Brevet FR3041087A1 — publié le 20170317

Tour de refroidissement sans entraînement vésiculaire La présente invention concerne le domaine des tours de refroidissement d'un liquide qui sont également connues sous l'appellation « tours aéroréfrigérantes ». 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 ouvert » dans lesquelles le liquide à refroidir est pulvérisé par un moyen de distribution directement sur une surface d'échange thermique constituée par un corps d'échange monté à l'intérieur d'une enveloppe de la tour. Un flux d'air, qui est pulsé par un groupe motoventilateur fixé sur l'enveloppe, traverse le corps d'échange pour évaporer une partie du liquide à refroidir et évacuer les calories de ce liquide. Ce flux d'air est ensuite rejeté dans l'atmosphère. Les parois de l'enveloppe définissent ainsi une enceinte interne délimitant le circuit d'air et dans laquelle le ruissellement évaporatif s'effectue. Le liquide refroidi est collecté dans un bassin avant d'être amené à nouveau vers le procédé industriel ou l'installation de climatisation à refroidir. Il est également connu des tours de refroidissement dites « à circuit fermé » comprenant un échangeur de chaleur traversé par un circuit primaire dans lequel circule le liquide à refroidir et par un circuit secondaire dans lequel circule un liquide caloporteur. Dans ce type de conception, le liquide qui est refroidi à l'intérieur de la tour est le liquide caloporteur. Le principe de refroidissement de ce liquide caloporteur à l'intérieur de la tour est identique à celui d'une tour de refroidissement à circuit ouvert. Il est encore connu d'autres types de tours de refroidissement dites « hybrides » pouvant être à circuit ouvert ou fermé et dans lesquelles le liquide à refroidir ou le liquide caloporteur traverse une batterie anti-panache avant d'être pulvérisé au niveau du corps 3041087 2 d'échange thermique. Avant d'être rejeté dans l'atmosphère, le flux d'air pulsé par le groupe motoventilateur traverse la batterie antipanache de manière à le réchauffer et à réduire sensiblement la condensation de la vapeur d'eau à la sortie de la tour. 5 Quel que soit le type de tour, le principe de refroidissement évaporatif a pour conséquence la création d'un entraînement vésiculaire. On entend par «entraînement vésiculaire », les gouttelettes ou particules du liquide à refroidir qui sont entraînées dans l'atmosphère par le flux d'air circulant à l'intérieur de la tour. Cet 10 entraînement vésiculaire est inférieur à 0,01% du débit de liquide à refroidir en circulation dans la tour. Or, contrairement à l'eau évaporée, ces gouttelettes entrainées vers le milieu ambiant possèdent la même composition que le liquide à refroidir et sont donc susceptibles de véhiculer des bactéries telles que 15 des légionelles. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient. Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir une tour de refroidissement permettant un fonctionnement sans entraînement vésiculaire. 20 Dans un mode de réalisation, la tour de refroidissement comprend un corps d'échange thermique, un système de distribution d'un liquide à refroidir sur le corps d'échange thermique, un moyen de génération d'un flux de gaz en direction du corps d'échange thermique, et un séparateur de gouttes disposé en aval du corps 25 d'échange thermique et apte à séparer des gouttelettes de liquide distribué qui sont entrainées par le flux de gaz. La tour comprend en outre un moyen de filtrage par absorption qui est disposé en aval du séparateur de gouttes, et qui est perméable aux gaz et apte à absorber des gouttelettes de liquide distribué 30 entrainées par le flux de gaz. Ainsi, la tour de refroidissement comprend deux moyens de retenue distincts, à savoir le séparateur de gouttes et le moyen d'absorption, capables d'agir l'un après l'autre pour empêcher l'émission de gouttelettes de liquide à refroidir vers le milieu ambiant. 3041087 3 Dans une tour de refroidissement conventionnelle, le séparateur de gouttes est le dernier obstacle aux émissions de gouttelettes de liquide pulvérisé vers le milieu ambiant. L'implantation du moyen de filtrage par absorption en aval du 5 séparateur de gouttes, en considérant le sens de circulation du flux de gaz à l'intérieur de la tour, permet de retenir mécaniquement les gouttelettes de liquide résiduelles qui sont entrainées par le flux de gaz en sortie du séparateur de gouttes. On obtient un fonctionnement de la tour sans entraînement vésiculaire. Les gouttelettes de liquide 10 résiduelles sont absorbées par le moyen de filtrage. Ces gouttelettes ne ruissellent pas le long du moyen de filtrage. Avantageusement, le moyen de filtrage par absorption couvre la totalité d'une ouverture de sortie du flux de gaz de ladite tour. De préférence, le moyen de filtrage par absorption est situé à 15 distance du séparateur de gouttes. Dans un mode de réalisation, le moyen de filtrage est réalisé au moins en un matériau absorbant des gouttelettes de liquide distribué. Le moyen de filtrage peut comprendre des fibres de cellulose. Le moyen de filtrage peut être constitué d'une pluralité de feuilles 20 ondulées et réalisées en fibres de cellulose. La tour peut comprendre une enveloppe à l'intérieur de laquelle sont entièrement montés le corps d'échange thermique, le séparateur de gouttes et le moyen de filtrage. Dans un mode de réalisation, le moyen de génération du flux de 25 gaz comprend au moins un groupe moto-ventilateur. Alternativement, par exemple lorsque la tour de refroidissement est de grande taille, il peut être possible d'obtenir la génération d'un flux d'air grâce à la forme de l'enveloppe de la tour qui est dans ce cas conçue pour exploiter l'écart de densité entre l'air entrant et l'air plus chaud déjà 30 présent à l'intérieur. Dans ces conditions, le moyen de génération du flux d'air est formé par la propre forme de la tour. On parle alors de tour à tirage naturel. Dans un mode de réalisation, le système de distribution du liquide est disposé en amont du séparateur de gouttes. 3041087 4 L'invention concerne également un procédé de refroidissement d'un liquide à l'intérieur d'une tour de refroidissement comprenant une étape de pulvérisation du liquide à refroidir sur un corps d'échange thermique de la tour qui est traversé par un flux de gaz, et 5 une étape de séparation de gouttelettes du liquide pulvérisé qui sont entrainées par le flux de gaz. Le procédé comprend en outre, après l'étape de séparation, une étape de filtrage de gouttelettes de liquide résiduelles entrainées par ledit flux de gaz de sorte à rejeter ledit flux dans l'atmosphère sans entrainement vésiculaire. L'étape de filtrage 10 est réalisée par absorption des gouttelettes de liquide résiduelles. 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 un exemple de 15 réalisation. 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. La tour 10 de refroidissement peut être une tour dite « à circuit ouvert » ou « à 20 circuit fermé ». La tour 10 comprend une enveloppe 12 à parois latérales verticales et délimitant une enceinte interne, un corps d'échange 14 thermique, un système de distribution 16 d'un liquide F à refroidir et un séparateur 18 de gouttes. Le corps d'échange 14, le système de 25 distribution 16 ainsi que le séparateur 18 de gouttes sont logés à l'intérieur de l'enceinte interne délimitée par l'enveloppe 12. Comme cela sera décrit plus en détail par la suite, la tour 10 comprend en outre un moyen de filtrage 20 par absorption permettant un fonctionnement sans entraînement vésiculaire. 30 Le système de distribution 16 du liquide F à refroidir comprend une pluralité de conduites 22 d'amenée (une seule étant visible sur la figure) et une pluralité de buses ou disperseurs 24 montés sur chacune de ces conduites. Le système de distribution 16 est disposé à l'intérieur de l'enveloppe 12 entre le corps d'échange 14 et le 3041087 5 séparateur 18 de gouttes de manière à pulvériser le liquide à refroidir sur ledit corps d'échange 14. Le corps d'échange 14 thermique est fixé sur les parois de l'enveloppe 12. Le corps d'échange 14 forme des surfaces d'échange 5 humide permettant le refroidissement du liquide qui est pulvérisé par le système de distribution 16. Le corps d'échange 14 peut par exemple être de type « film » sur lequel le liquide pulvérisé s'écoule en formant un film. Dans ce cas, le corps d'échange 14 peut comprendre un empilement de parois se présentant par exemple sous la forme 10 d'éléments en matière synthétique thermoformée dits « packings ». Alternativement, le corps d'échange 14 peut être de type « gouttes » sur lequel le liquide pulvérisé s'éclate en gouttelettes successives sur des lattes superposées. La tour 10 comprend également un groupe motoventilateur 26 15 fixé à l'extérieur de l'enveloppe 12 et permettant de générer à l'intérieur de celle-ci un flux d'air ascendant, illustré schématiquement par les flèches référencées 28, 30 et 32. Le flux d'air traverse successivement le corps d'échange 14 thermique, le séparateur 18 de gouttes puis le moyen de filtrage 20 par absorption. En 20 considérant le sens de circulation du flux d'air, le corps d'échange 14 est monté en amont du séparateur 18 de gouttes qui est lui-même monté en amont du moyen de filtrage 20 par absorption. Le flux d'air issu du groupe motoventilateur 26 permet le refroidissement et l'évaporation partielle du liquide pulvérisé sur le corps d'échange 14. 25 Dans l'exemple de réalisation illustré, le groupe motoventilateur 26 est monté sur l'enveloppe 12 en partie basse de la tour. En variante, il est possible de prévoir un montage du ou des groupes motoventilateurs en partie haute de la tour, par exemple à l'extrémité supérieure de l'enveloppe 12 et à l'extérieur de l'enceinte 30 délimitée par cette enveloppe. La tour 10 comprend encore un bassin 34 dans lequel est récupéré par gravité le liquide projeté sur le corps d'échange 14. Le bassin 34 est situé à l'extrémité inférieure de l'enveloppe 12. Une conduite (non référencée) s'étend à partir du bassin 34 et est équipée 3041087 6 d'une pompe pour permettre la circulation du liquide collecté hors de la tour. Le séparateur 18 de gouttes est fixé sur les parois de l'enveloppe 12 en étant disposé verticalement au-dessus du corps 5 d'échange 14 et du système de distribution 16. Le séparateur 18 permet de limiter l'entraînement de gouttelettes de liquide pulvérisé hors de la tour 10 par le flux d'air qui est généré par le groupe motoventilateur 26. Le séparateur 18 forme un obstacle permettant la séparation des gouttes de liquide pulvérisé qui sont véhiculées par le 10 flux d'air. Le séparateur 18 comprend un ensemble de chicanes qui en changeant la direction du flux d'air permet de séparer les gouttelettes de liquide pulvérisé de ce flux. Le séparateur 18 comprend par exemple une pluralité de lames ou feuilles empilées, et réalisées par exemple en matière synthétique, pour former cet ensemble de chicanes. 15 Comme indiqué précédemment, le moyen de filtrage 20 par absorption permet d'obtenir un fonctionnement de la tour 10 sans entraînement vésiculaire. Le moyen de filtrage 20 est monté en aval du séparateur 18 de gouttes en considérant le sens de circulation du flux d'air à l'intérieur de la tour 10. Dans l'exemple de réalisation illustré, 20 le moyen de filtrage 20 est situé verticalement au-dessus et à distance du séparateur 18 de gouttes de sorte à obtenir une meilleure efficacité de filtrage. En effet, l'écartement vertical du moyen de filtrage 20 par rapport au séparateur 18 de gouttes permet d'éviter un transfert direct des gouttes de liquide du séparateur vers le moyen de filtrage. A titre 25 indicatif, la distance verticale séparant le moyen de filtrage 20 et le séparateur 18 peut par exemple être comprise entre un et quinze cm. Le moyen de filtrage 20 est perméable aux gaz et capable d'absorber des gouttelettes de liquide résiduelles entrainées par le flux d'air qui n'ont pas été séparées de ce flux en amont par le séparateur 30 18 de gouttes. En effet, avant la sortie du flux d'air hors de la tour 10, ce flux encore chargé par les gouttelettes résiduelles est amené à traverser le moyen de filtrage 20 qui est apte à retenir ces gouttelettes. On réalise ainsi un filtrage mécanique de sorte à piéger les gouttelettes du liquide véhiculé par le flux d'air et qui n'ont pas été éliminés au 3041087 7 préalable par le séparateur 18. Généralement, le diamètre de ces gouttelettes ou gouttes est compris entre quelques centaines de micromètres et un millimètre. Le moyen de filtrage 20 est monté à l'intérieur de l'enveloppe 5 12 de sorte à couvrir la totalité d'une ouverture de la tour prévue pour la sortie du flux d'air. Le moyen de filtrage 20 est fixé sur les parois de l'enveloppe 12. Le moyen de filtrage 20 se présente sous la forme d'un ou de plusieurs panneaux juxtaposés de sorte à obtenir une continuité de filtration entre le séparateur 18 et l'ouverture de sortie 10 de la tour 10. Le moyen de filtrage 20 s'étend transversalement par rapport aux parois de l'enveloppe 12. Le moyen de filtrage 20 est réalisé au moins en un matériau apte à absorber les gouttelettes de liquide distribué, par exemple en fibres de cellulose. Le moyen de filtrage 20 peut être constitué d'une pluralité de feuilles ondulées et 15 réalisées en fibres de cellulose. L'utilisation d'un moyen d'absorption réalisé en cellulose permet d'obtenir une bonne efficacité de filtration et une longévité élevée. A titre indicatif, il est possible d'utiliser des panneaux commercialisés sous la domination « Star Cool » de la société Gigola & Riccardi. A titre indicatif également, l'épaisseur du 20 moyen de filtrage 20 peut par exemple être comprise entre 75 et 100 millimètres. Alternativement, le moyen de filtrage 20 peut être réalisé dans un autre matériau apte à absorber les gouttelettes de liquide distribué, qui ne soit pas obtenu à partir de cellulose. Le moyen de filtrage 20 assure par absorption la retenue des 25 gouttelettes résiduelles de liquide véhiculées par le flux d'air en aval du séparateur 18. On obtient ainsi un fonctionnement de la tour sans entraînement vésiculaire. En outre, même avec une accumulation de gouttelettes de liquide à l'intérieur du moyen de filtrage 20, l'efficacité de filtration n'est pas réduite compte tenu de la vitesse du 30 flux d'air pulsé, généralement inférieure à 4 mètres/seconde. Afin d'optimiser la durée de vie du moyen de filtrage, il peut cependant être prévu des étapes de séchage de ce moyen en faisant fonctionner la tour sans pulvérisation de liquide. 3041087 8 L'invention a été illustrée sur la base d'une tour de refroidissement pouvant être « à circuit ouvert » ou « à circuit fermé ». La tour de refroidissement pourrait également être une tour hybride. Dans ce cas, le moyen de filtrage est placé en aval de la 5 batterie anti-panache en considérant le sens de circulation du flux d'air à l'intérieur de la tour. REVENDICATIONS1. Tour de refroidissement comprenant un corps d'échange thermique (14), un système de distribution (16) d'un liquide sur le corps d'échange thermique, un moyen de génération (26) d'un flux de gaz en direction du corps d'échange thermique, et un séparateur (18) de gouttes disposé en aval du corps d'échange thermique (14) et apte à séparer des gouttelettes de liquide distribué qui sont entrainées par le flux de gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moyen de filtrage (20) par absorption disposé en aval du séparateur de gouttes, perméable aux gaz et apte à absorber des gouttelettes de liquide distribué entrainées par le flux de gaz. 2. Tour selon la revendication 1, dans laquelle le moyen de filtrage (20) par absorption couvre la totalité d'une ouverture de sortie du flux de gaz de ladite tour. 3. Tour selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le moyen de filtrage (20) par absorption est situé à distance du séparateur (18) de gouttes. 4. Tour selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le moyen de filtrage (20) est réalisé au moins en un matériau absorbant. 5. Tour selon la revendication 4, dans laquelle le moyen de filtrage (20) comprend des fibres de cellulose. 6. Tour selon la revendication 5, dans laquelle le moyen de filtrage (20) est constitué d'une pluralité de feuilles ondulées et réalisées en fibres de cellulose. 7. Tour selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une enveloppe à l'intérieur de laquelle sont entièrement montés le corps d'échange thermique (14), le séparateur (18) de gouttes et le moyen de filtrage (20) par absorption. 8. Tour selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le moyen de génération (26) du flux de gaz comprend au moins un groupe moto-ventilateur. 3041087 10 9. Tour selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le système de distribution (16) est disposé en amont du séparateur (18) de gouttes. 10. Procédé de refroidissement d'un liquide à l'intérieur d'une 5 tour de refroidissement comprenant une étape de pulvérisation du liquide à refroidir sur un corps d'échange thermique de la tour qui est traversé par un flux de gaz, et une étape de séparation de gouttelettes de liquide pulvérisé qui sont entrainées par le flux de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, après l'étape de séparation, une étape 10 de filtrage de gouttelettes de liquide résiduelles entrainées par ledit flux de gaz par absorption desdites gouttelettes de sorte à rejeter ledit flux hors de la tour sans entrainement vésiculaire.