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EP0006412A1 - Dry cooling tower - Google Patents

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Publication number
EP0006412A1
EP0006412A1 EP78400053A EP78400053A EP0006412A1 EP 0006412 A1 EP0006412 A1 EP 0006412A1 EP 78400053 A EP78400053 A EP 78400053A EP 78400053 A EP78400053 A EP 78400053A EP 0006412 A1 EP0006412 A1 EP 0006412A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
exchanger
freezable
atmospheric air
freezing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP78400053A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bruno François Marie Verwilghen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamon Sobelco SA
Original Assignee
Hamon Sobelco SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamon Sobelco SA filed Critical Hamon Sobelco SA
Priority to EP78400053A priority Critical patent/EP0006412A1/en
Priority to CA318,259A priority patent/CA1110614A/en
Publication of EP0006412A1 publication Critical patent/EP0006412A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28BSTEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B9/00Auxiliary systems, arrangements, or devices
    • F28B9/005Auxiliary systems, arrangements, or devices for protection against freezing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28BSTEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B1/00Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser
    • F28B1/06Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using air or other gas as the cooling medium

Definitions

  • the invention relates to an atmospheric refrigerant of the type in which a fluid which can be frozen at ambient temperatures and which flows in a freezable fluid-atmospheric air heat exchanger is cooled in the latter by indirect contact with atmospheric air.
  • the freezable fluid considered here is a fluid capable of freezing when the ambient temperature, that is to say that of atmospheric air, is very low.
  • This fluid can be water, for example that for cooling condensers of power stations, water vapor, for example that escaping from the turbines of power stations (atmospheric refrigerants in this case are air condensers), or any other gaseous liquid fluid meeting the solidification criterion. indicated above.
  • the heat exchange body or heat exchanger Freezable air-atmospheric air consists of either tubes, whether or not provided with surface extensions, for example fins, or flat panels, or any other material element preventing the transfer of material. between atmospheric air and the fluid to be cooled, while ensuring heat transfer between them, these surfaces, panels and material elements may be made of a metallic or plastic material. These exchangers are generally called “dry" exchangers.
  • the French patent FR 1 506 865, the French utility certificate No. 2 200 491, the German patent application DOS 1 551 402, the French patent FR 1 458 535, the British patent GB 1 484 178, and the applications for German patent DOS 2,539,759, DOS 1,962,061, DOS 2,153,967 and DOS 1,501,346 relate to the operation of such refrigerants when the ambient temperature is below the freezing point of the fluid to be cooled and that it risks freezing by places.
  • the French patent n ° 1 506 865, the French utility certificate n ° 2 200 491 and the German patent application DOS 1 551 402 concern permanent, static arrangements, elements of exchangers of air condensers, which reduce the danger of freezing in cold weather and allow operation at low ambient temperature, possibly under partial load, but which do nothing to solve the problem of starting from empty heat exchanger elements whose temperature is significantly lower than the fluid freezing point.
  • French patent FR 1 458 535 relates to protection against freezing by recycling air from the bottom of the peripheral tubes of an air condensation installation. While such protection may be valid in operation, it does not exist at startup.
  • British patent GB 1,484,178 relates to inhibiting the formation of ice on the internal walls of the exchangers of an atmospheric cooling tower by vibrating the tubular elements of the exchangers.
  • Such a technique appears a priori applicable to starting in freezing weather, although it is not alluded to in the patent.
  • this technique has the drawbacks of requiring complex equipment of electromagnetic and high voltage equipment foreign to the technique of large industrial heat exchangers and of subjecting the refrigeration installation to vibrations which tire it and risk causing more or less shorter term of deterioration.
  • the problem of cold starting is more difficult than that of preventing freezing in operation because it is necessary to overcome the refrigerating mass of structural materials (tubes, ...) before encountering a situation comparable to that of low temperature operation.
  • German patent application DOS 2,539,759 relates to the protection against freezing of an air condenser by reduction of the heat exchange capacity obtained by the introduction into the air condenser of non-condensable gas.
  • Such a technique also appears a priori to be able to help the start-up of air condensers in cold weather, but the patent is silent on this subject and one can have serious doubts as to the extent of its effectiveness.
  • this technique has the disadvantage, on the one hand, of modifying the nature of the fluid in circulation and, on the other hand, of requiring a whole installation for the introduction, evacuation, control and regulation of the gas. not condensable.
  • German patent application DOS 1 962 061 relates to a device which makes it possible to reduce the surface area for exchanging air condensers by the operation of flaps capable of obstructing and, possibly, preventing the passage of air to through a large fraction of this surface, of exchange.
  • Such a device can contribute to the starting of the cold exchangers but is in no case sufficient. As in the previous case, start-up problems in freezing weather are not addressed.
  • German patent application DOS 2 153 967 relates to the regulation of the air flow rate of natural draft cooling towers by means of movable panels which surround the air inlet opening and which are intended, inter alia, to ensure protection against frost, that is to say allowing operation at lower ambient temperatures than in the absence of such a device.
  • this arrangement does not in itself solve the problem of starting the refrigerant from empty and cold batteries.
  • patent application DOS 1 501 346 relates to air condensers in which a variation in the effective exchange surface is obtained by dividing the interior space of the elements of the air condensers into three compartments and by admitting steam into a , in two or in the three compartments, which makes it possible to adapt the operation of the air condensers to variations in thermal load and to variations in temperature.
  • a variation in the effective exchange surface is obtained by dividing the interior space of the elements of the air condensers into three compartments and by admitting steam into a , in two or in the three compartments, which makes it possible to adapt the operation of the air condensers to variations in thermal load and to variations in temperature.
  • German patents n ° 1 241 852 and French patents n ° 1 552 731 and the German patent application DOS 2 250 058 concern the emptying of refrigerants with "dry" exchangers but, whereas this emptying is envisaged in particular there in view of the danger of frost, it does not appear at all how the described facilities could be put back into operation, that is to say filled and restarted, by severe frosts.
  • the German Patent No. 1,241,852 simply provides for this purpose the heating of the water in the water tanks, which is insufficient in the event of severe frosts.
  • the patent FR 1 386 231 relates to the partial emptying of the exchangers of a refrigerant in order to reduce the exchange surface with the aim, in particular, of avoiding the dangers of freezing.
  • Such a technique makes it possible to keep the refrigerant in service when the ambient temperature drops to the lowest values, but, on the other hand, starting at these very low temperatures is not examined and appears problematic.
  • the object of the present invention is to remedy this difficulty.
  • the invention as characterized in the claims, solves this problem by means of an auxiliary circuit containing a fluid which cannot be thawed at ambient temperatures and which includes a heat source for heating the thawable fluid and a non-thawable fluid heat exchanger - atmospheric air.
  • This auxiliary circuit normally normally contains its unfrozen fluid, whatever the atmospheric temperature.
  • the main circuit When in freezing weather, the main circuit must be supplied with freezable fluid, the auxiliary circuit is put into service beforehand under its full thermal load, a certain flow of air passing through the frost-free fluid-air exchanger of this auxiliary circuit.
  • the exchange capacity of this exchanger, the inlet temperature of the unfrozen fluid and the air flow are chosen so that the air leaves the frost-free fluid-air exchanger at a temperature such that it heats the freezable fluid-air exchanger located downstream at a temperature which no longer risks freezing the freezable fluid when it is 'will send into the freezable fluid-atmospheric air exchanger.
  • the refrigerant according to the invention is available at any time and can, in freezing weather, be put into service immediately, without delay in preheating.
  • a refrigeration cell 1 comprises successively, from upstream to downstream, considering the direction of flow of atmospheric air indicated by arrows, a non-freezing liquid dry exchanger- atmospheric air 2, a dry freezable liquid-atmospheric air exchanger 3, and a fan 4.
  • the refrigerant can consist either of a single refrigeration cell 1 or of a set of similar cells arranged for example in line, or in a circle in a tower.
  • the main freezable liquid-atmospheric air exchanger 3 is arranged in a main liquid circuit 5 comprising, on the upstream side, a pump 6 and a first valve 7 for isolating the exchanger 3 and, on the downstream side, a second valve 8 for isolating the exchanger 3 and a heat exchanger 9 between the freezable liquid and the unfrozen liquid.
  • the main circuit 5 is completed by a gas purge valve 10 mounted in bypass between the valve 7 and the exchanger 3, by a drain valve 11 mounted in bypass between the exchanger 3 and the valve 8, and by a bypass 12 comprising a valve 13 and extending between the inlet of the valve 7 and the outlet of the valve 8.
  • the liquid which is circulated in the main circuit 5 may be water, for example that of cooling from a power station, or any other liquid suitable for cooling, freezable at ambient temperatures.
  • the auxiliary circuit 14 in which the heat exchanger 2 is mounted comprises downstream of it the heat exchanger 9 freezable liquid-unfrozen liquid and a circulation pump 15.
  • the unfrozen liquid may for example be a mixture of ethylene glycol and d water or other suitable liquid that cannot be frozen at ambient temperatures.
  • the valves 7 and 8 being closed and the valve 13 being open, the pumps 6 and 15 are put into service.
  • the temperature of the main freezable liquid must be relatively high, but the thermal load of circuit 5 (heat removed) cannot yet be that weak.
  • the freezable liquid bypasses the main exchanger 3 by the bypass line 12 and transmits its heat to the unfrozen liquid in the exchanger 9.
  • the unfrozen liquid progressively heats the unfrozen liquid-air exchanger 2.
  • the fan 4 is started, at its low speed if it has more than one. This fan draws in ambient air which first passes through the exchanger 2 where it heats up, then the main exchanger 3 which it will heat.
  • the thermal load of the main circuit 5 is then low enough for the exchanger 2 to work at a high temperature although it is traversed by very cold air.
  • Ambient air temperature -15 ° C.
  • the fan rotates at its nominal speed.
  • Ambient air temperature -25 ° C.
  • the fan rotates at half speed.
  • the temperature of the empty exchanger has been brought down to -4 ° C. which, taking into account the inlet temperature of the freezable liquid, which may be different from 65 ° C., and the length of the exchanger of the examples considered, makes it possible to avoid the freezing thereof during filling of the exchanger 3.
  • the temperature to which the exchanger must be heated to avoid freezing of the freezable liquid depends on the temperature inlet of this liquid and the length of the elements, tubes or the like of the exchanger.
  • the valve 10 is closed and the refrigeration cell 1 operates in a conventional manner.
  • the auxiliary circuit 14 can then be either kept in operation, in which case the exchanger 2 indirectly evacuates part of the calories from the freezable fluid and increases the thermal load of the cell, or is stopped by stopping the pump 15, which in particular makes it possible to decrease energy consumption.
  • FIG. 2 shows a first variant in which the same reference numbers as those used in FIG. 1, but assigned the index a, have been used to designate identical or similar parts.
  • the main freezable fluid is a vapor which condenses in the exchanger 3a, which is therefore an air condenser.
  • the exchanger 9a is here a small condenser cooled by the unfrozen liquid of the auxiliary circuit 14a, which can be, as in the previous example, a mixture of ethylene glycol and water.
  • the exchanger 9a is placed here in parallel with the exchanger 3a in the bypass line 12a of the main circuit 5a, unlike the configuration shown in FIG. 1 where this exchanger is placed in series, downstream side of the exchanger 3, in this circuit.
  • the exchangers 3a and 9a being condensers
  • the arrangement in parallel is necessary so that the two condensers receive steam at their inlet, while when the exchanger fluid-freezable-unfrozen fluid is a liquid-liquid exchanger, it may be placed either in parallel or in series, and, in the latter case, either upstream or downstream of the main exchanger.
  • the main exchanger is attacked by the freezable fluid at its maximum temperature, which is preferable both in freezing weather (less risk of freezing), and in hot weather (better cooling because the relative circulation of the air and freezable fluid is more or less against the current, while it is more or less of the type with parallel currents in the case of an upstream positioning of the exchanger 9 of the auxiliary circuit).
  • it can operate either with parallel currents (case of Fig. 1), or against currents.
  • the heat source 16 of the frost-free fluid being of any kind and may advantageously be the same source as that of the main freezable fluid, for example, for a power station electric, the turbine steam condenser (not shown), which in this case is a condenser with two cooling circuits, a main circuit and an auxiliary circuit, the latter necessarily operating as a condenser per surface.
  • the turbine steam condenser (not shown), which in this case is a condenser with two cooling circuits, a main circuit and an auxiliary circuit, the latter necessarily operating as a condenser per surface.
  • the operation of this variant is also identical to that of the refrigerant in FIG.
  • FIG. 4 represents an installation similar to that of FIG. 1 but where the frost-resistant fluid is a gas which can be condensed and cannot be thawed at ambient temperatures such as, for example, ammonia or certain chlorofluorinated derivatives of methane or ethane.
  • the exchanger 9c is here a boiler or evaporator, and the exchanger 2c is a condenser.
  • the part of the auxiliary circuit 14c leading the vapor from the evaporator 9c to the condenser 2c is represented in the form of a wide pipe, while the part of this circuit bringing the condensate from the condenser to the evaporator is represented in the form of a narrow driving.
  • the circulation of the unfrozen fluid is done here by thermosiphon, without mechanical organ such as the pump 15: the condensate flowing by gravity into the air condenser 2c releases a volume sucking the vapor through the upstream pipe of the circuit 14c.
  • the invention can also be applied to refrigerants with natural draft.
  • refrigerant whose batteries are arranged in accordance with French patent FR 2 292 944.
  • the operation of switching on the fans is replaced by priming the natural draft, priming facilitated by the horizontal and internal position at the torr of a part of the batteries.
  • the heating of the auxiliary exchangers preferably takes place simultaneously for all of the refrigerant, and not successively for each refrigeration cell, so that the chimney is heated at its base all around, thus insulating the interior of the chimney to its base and allowing the initiation of the draft.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

In a cooling tower of the type in which a fluid which can freeze at ambient temperatures and which flows in a freezing fluid-atmospheric air heat exchanger 3 is cooled in the latter by being placed in indirect contact with a flow of atmospheric air, there is provided an auxiliary circuit 14 of a fluid which cannot freeze at ambient temperatures, said auxiliary circuit comprising at least one heat source 9 to heat the non-freezing fluid and a non-freezing fluid-atmospheric air heat exchanger 2 disposed in the air flow upstream of the freezing fluid-atmospheric air heat exchanger to reheat the atmospheric air before its passage into the freezing fluid-atmospheric air exchanger 3. When the cooling tower is shut down on account of freezing weather, the exchanger 3 is emptied. To commence its operation without causing a freezing of the freezing liquid in the exchanger 3, the valve 13 is opened, the valves 7 and 8 remaining closed, and the pumps 6 and 15 are operated. The freezing fluid which reaches the exchanger 9 heats the non-freezing fluid of the auxiliary circuit 5 and the exchanger 2 raises the temperature of the air which passes through it, which in its turn heats the exchanger 3 which ultimately reaches a temperature sufficient to be supplied with freezing fluid. <IMAGE>

Description

L'invention concerne un réfrigérant atmosphérique du type dans lequel un fluide congelable aux températures ambiantes et s'écoulant dans un échangeur de chaleur fluide congelable-air atmosphérique est refroidi dans ce dernier par mise en contact indirect avec l'air atmosphérique.The invention relates to an atmospheric refrigerant of the type in which a fluid which can be frozen at ambient temperatures and which flows in a freezable fluid-atmospheric air heat exchanger is cooled in the latter by indirect contact with atmospheric air.

Le fluide congelable considéré ici est un luide susceptible de geler lorsque la température ambiante, c'est- i-dire celle de l'air atmosphérique, est très basse. Ce fluide peut être de l'eau, par exemple celle de refroidissement de condenseurs de centrales électriques, de la vapeur d'eau, par exemple celle s'échappant des turbines de centrales électriques (les réfrigérants atmosphériques sont dans ce cas des aérocondenseurs), ou tout au- are fluide liquide gazeux répondant au critère de solidification .ndiqué ci-dessus.The freezable fluid considered here is a fluid capable of freezing when the ambient temperature, that is to say that of atmospheric air, is very low. This fluid can be water, for example that for cooling condensers of power stations, water vapor, for example that escaping from the turbines of power stations (atmospheric refrigerants in this case are air condensers), or any other gaseous liquid fluid meeting the solidification criterion. indicated above.

Le corps d'échange ou échangeur de chaleur Huide congelable-air atmosphérique est constitué soit de tubes, pourvus ou non d'extensions de surface, par exemple des ailettes, soit de panneaux plats, soit de tout autre élément matériel empêchant le transfert de matière entre l'air atmosphérique et le fluide à refroidir, tout en assurant entre eux le transfert de chaleur, ces subes, panneaux et éléments matériels pouvant être en un matériau nétallique ou plastique. Ces échangeurs sont généralement nommés échangeurs "secs".The heat exchange body or heat exchanger Freezable air-atmospheric air consists of either tubes, whether or not provided with surface extensions, for example fins, or flat panels, or any other material element preventing the transfer of material. between atmospheric air and the fluid to be cooled, while ensuring heat transfer between them, these surfaces, panels and material elements may be made of a metallic or plastic material. These exchangers are generally called "dry" exchangers.

Enfin, la mise en mouvement de l'air dans le réfrigérant est assurée soit par des ventilateurs aspirant ou soufflant de l'air à travers l'échangeur, soit par le tirage d'une cheminée assistée ou non de ventilateurs.Finally, the setting in motion of the air in the refrigerant is ensured either by fans sucking or blowing air through the exchanger, or by drawing a chimney assisted or not by fans.

Lorsqu'un tel réfrigérant est à 1' arrêt par temps de gel, c'est-à-dire lorsque la température ambiante est inférieure à celle de congélation du fluide congelable du réfrigérant, les échangeurs et les canalisations desservant ceux-ci sont vidangés de leur fluide. Lorsqu'on veut alors remettre en service le réfrigérant et que la température ambiante est franchement inférieure à celle de congélation du fluide, on est confronté avec un important problème de gel : le fluide congelable envoyé dans l'échangeur se solidifie au contact des parois glacées de l'échangeur et bouche et détériore celui-ci avant d'avoir eu le temps de réchauffer suffisamment l'échangeur, même lorsque le fluide entre dans l'échangeur à la température la plus élevée qu'il est susceptible de prendre, correspondant aux pointes de températures estivales. Le risque de gel est d'autant plus critique que les tubes sont plus longs. Par exemple, de l'eau à 65°C envoyée dans des tubes à ailettes dont la température est de -20°C peut geler au bout de quelques mètres de parcours dans le tube et le boucher. Or, pour les réfrigérants de grande puissance, par exemple ceux desservant une centrale électrique de l'ordre de 1000 MW, des tubes de 10 à 20 m sont couramment utilisés, éventuellement disposés en série, ce qui conduit à des longueurs de plusieurs dizaines de mètres. Par ailleurs, lorsque par temps de gel la charge thermique du réfrigérant est faible, il peut être nécessaire de vidanger partiellement l'installation pour éviter le gel du fluide dans les échangeurs, la température du fluide dans les batteries de tubes restant en service s'élevant alors à une valeur cù le risque de gel n'existe plus. Lorsqu'il faut alors accroître la charge thermique du réfrigérant, le même problème se pose d'envoyer le fluide à refroidir dans des éléments qui peuvent être à très basse température et provoquer sa congélation.When such a refrigerant is at a standstill in freezing weather, that is to say when the ambient temperature is lower than that of freezing of the freezable fluid of the refrigerant, the exchangers and the pipes serving these are drained of their fluid. When we then want to put the refrigerant back into service and the ambient temperature is clearly lower than that of the freezing of the fluid, we are confronted with a major problem of freezing: the freezable fluid sent into the exchanger solidifies on contact with the frozen walls of the exchanger and plugs and deteriorates it before having had time to sufficiently heat the exchanger, even when the fluid enters the exchanger at the highest temperature that it is likely to take, corresponding to peak summer temperatures. The risk of freezing is all the more critical as the tubes are longer. For example, water at 65 ° C sent in finned tubes whose temperature is -20 ° C can freeze after a few meters of travel in the tube and plug it. However, for large power refrigerants, for example those serving a power plant of the order of 1000 MW, tubes of 10 to 20 m are commonly used, possibly arranged in series, which leads to lengths of several tens of meters. Furthermore, when in freezing weather the thermal charge of the refrigerant is low, it may be necessary to partially drain the installation to avoid freezing of the fluid in the exchangers, the temperature of the fluid in the tube batteries remaining in service s' then raising to a value where the risk of freezing no longer exists. When it is then necessary to increase the thermal charge of the refrigerant, the same problem arises of sending the fluid to be cooled into elements which can be at very low temperature and cause it to freeze.

Il existe un certain nombre de brevets ou demandes de brevets manifestant des préoccupations à l'égard du problème du gel du fluide à refroidir.There are a number of patents or patent applications expressing concern about the problem of freezing the coolant.

Le brevet français FR 1 506 865, le certificat d'utilité français n° 2 200 491, la demande de brevet allemand DOS 1 551 402, le brevet français FR 1 458 535, le brevet britannique GB 1 484 178, et les dcmandes de brevet allemand DOS 2 539 759, DOS 1 962 061, DOS 2 153 967 et DOS 1 501 346 concernent le fonctionnement de tels réfrigérants lorsque la température ambiante est inférieure au point de congélation du fluide à refroidir et que celui-ci risque de geler par endroits.The French patent FR 1 506 865, the French utility certificate No. 2 200 491, the German patent application DOS 1 551 402, the French patent FR 1 458 535, the British patent GB 1 484 178, and the applications for German patent DOS 2,539,759, DOS 1,962,061, DOS 2,153,967 and DOS 1,501,346 relate to the operation of such refrigerants when the ambient temperature is below the freezing point of the fluid to be cooled and that it risks freezing by places.

Plus particulièrement, le brevet français n° 1 506 865, le certificat d'utilité français n° 2 200 491 et la demande de brevet allemand DOS 1 551 402 concernent des agencements permanents, statiques, des éléments d'échangeurs d'aérocondenseurs, qui réduisent les dangers de gel par temps froid et permettent de fonctionner à basse température ambiante, éventuellement sous charge partielle, mais qui ne contribuent en rien à résoudre le problème du démarrage à partir d'éléments d'échangeurs vides dont la température est nettement inférieure au point de congélation du fluide.More particularly, the French patent n ° 1 506 865, the French utility certificate n ° 2 200 491 and the German patent application DOS 1 551 402 concern permanent, static arrangements, elements of exchangers of air condensers, which reduce the danger of freezing in cold weather and allow operation at low ambient temperature, possibly under partial load, but which do nothing to solve the problem of starting from empty heat exchanger elements whose temperature is significantly lower than the fluid freezing point.

Le brevet français FR 1 458 535 concerne une protection contre le gel par recyclage d'air du bas des tubes périphériques d'une installation d'aérocondensation. Alors qu'une telle protection peut être valable en fonctionnement, elle est inexistante au démarrage.French patent FR 1 458 535 relates to protection against freezing by recycling air from the bottom of the peripheral tubes of an air condensation installation. While such protection may be valid in operation, it does not exist at startup.

Le brevet britannique GB 1 484 178 concerne l'inhibition de la formation de glace sur les parois internes des échangeurs d'une tour de réfrigération atmosphérique par mise en vibrations des éléments tubulaires des échangeurs. Une telle technique paraft a priori applicable au démarrage par temps de gel, quoiqu'il n'y soit pas fait allusion dans le brevet. Toutefois, cette technique présente les inconvénients de nécessiter un appareillage complexe de matériel électromagnétique et à haute tension étranger à la technique des gros échangeurs thermiques industriels et de soumettre l'installation de réfrigération à des vibrations qui la fatiguent et risquent d'entrafner à plus ou moins brève échéance des détériorations. En outre, le problème du démarrage à froid est plus ardu que celui de la prévention du gel en fonctionnement parce qu'il faut vaincre la masse frigorifique des matériaux de structure (tubes, ... ) avant de rencontrer une situation comparable à celle du fonctionnement en régime à basse température.British patent GB 1,484,178 relates to inhibiting the formation of ice on the internal walls of the exchangers of an atmospheric cooling tower by vibrating the tubular elements of the exchangers. Such a technique appears a priori applicable to starting in freezing weather, although it is not alluded to in the patent. However, this technique has the drawbacks of requiring complex equipment of electromagnetic and high voltage equipment foreign to the technique of large industrial heat exchangers and of subjecting the refrigeration installation to vibrations which tire it and risk causing more or less shorter term of deterioration. In addition, the problem of cold starting is more difficult than that of preventing freezing in operation because it is necessary to overcome the refrigerating mass of structural materials (tubes, ...) before encountering a situation comparable to that of low temperature operation.

La demande de brevet allemand DOS 2 539 759 concerne la protection contre le gel d'un aérocondenseur par réduction de la capacité d'échange de chaleur obtenue par l'introduction dans l'aérocondenseur de gaz non condensable. Une telle technique paraft également a priori pouvoir aider au démarrage d'aérocondenseurs par temps froids, mais le brevet est muet à ce sujet et on peut avoir de sérieux doutes quant à l'étendue de son efficacité. De plus, cette technique a l'inconvénient, d'une part, de modifier la nature du fluide en circulation et, d'autre part, de nécessiter toute une installation d'introduction, d'évacuation, de contrôle et de régulation du gaz non condensable.German patent application DOS 2,539,759 relates to the protection against freezing of an air condenser by reduction of the heat exchange capacity obtained by the introduction into the air condenser of non-condensable gas. Such a technique also appears a priori to be able to help the start-up of air condensers in cold weather, but the patent is silent on this subject and one can have serious doubts as to the extent of its effectiveness. In addition, this technique has the disadvantage, on the one hand, of modifying the nature of the fluid in circulation and, on the other hand, of requiring a whole installation for the introduction, evacuation, control and regulation of the gas. not condensable.

La demande de brevet allemand DOS 1 962 061 est relative à un dispositif qui permet de réduire la surface d'échange d'aérocondenseurs par la manoeuvre de volets aptes à entraver et, éventuellement, empêcher le passage de l'air à travers une fraction importante de cette surface, d'échange. Un tel dispositif peut contribuer au démarrage des échangeurs froids mais n'est en aucun cas suffisant. Comme dans le cas précédent, les problèmes de démarrage par temps de gel ne sont pas traités.German patent application DOS 1 962 061 relates to a device which makes it possible to reduce the surface area for exchanging air condensers by the operation of flaps capable of obstructing and, possibly, preventing the passage of air to through a large fraction of this surface, of exchange. Such a device can contribute to the starting of the cold exchangers but is in no case sufficient. As in the previous case, start-up problems in freezing weather are not addressed.

La demande de brevet allemand DOS 2 153 967 concerne le réglage du débit d'air de tours de réfrigération à tirage naturel au moyen de panneaux mobiles qui entourent l'ouverture d'entrée d'air et qui sont destinés, entre autres, à assurer une protection contre le gel, c'est-à-dire à permettre un fonctionnement par plus basses températures ambiantes qu'en l'absence d'un tel dispositif. Toutefois, cet agencement ne résout pas à lui seul le problème du démarrage du réfrigérant à partir de batteries vides et froides.German patent application DOS 2 153 967 relates to the regulation of the air flow rate of natural draft cooling towers by means of movable panels which surround the air inlet opening and which are intended, inter alia, to ensure protection against frost, that is to say allowing operation at lower ambient temperatures than in the absence of such a device. However, this arrangement does not in itself solve the problem of starting the refrigerant from empty and cold batteries.

Enfin, la demande de brevet DOS 1 501 346 se rapporte à des aérocondenseurs dans lesquels on obtient une variation de la surface effective d'échange par division de l'espace intérieur des éléments des aérocondenseurs en trois compartiments et par admission de la vapeur dans un, dans deux ou dans les trois compartiments, ce qui permet d'adapter le fonctionnement des aérocondenseurs aux variations de charge thermique et aux variations de température. Bien qu'une telle technique permette de faire travailler les aérocondenseurs à bassc température, elle ne résout pas le problème du démarrage par temps froid parce que le condensat gêlera.Finally, patent application DOS 1 501 346 relates to air condensers in which a variation in the effective exchange surface is obtained by dividing the interior space of the elements of the air condensers into three compartments and by admitting steam into a , in two or in the three compartments, which makes it possible to adapt the operation of the air condensers to variations in thermal load and to variations in temperature. Although such a technique allows air coolers to work at low temperatures, it does not solve the problem of starting in cold weather because the condensate will freeze.

Par contre, les brevets allemand n° 1 241 852 et français n° 1 552 731 et la demande de brevet allemand DOS 2 250 058 concernent la vidange de réfrigérants à échangeurs "secs" mais, alors que cette vidange y est envisagée en particulier eu égard aux dangers de gel, il n'en ressort nullement comment les installations décrites pourraient être remises en fonctionnement, c'est-à-dire remplies et redémarrées, par fortes gelées. Le brevet allemand n° 1 241 852 prévoit simplement à cette fin le réchauffage de l'eau des réservoirs d'eau, ce qui est insuffisant en cas de fortes gelées.On the other hand, the German patents n ° 1 241 852 and French patents n ° 1 552 731 and the German patent application DOS 2 250 058 concern the emptying of refrigerants with "dry" exchangers but, whereas this emptying is envisaged in particular there in view of the danger of frost, it does not appear at all how the described facilities could be put back into operation, that is to say filled and restarted, by severe frosts. The German Patent No. 1,241,852 simply provides for this purpose the heating of the water in the water tanks, which is insufficient in the event of severe frosts.

Enfin, le brevet FR 1 386 231 concerne lui la vidange partielle des échangeurs d'un réfrigérant pour réduire la surface d'échange dans le but, notamment, d'obvier aux dangers de gel. Une telle technique permet bien de maintenir le réfrigérant en service lorsque la température ambiante baisse jusqu'aux valeurs les plus basses mais, par contre, le démarrage par ces températures très basses n'est pas examiné et apparaft problématique.Finally, the patent FR 1 386 231 relates to the partial emptying of the exchangers of a refrigerant in order to reduce the exchange surface with the aim, in particular, of avoiding the dangers of freezing. Such a technique makes it possible to keep the refrigerant in service when the ambient temperature drops to the lowest values, but, on the other hand, starting at these very low temperatures is not examined and appears problematic.

Les basses températures ambiantes créent donc pour les réfrigérants atmosphériques à échangeurs "secs" des problèmes-de fonctionnement auxquels de nombreuses solutions ont été proposées sans toutefois que le problème du démarrage par temps de gel des échangeurs "secs" vidangés de leur fluide ait été résolu.The low ambient temperatures therefore create operating problems for atmospheric refrigerants with "dry" exchangers to which many solutions have been proposed without, however, the problem of starting in dry weather conditions of the "dry" exchangers drained of their fluid having been resolved. .

La présente invention a pour but de remédier à cette difficulté. L'invention, telle qu'elle est caractérisée dans les revendications,résout ce problème au moyen d'un circuit auxiliaire contenant un fluide incongelable aux températures ambiantes et compcrtant une source de chaleur pour échauffer le fluide incongelable et un échangeur de chaleur fluide incongelable - air atmosphérique. Ce circuit auxiliaire contient normalement en permanence son fluide incongelable, quelle que soit la température atmosphérique. Lorsque par temps de gel, il faut alimenter le circuit principal en fluide congelable, on met préalablement en service le circuit auxiliaire sous sa pleine charge thermique, un certain débit d'air traversant 1' échangeur fluide incongelable-air de ce circuit auxiliaire. La capacité d'échange de cet échangeur, la température d'entrée du fluide incongelable et le débit d'air sont choisis pour que l'air sorte de l'échangeur fluide incongelable-air à une température telle qu'il réchauffe l'échangeur fluide congelable-air situé en aval à une température qui ne risque plus de faire geler le fluide congelable lorsqu'on l'enverra dans l'échangeur fluide congelable-air atmosphérique.The object of the present invention is to remedy this difficulty. The invention, as characterized in the claims, solves this problem by means of an auxiliary circuit containing a fluid which cannot be thawed at ambient temperatures and which includes a heat source for heating the thawable fluid and a non-thawable fluid heat exchanger - atmospheric air. This auxiliary circuit normally normally contains its unfrozen fluid, whatever the atmospheric temperature. When in freezing weather, the main circuit must be supplied with freezable fluid, the auxiliary circuit is put into service beforehand under its full thermal load, a certain flow of air passing through the frost-free fluid-air exchanger of this auxiliary circuit. The exchange capacity of this exchanger, the inlet temperature of the unfrozen fluid and the air flow are chosen so that the air leaves the frost-free fluid-air exchanger at a temperature such that it heats the freezable fluid-air exchanger located downstream at a temperature which no longer risks freezing the freezable fluid when it is 'will send into the freezable fluid-atmospheric air exchanger.

Par conséquent, le réfrigérant conforme à l'invention est disponible à tout moment et peut, par temps de gel, être mis en service immédiatement, sans délai de préchauffage.Consequently, the refrigerant according to the invention is available at any time and can, in freezing weather, be put into service immediately, without delay in preheating.

L'invention sera décrite ci-après de façon plus détaillée en regard des dessins annexés représentant quatre variantes d'exécution, Sur ces dessins :

  • - la Fig. 1 est une vue schémat ique en élévation d'un réfrigérant atmosphérique suivant l'invention dans lequel le fluide congelable et le fluide incongelable sont des liquides ;
  • - la Fig. 2 est une vue schématique en élévation d'un second mode d'exécution de l'invention dans lequel le fluide congelable à refroidir est de la vapeur et le fluide incongelable un liquide ;
  • - la Fig. 3 est une vue schématique en élévation d'un troisième mode d'exécution de l'invention dans lequel les fluides congelable et incongelable sont des liquides qui sont échauffés à partir d'une source de chaleur extérieure ; et
  • - la Fig. 4 est une vue schématique en élévation d'un quatrième mode d'exécution de l'invention dans lequel le fluide congelable est un liquide et le fluide incongelable un gaz condensable.
The invention will be described below in more detail with reference to the accompanying drawings showing four alternative embodiments, In these drawings:
  • - Fig. 1 is a diagrammatic elevation view of an atmospheric refrigerant according to the invention in which the freezable fluid and the unfrozen fluid are liquids;
  • - Fig. 2 is a schematic elevation view of a second embodiment of the invention in which the freezable fluid to be cooled is steam and the unfrozen fluid a liquid;
  • - Fig. 3 is a schematic elevational view of a third embodiment of the invention in which the freezable and unfrozen fluids are liquids which are heated from an external heat source; and
  • - Fig. 4 is a schematic elevational view of a fourth embodiment of the invention in which the freezable fluid is a liquid and the unfrozen fluid a condensable gas.

En se reportant tout d'abord à la Fig. 1, une cellule de réfrigération 1 comporte successivement, d'amont en aval en considérant le sens d'écoulement de l'air atmosphérique indiqué par des flèches, un échangeur sec liquide incongelable-air atmosphérique 2, un échangeur sec liquide congelable-air atmosphérique 3, et un ventilateur 4. Le réfrigérant peut être constitué, soit d'une cellule de réfrigération 1 unique, soit d'un ensemble de cellules semblables disposées par exemple en ligne, ou en cercle dans une tour.Referring first to FIG. 1, a refrigeration cell 1 comprises successively, from upstream to downstream, considering the direction of flow of atmospheric air indicated by arrows, a non-freezing liquid dry exchanger- atmospheric air 2, a dry freezable liquid-atmospheric air exchanger 3, and a fan 4. The refrigerant can consist either of a single refrigeration cell 1 or of a set of similar cells arranged for example in line, or in a circle in a tower.

L'échangeur principal liquide congelable-air atmosphérique 3 est disposé dans un circuit principal 5 de liquide comprenant, du côté amont, une pompe 6 et une première vanne 7 d'isolation de l'échangeur 3 et, du côté aval , une seconde vanne 8 d'isolation de l'échangeur 3 et un échangeur 9 de chaleur entre le liquide congelable et le liquide incongelable. Le circuit principal 5 est complété par une vanne 10 de purge gazeuse montée en dérivation entre la vanne 7 et l'échangeur 3, par une vanne 11 de vidange montée en dérivation entre l'échangeur 3 et la vanne 8, et par une conduite de dérivation 12 comportant une vanne 13 et s'étendant entre l'entrée de la vanne 7 et la sortie de la vanne 8. Le liquide qui est mis en circulation dans le circuit principal 5 peut être de l'eau, par exemple celle de refroidissement d'une centrale électrique, ou tout autre liqui de approprié à refroidir, congelable aux températures ambiantes.The main freezable liquid-atmospheric air exchanger 3 is arranged in a main liquid circuit 5 comprising, on the upstream side, a pump 6 and a first valve 7 for isolating the exchanger 3 and, on the downstream side, a second valve 8 for isolating the exchanger 3 and a heat exchanger 9 between the freezable liquid and the unfrozen liquid. The main circuit 5 is completed by a gas purge valve 10 mounted in bypass between the valve 7 and the exchanger 3, by a drain valve 11 mounted in bypass between the exchanger 3 and the valve 8, and by a bypass 12 comprising a valve 13 and extending between the inlet of the valve 7 and the outlet of the valve 8. The liquid which is circulated in the main circuit 5 may be water, for example that of cooling from a power station, or any other liquid suitable for cooling, freezable at ambient temperatures.

Le circuit auxiliaire 14 dans lequel est monté l'échangeur 2 comprend en aval de celui-ci l'échangeur 9 liquide congelable-liquide incongelable et une pompe de circulation 15. Le liquide incongelable peut être par exemple un mélange d'éthylène glycol et d'eau ou tout autre liquide approprié incongelable aux températures ambiantes.The auxiliary circuit 14 in which the heat exchanger 2 is mounted comprises downstream of it the heat exchanger 9 freezable liquid-unfrozen liquid and a circulation pump 15. The unfrozen liquid may for example be a mixture of ethylene glycol and d water or other suitable liquid that cannot be frozen at ambient temperatures.

Dans le mode d'exécution qui vient d'être décrit, seules la cellule de réfrigération proprement dite 1 et éventuellement les vannes 10 et 11 sont soumises à l'air ambiant, les autres éléments du circuit principal et du circuit auxiliaire étant supposés être toujours à l'abri du gel, par exemple dans le hall d'une centrale électrique.In the embodiment which has just been described, only the actual refrigeration cell 1 and possibly the valves 10 and 11 are subjected to ambient air, the other elements of the main circuit and of the auxiliary circuit being assumed to be always frost-free, for example in the hall of a power plant.

Lorsque la cellule de réfrigération 1 est à l'arrêt, soit parce que l'ensemble du réfrigérant est arrêté, soit parce qu'il fonctionne à charge réduite, et qu'il y a risque do gel, la partie du circuit principal 5 exposée à l'air ambiant entre les vannes 7 et 8 est vidangée. Supposons maintenant que cette cellule de réfrigération doive être remise en service. Cette opération se fera suivant la séquence suivante :When the refrigeration cell 1 is stopped, either because all of the refrigerant is stopped, or because it operates at reduced charge, and there is a risk of freezing, the part of the main circuit 5 exposed the ambient air between valves 7 and 8 is drained. Now assume that this refrigeration cell must be returned to service. This operation will be done in the following sequence:

Les vannes 7 et 8 étant fermées et la vanne 13 étant ouverte, on met en service les pompes 6 et 15. La température du liquide principal congelable doit être relativement élevée, mais la charge thermique du circuit 5 (chaleur évacuée) ne peut encore être que faible. Le liquide congelable contourne l'échangeur principal 3 par la conduite de dérivation 12 et transmet sa chaleur au liquide incongelable dans l'échangeur 9. Le liquide incongelable réchauffe progressivement l'échangeur liquide incongelable-air 2. Lorsque celui-ci est suffisamment chaud, le ventilateur 4 est mis en marche, à sa petite vitesse s'il en a plus d' une. Ce ventilateur aspire l'air ambiant qui traverse d'abord l'échangeur 2 où il s'échauffe, puis l'échangeur principal 3 qu'il va réchauffer. La charge thermique du circuit principal 5 est alors suffisamment faible pour que l'échangeur 2 travaille à température élevée bien qu'étant traversé par de l'air très froid.The valves 7 and 8 being closed and the valve 13 being open, the pumps 6 and 15 are put into service. The temperature of the main freezable liquid must be relatively high, but the thermal load of circuit 5 (heat removed) cannot yet be that weak. The freezable liquid bypasses the main exchanger 3 by the bypass line 12 and transmits its heat to the unfrozen liquid in the exchanger 9. The unfrozen liquid progressively heats the unfrozen liquid-air exchanger 2. When the latter is sufficiently hot, the fan 4 is started, at its low speed if it has more than one. This fan draws in ambient air which first passes through the exchanger 2 where it heats up, then the main exchanger 3 which it will heat. The thermal load of the main circuit 5 is then low enough for the exchanger 2 to work at a high temperature although it is traversed by very cold air.

Dès que l'échangeur principal 3, encore vide, a atteint une température suffisante vis-à-vis de la température de congélation du liquide principal, les vannes 7 et 8 sont ouvertes, et la vanne 13 est ensuite fermée. On procède alors à la purge de l'air ou du gaz non condensable (azote, par exemple, utilisé pour éviter la corrosion) que contenait l'échangeur 3, en ouvrant la vanne 10 jusqu'à ce que le liquide principal commence à arriver. Immédiatement avant de procéder au remplissage de l'échangeur principal 3, on peut avoir par exemple les combinaisons suivantes de températures:As soon as the main exchanger 3, still empty, has reached a sufficient temperature with respect to the freezing temperature of the main liquid, the valves 7 and 8 are open, and the valve 13 is then closed. We then proceed to purge the air or non-condensable gas (nitrogen, for example, used to avoid corrosion) that contained the exchanger 3, by opening the valve 10 until the main liquid begins to arrive . Immediately before filling the exchanger principal 3, one can have for example the following combinations of temperatures:

EXEMPLE 1 -EXAMPLE 1 -

Température air ambiant : -15°C. Le ventilateur tourne à sa vitesse nominale.

Figure imgb0001
Ambient air temperature: -15 ° C. The fan rotates at its nominal speed.
Figure imgb0001

EXEMPLE 2 -EXAMPLE 2 -

Température air ambiant : -25°C. Le ventilateur tourne à mi-vitesse.

Figure imgb0002
Ambient air temperature: -25 ° C. The fan rotates at half speed.
Figure imgb0002

On constate que dans les deux cas, la température de l'échangeur vide a été ramenée à -4°C ce qui, compte tenu de la température d'entrée du liquide congelable,qui peut être différente de 65°C, et de la longueur de l'échangeur des exemples considérés, permet déviter le gel de celui-ci pendant le remplissage de l'échangeur 3. Bien entendu, la température à laquelle doit être réchauffé l'échangeur pour éviter le gel du liquide congelable dépend de la température d'entrée de ce liquide et de la longueur des éléments, tubes ou analogues de l'échangeur.It can be seen that in both cases, the temperature of the empty exchanger has been brought down to -4 ° C. which, taking into account the inlet temperature of the freezable liquid, which may be different from 65 ° C., and the length of the exchanger of the examples considered, makes it possible to avoid the freezing thereof during filling of the exchanger 3. Of course, the temperature to which the exchanger must be heated to avoid freezing of the freezable liquid depends on the temperature inlet of this liquid and the length of the elements, tubes or the like of the exchanger.

Une fois l'échangeur 3 purgé du gaz qu'il contenait, on ferme la vanne 10 et la cellule de réfrigération 1 fonctionne de façon classique. Le circuit auxiliaire 14 peut être alors, soit maintenu en fonctionnement, auquel cas l'échangeur 2 évacue indirectement une partie des calories du fluide congelable et accroft la charge thermique de la cellule, soit arrêté en arrêtant la pompe 15, ce qui permet notamment de diminuer la consommation d'énergie.Once the exchanger 3 has purged of the gas it contained, the valve 10 is closed and the refrigeration cell 1 operates in a conventional manner. The auxiliary circuit 14 can then be either kept in operation, in which case the exchanger 2 indirectly evacuates part of the calories from the freezable fluid and increases the thermal load of the cell, or is stopped by stopping the pump 15, which in particular makes it possible to decrease energy consumption.

On se référera maintenant à la Fig. 2 qui montre une première variante d'exécution dans laquelle les mêmes numéros de référence que ceux utilisés à la Fig. 1, mais affectés de l'indi ce a, ont ét é utilisés pour désigner des parties identiques ou semblables.We will now refer to FIG. 2 which shows a first variant in which the same reference numbers as those used in FIG. 1, but assigned the index a, have been used to designate identical or similar parts.

Dans ce réfrigérant, le fluide principal congelable est une vapeur qui se condense dans l'échangeur 3a , qui est donc un aérocondenseur. Pour la clarté du dessin, la partie du circuit principal 5 dans laquelle circule la vapeur a été représentée sous forme d'une conduite large et la partie de ce circuit où circule le liquide sous forme d'une conduite étroite. L'échangeur 9a est ici un petit condenseur refroidi par le liquide incongelable du circuit auxiliaire 14a, qui peut être comme dans l'exemple précédent un mélange d'éthylène-glycol et d'eau. L'échangeur 9a est placé ici en parallèle avec l'échangeur 3a dans la conduite de dérivation 12a du circuit principal 5a, contrairement à la configuration représentée à la Fig. 1 où cet échangeur est placé en série, côté aval de l'échangeur 3, dans ce circuit.In this refrigerant, the main freezable fluid is a vapor which condenses in the exchanger 3a, which is therefore an air condenser. For clarity of the drawing, the part of the main circuit 5 in which the steam circulates has been shown in the form of a wide pipe and the part of this circuit where the liquid circulates in the form of a narrow pipe. The exchanger 9a is here a small condenser cooled by the unfrozen liquid of the auxiliary circuit 14a, which can be, as in the previous example, a mixture of ethylene glycol and water. The exchanger 9a is placed here in parallel with the exchanger 3a in the bypass line 12a of the main circuit 5a, unlike the configuration shown in FIG. 1 where this exchanger is placed in series, downstream side of the exchanger 3, in this circuit.

Dans l'exemple de la Fig. 2, les échangeurs 3a et 9a étant des condenseurs, la disposition en parallèle est nécessaire pour que les deux condenseurs reçoivent de la vapeur à leur entrée, tandis que lorsque l'échangeur fluide-congelable-fluide incongelable est un échangeur liquide-liquide, il peut être placé soit en parallèle, soit en série, et, dans ce dernier cas, soit en amont, soit en aval de l'échangeur principal. Dans ce dernier cas, 1 'échangeur principal est attaqué par le fluide congelable à sa température maximale, ce qui est préférable tant par temps de gel (moindre risque de gel) , que par temps chaud (meilleur refroidissement parce que la circulation relative de l'air et du fluide congelable est plus ou moins à contre-courants, tandis qu'elle est plus ou moins du type à courants parallèles dansle cas d'un positionnement amont de l'échangeur 9 du circuit auxiliaire). Quant à ce dernier, il peut fonctionner soit à courants parallèles (cas de la Fig. 1), soit à contre-courants.In the example of FIG. 2, the exchangers 3a and 9a being condensers, the arrangement in parallel is necessary so that the two condensers receive steam at their inlet, while when the exchanger fluid-freezable-unfrozen fluid is a liquid-liquid exchanger, it may be placed either in parallel or in series, and, in the latter case, either upstream or downstream of the main exchanger. In the latter case, the main exchanger is attacked by the freezable fluid at its maximum temperature, which is preferable both in freezing weather (less risk of freezing), and in hot weather (better cooling because the relative circulation of the air and freezable fluid is more or less against the current, while it is more or less of the type with parallel currents in the case of an upstream positioning of the exchanger 9 of the auxiliary circuit). As for the latter, it can operate either with parallel currents (case of Fig. 1), or against currents.

Le fonctionnement de cette variante est le même que celui du réfrigérant de la Fig. 1 à ceci près que la vapeur se condense dans les échangeurs 3a et 9a et que le condensat, dans l'aérocondenseur 3a, comme dans le condenseur auxiliaire 9a, s'écoule d'abord par gravité, dans une ou deux baches de condensat (non représentées), avant d'être repris par la pompe 6a, laquelle est placée en sortie au lieu d'être placée a l'entrée du circuit principal comme à la Fig. 1. On notera que la présence de la vanne 13a dans la conduite de dérivation 12a, dans laquelle est également monté l'échangeur 9a, est facultative, mais qu'il peut être préférable de la prévoir si l'on désire pour une raison quelconque, par exemple pour assurer l'entretien ou entreprendre une réparation, mettre hors service l'échangeur 9a. Ceci constitue d'ailleurs un avantage du montage parallèle sur le montage série qui ne permet pas une telle mise hors service, sauf si l'on prévoit une conduite de dérivation munie d'une vanne (non représentées) en parallèle avec l'échangeur fluide congelable-fluide incongelable.The operation of this variant is the same as that of the refrigerant of FIG. 1 except that the vapor condenses in the exchangers 3a and 9a and that the condensate, in the air condenser 3a, as in the auxiliary condenser 9a, flows first by gravity, in one or two condensate covers ( not shown), before being taken up by the pump 6a, which is placed at the outlet instead of being placed at the inlet of the main circuit as in FIG. 1. It will be noted that the presence of the valve 13a in the bypass line 12a, in which the exchanger 9a is also mounted, is optional, but that it may be preferable to provide it if it is desired for any reason. , for example to ensure maintenance or to carry out a repair, put exchanger 9a out of service. This also constitutes an advantage of parallel mounting over serial mounting which does not allow such decommissioning, unless a bypass pipe provided with a valve (not shown) is provided in parallel with the fluid exchanger. freezable-unfrozen fluid.

. A la Fig. 3, où les numéros de référence utilisés à la Fig. 1 ont été affectés de la lettre b pour désigner des éléments correspondants, est représentée une installation semblable à celle de la Fig. 1 mais où il n'y a pas d'échangeur fluide congelable-fluide incongelable, la source de chaleur 16 du fluide incongelable étant de nature quelconque et pouvant être avantageusement la même source que celle du fluide congelable principal, par exemple, pour une centrale électrique, le condenseur de la vapeur de la turbine (non représenté), qui est dans ce cas un condenseur à deux circuits de refroidissement, un circuit principal et un circuit auxiliaire, ce dernier fonctionnant nécessairement en condenseur par surface. Le fonctionnement de cette variante est par ailleurs identique à celui du réfrigérant de la Fig.l.. In Fig. 3, where the reference numbers used in FIG. 1 have been given the letter b to designate corresponding elements, an installation similar to that of FIG. 1 but where there is no freezable fluid-frost-free fluid exchanger, the heat source 16 of the frost-free fluid being of any kind and may advantageously be the same source as that of the main freezable fluid, for example, for a power station electric, the turbine steam condenser (not shown), which in this case is a condenser with two cooling circuits, a main circuit and an auxiliary circuit, the latter necessarily operating as a condenser per surface. The operation of this variant is also identical to that of the refrigerant in FIG.

Dans cette variante de la Fig. 3, le prélèvement de la chaleur de démarrage directement à une source de chaleur extérieure et non à un échangeur fluide congelable-fluide incongelable permet d'éviter les pertes de charge que subit en permanence le fluide congelable dans un tel échangeur.In this variant of FIG. 3, the removal of the start-up heat directly from an external heat source and not from a freezable fluid-frost-free fluid exchanger makes it possible to avoid pressure drops which the freezable fluid permanently undergoes in such an exchanger.

Enfin, la Fig. 4 sur laquelle les mêmes numéros de référence que ceux de la Fig. 1, mais affectés de la lettre c ont été utilisés pour désigner les éléments correspondants, représente une installation semblable à celle de la Fig. 1 mais où le fluide incongelable est un gaz condensable et incongelable aux températures ambiantes tel que, par exemple, l'ammoniac ou certains dérivés chlorofluorés du méthane ou de l'éthane L'échangeur 9c est ici un bouilleur ou évaporateur, et l'échangeur 2c est un condenseur. La partie du circuit auxiliaire 14c conduisant la vapeur de l'évaporateur 9c au condenseur 2c est représentée sous forme d'une conduite large, tandis que la partie de ce circuit ramenant le condensat du condenseur à l'évaporateur est représentée sous forme d'une conduite étroite. La circulation du fluide incongelable se fait ici par thermosiphon, sans organe mécanique tel la pompe 15 : le condensat s'écoulant par gravité dans l'aérocondenseur 2c libère un volume aspirant la vapeur à travers la conduite amont du circuit 14c.Finally, FIG. 4 on which the same reference numbers as those of FIG. 1, but assigned the letter c have been used to designate the corresponding elements, represents an installation similar to that of FIG. 1 but where the frost-resistant fluid is a gas which can be condensed and cannot be thawed at ambient temperatures such as, for example, ammonia or certain chlorofluorinated derivatives of methane or ethane. The exchanger 9c is here a boiler or evaporator, and the exchanger 2c is a condenser. The part of the auxiliary circuit 14c leading the vapor from the evaporator 9c to the condenser 2c is represented in the form of a wide pipe, while the part of this circuit bringing the condensate from the condenser to the evaporator is represented in the form of a narrow driving. The circulation of the unfrozen fluid is done here by thermosiphon, without mechanical organ such as the pump 15: the condensate flowing by gravity into the air condenser 2c releases a volume sucking the vapor through the upstream pipe of the circuit 14c.

Le réfrigérant suivant l'invention présente entre autres les avantages suivants :

  • - permettre le démarrage à froid d'un réfrigérant atmosphérique à échangeur sec par temps de gel ;
  • - l'échangeur 2 et l'échangeur 3 peuvent constituer une batterie unique dont les premiers éléments (ceux en amont dans le flux d'air) sont parcourus par le fluide incongelable et les autres par le fluide congelable ; en outre, dans le cas où le fluide incongelable est chauffé par le fluide congelable ou par le fluide primaire que refroidit le fluide congelable, le circuit auxiliaire contribue à l'évacuation de la totalité de la chaleur à évacuer, sans surdimensionnement de l'installation globale ;
  • - lorsqu'une installation est mise en service en hiver le fluide incongelable est immédiatement disponible pour évacuer la charge calorifique dès avant le remplissage du circuit principal.
The refrigerant according to the invention has inter alia the following advantages:
  • - allow cold start of an atmospheric refrigerant with dry exchanger in freezing weather;
  • - the exchanger 2 and the exchanger 3 can constitute a single battery, the first elements (those upstream in the air flow) are traversed by the unfrozen fluid and the others by the freezable fluid; in addition, in the case where the unfrozen fluid is heated by the freezable fluid or by the primary fluid which the freezable fluid cools, the auxiliary circuit contributes to the evacuation of all the heat to be evacuated, without oversizing the installation. overall;
  • - when an installation is commissioned in winter, the frost-resistant fluid is immediately available to evacuate the heat load before filling the main circuit.

Le réfrigérant est donc opérationnel à tout moment, sans délai de préchauffage ;

  • - par très basses températures extérieures et lorsque la charge est faible, le circuit auxiliaire peut assurer à lui seul l'évacuation des calories sans remplissage du circuit principal ;
  • - l'existence de deux circuits séparés donne au réfrigérant une sécurité complémentaire de fonctionnement ;
  • - en fonctionnement normal hivernal, l'air attaquant le premier rideau de tubes de l'échangeur du circuit principal a été préchauffé par l'échangeur du circuit auxiliaire. On réduit ainsi les risques de gel dans les tubes de l'échangeur du circuit principal ;
  • - l'énergie de préchauffage des éléments peut être prise sur l'énergie à dissiper et non à une source de chaleur extérieure ;
  • - l'invention permet de supprimer les systèmes complexes telles que les persiennes mobiles, ainsi que leurs éventuels moyens de motorisation et de régulation, l'absence de ces persiennes facilitant en outre fortement l'accès aux éléments du réfrigérant pour leur examen et leur entretien périodiques ;
  • - enfin, la perte de charge aéraulique créée par l'échangeur parcouru par le fluide incongelable n'est pas une perte de charge supplémentaire parce que cet échangeur contribue à l'évacuation de la chaleur et permet donc de réduire la surface d'échange et, en conséquence, la perte de charge aéraulique de l'échangeur principal.
The refrigerant is therefore operational at all times, with no preheating delay;
  • - at very low outside temperatures and when the load is low, the auxiliary circuit alone can dissipate calories without filling the main circuit;
  • - the existence of two separate circuits gives the refrigerant additional operational safety;
  • - in normal winter operation, the air attacking the first curtain of tubes of the main circuit exchanger was preheated by the exchanger of the auxiliary circuit. This reduces the risk of freezing in the heat exchanger tubes of the main circuit;
  • - the preheating energy of the elements can be taken from the energy to be dissipated and not from an external heat source;
  • - The invention eliminates complex systems such as mobile shutters, as well as their possible means of motorization and regulation, the absence of these shutters further greatly facilitating access to the elements of the refrigerant for their examination and maintenance periodicals;
  • - finally, the air pressure drop created by the exchanger through which the unfrozen fluid flows is not an additional pressure drop because this exchanger contributes to the evacuation of heat and therefore makes it possible to reduce the exchange surface and , consequently, the air pressure drop of the main exchanger.

Bien entendu, l'invention peut également s'appliquer aux réfrigérants à tirage naturel. par exemple à un réfrigérant dont les batteries sont disposées conformément au brevet français FR 2 292 944.Of course, the invention can also be applied to refrigerants with natural draft. for example to a refrigerant whose batteries are arranged in accordance with French patent FR 2 292 944.

Dans la procédure de démarrage d'un tel réfrigérant à partir de batteries vides et froides, l'opération d'enclenchement des ventilateurs est remplacée par l'amorçage du tirage naturel, amorçage facilité par la position horizontale et interne à la torr d'une partie des batteries. Le chauffage des échangeurs auxiliaires a lieu de préférence simultanément pour l'ensemble du réfrigérant, et non pas successivement pour chaque cellule de réfrigération, afin que la cheminée soit chauffée à la base sur tout son pourtour, isolant ainsi l'intérieur de la cheminée à sa base et permettant l'amorçage du tirage.In the procedure for starting such a refrigerant from empty and cold batteries, the operation of switching on the fans is replaced by priming the natural draft, priming facilitated by the horizontal and internal position at the torr of a part of the batteries. The heating of the auxiliary exchangers preferably takes place simultaneously for all of the refrigerant, and not successively for each refrigeration cell, so that the chimney is heated at its base all around, thus insulating the interior of the chimney to its base and allowing the initiation of the draft.

Bien entendu de nombreuses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi, par exemple, que l'on peut combiner différemment les exemples de circuits principal et auxiliaire décrits et que l'on pourrait également utiliser comme f uide incongelable un gaz inerte non condensable aux températures ambiantes et aux pressions de fonctionnement.Of course, numerous modifications can be made to the embodiments described without departing from the scope of the invention. This is how, for example, we can combine the examples of main circuit and auxiliary described and which could also be used as unfrozen fluid an inert gas not condensable at ambient temperatures and operating pressures.

Claims (9)

1. - Réfrigérant atmosphérique, du type dans lequel un fluide congelable aux températures ambiantes et s'écoulant dans un échangeur de chaleur fluide congelable-air atmosphérique (3; 3a ; 3b; 3c) est refroidi dans ce dernier par mise en contact indirect avec un flux d'air atmosphérique, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit auxiliaire (14 ; 14a ; 14b ; 14c) d'un fluide incongelable aux températures ambiantes, ledit circuit auxiliaire comprenant au moins une source de chaleur (9 ; 9a; 16; 9c) pour échauffer le fluide incongelable et un échangeur de chaleur fluide incongelable-air atmosphérique (2 ; 2a ; 2b ; 2c) disposé dans le flux d'air en amont de l'échangeur fluide congelable-air atmosphérique pour réchauffer l'air atmosphérique avant son passage dans l'échangeur fluide congelable-air atmosphérique (3 ; 3a ; 3b ; 3c).1. - Atmospheric refrigerant, of the type in which a fluid which can be frozen at ambient temperatures and which flows in a freezable fluid-atmospheric air heat exchanger (3; 3a; 3b; 3c) is cooled in the latter by indirect contact with an atmospheric air flow, characterized in that it comprises an auxiliary circuit (14; 14a; 14b; 14c) of a fluid which cannot be frozen at ambient temperatures, said auxiliary circuit comprising at least one heat source (9; 9a; 16; 9c) for heating the unfrozen fluid and an unfrozen fluid-atmospheric air heat exchanger (2; 2a; 2b; 2c) arranged in the air flow upstream of the freezable fluid-atmospheric air exchanger to heat the atmospheric air before it passes through the freezable fluid-atmospheric air exchanger (3; 3a; 3b; 3c). 2. - Réfrigérant atmosphérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide incongelable est un liquide et le circuit auxiliaire comporte une pompe de circulation (15 ; l'sa ; 15b).2. - atmospheric refrigerant according to claim 1, characterized in that the unfrozen fluid is a liquid and the auxiliary circuit comprises a circulation pump (15; l'sa; 15b). 3. - Réfrigérant atmosphérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide incongelable est un gaz condensable, la source de chaleur (9c) étant un bouilleur ou évaporateur et 1 'échangeur fluide incongelable-air atmosphérique (2c) étant un condenseur.3. - Atmospheric refrigerant according to claim 1, characterized in that the unfrozen fluid is a condensable gas, the heat source (9c) being a boiler or evaporator and one exchanger freeze-freezing atmospheric air (2c) being a condenser. 4. - Réfrigérant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la source de chaleur (9 ; 9a ; 9c) est constituée par un échangeur de chaleur fluide congelable-fluide incongelable.4. - Refrigerant according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the heat source (9; 9a; 9c) is constituted by a heat exchanger freezable fluid-unfrozen fluid. 5. - Réfrigérant selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur fluide congelable-fluide incongelable (9 ; 9c) est disposé en série avec l'échangeur de chaleur fluide congelable-air atmosphérique (3 ; 3c) dans le circuit du fluide congelable (5 ; 5c).5. - Refrigerant according to claim 4, characterized in that the freezable fluid-frost-free fluid heat exchanger (9; 9c) is arranged in series with the freezable fluid-heat exchanger atmospheric air (3; 3c) in the freezable fluid circuit (5; 5c). 6. - Réfrigérant selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit principal (5 ; 5c) de fluide congelable comprend une conduite de dérivation (12 ; 12c) disposée en parallèle avec l'échangeur fluide congelable -air atmosphérique (3 ; 3c) pour court-circuiter ce dernier et une vanne (13 ; 13c) montée dans ladite conduite de dérivation (12 ; 12c).6. - Refrigerant according to claim 5, characterized in that the main circuit (5; 5c) of freezable fluid comprises a bypass line (12; 12c) arranged in parallel with the freezable fluid-atmospheric air exchanger (3; 3c) for short-circuiting the latter and a valve (13; 13c) mounted in said bypass line (12; 12c). 7. - Réfrigérant selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur fluide congelable-fluide incongelable (9a) est disposé en parallèle avec l'échangeur de chaleur fluide congelable-air atmosphérique (3a) dans le circuit de fluide congelable (5a).7. - Refrigerant according to claim 4, characterized in that the freezable fluid-frost-free fluid heat exchanger (9a) is arranged in parallel with the freezable fluid-atmospheric air heat exchanger (3a) in the freezable fluid circuit (5a). 8. - Réfrigérant selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une vanne(13a) de mise hors service de l'échangeur fluide congelable-fluide incongelable (9a).8. - Refrigerant according to claim 7, characterized in that it comprises a valve (13a) for deactivation of the frozen-heat exchanger-unfrozen fluid (9a). 9. - Réfrigérant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la source de chaleur(16) est constituée par un échangeur de chaleur fluide primaire - fluide incongelable, ledit fluide primaire étant un fluide refroidi par le fluide congelable.9. - Refrigerant according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the heat source (16) consists of a heat exchanger primary fluid - unfrozen fluid, said primary fluid being a fluid cooled by the freezable fluid .
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