulation (42) du débit de la pompe de circulation apte à piloter ladite pompe en fonction de la température extérieure. 2. Tour selon la revendication 1, dans laquelle la pompe (36) de circulation comprend un moteur (38) d'entraînement électrique, la vitesse de rotation du moteur étant pilotée par le moyen de régulation (42). 3. Tour selon la revendication 2, dans laquelle le moyen de régulation (42) comprend un variateur de fréquence apte à faire varier la fréquence d'alimentation du moteur (38) d'entraînement. 4. Tour selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un échangeur de chaleur (12) traversé par le circuit d'alimentation (14) et par une conduite (40) à l'intérieur de laquelle circule un fluide à refroidir, le moyen de régulation (42) étant apte à maintenir le débit de la pompe de circulation au-dessus d'une valeur minimale prédéterminée permettant de conserver un régime turbulent à l'intérieur dudit échangeur de chaleur. 5. Tour selon la revendication 4, dans laquelle le moyen de régulation (42) maintient le débit de la pompe de circulation au-dessus de 70 % du débit nominal de ladite pompe. 6. Tour selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le moyen de régulation (42) pilote le débit de la pompe de circulation en fonction de la température sèche extérieure. 7. Tour selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le moyen de régulation (42) pilote le débit de la pompe de circulation en fonction de la température humide extérieure. 8. Tour selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un groupe motoventilateur (26) apte à générer un fluxd'air en direction du corps d'échange thermique (18) et un moyen de régulation (50) additionnel apte à piloter le débit d'air dudit groupe motoventilateur en fonction de la température d'un fluide à refroidir. 9. Tour selon la revendication 8, dans laquelle le moyen de régulation (50) comprend un variateur de fréquence apte à faire varier la fréquence d'alimentation d'un moteur d'entraînement électrique du groupe motoventilateur (26). 10. Procédé de régulation d'une tour de refroidissement du type comprenant un corps d'échange thermique et un circuit d'alimentation en fluide pourvu d'un moyen de distribution du fluide sur le corps d'échange thermique et d'une pompe de circulation, dans lequel on régule le débit de la pompe de circulation en fonction de la température extérieure. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel on régule le débit d'air d'un groupe motoventilateur apte à générer un flux d'air en direction du corps thermique en fonction de la température d'un fluide à refroidir.