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PERFECTIONNEMENTS AUX TOURSDE REFRIGERATION.
La présente invention a pour objet des tours de réfrigération et un proaédé d'échange de chaleur dans lequel l'eau est refroidie à me- sure qu'elle est entraînée par la gravité, en utilisant des courants d' air produits artificiellement et dirigés à travers le liquide qui descend sous l'action de la pesanteur.
Bien que la technique à laquelle se rapporte la présente in- vention semble être très développée et-que beaucoup de choses aient été faites pour.obtenir les meilleurs résultats, la facture essentiellela disposition des éléments, et l'exécution des détails de construction n'ont pas, semble-t-il, été jusqu'ici combinées pour réaliser une tour de refroidissement composite du type précité, présentant toutes les ca- ractéristiques importantes et avantageuses qui seront indiquées.
La perfection d'une tour de réfrigération n'est réalisée que lorsque la quantité maximum de chaleur est rapidement et économiquement enlevée à l'eau. Les divers éléments doivent être fabriques facilement et à bon marché, être de longue durée et d'une surveillance ainsi que d' un entretien facile. En outre, en se plaçant au point de vue économique, les dépenses d'exploitation nécessaires doivent être maintenues à un mi- nimum en éliminant le plus possible le gaspillage et la consommation inutile de force motrice.
Certaines erreurs que présentent les procédés habituels et les tours de réfrigération, que la présente invention tend à supprimer, peuvent être tout d'abord énumérées et ensuite exposées plus complètement.
1 - Remise en circulation d'air évacué chaud saturé.
Le passage de grands volumes d'air chaud d'évacuation dans l'aspiration concentrée et puissante des ventilateurs mécaniques, est peut être le facteur le plus important qui donne lieu à des pertes et qui diminue
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le rendement dans cette matière.
2 - Perte élevée de tirage. La résistance au libre écoulement de l'air est provoquée par les éléments de construction nécessaires, tels que plancherstuyauteries de distribution, éliminateurs de matières en- traînées et même par l'eau en cours de chute elle-même, et.$) à moins d'y avoir soigneusement porté attention une augmentation de la puissance du ventilateur est nécessaire pour déplacer un volume d'air fixé à l'avance.
3 - L'usure des éléments de remplissage en bois. La nécessité de remplacer fréquemment les pièces en bois en raison de l'effet nuisible de l'eau sur celles-ci, pose divers problèmes de réparation.$) et des ques- tiôns de sécurité en ce qui concerne l'équipement supporté,
4 - 'Dégâts subis par l'équipement mécanique.Le fait que le mé- canisme est au'voisinage immédiat de l'atmosphère humide dans laquelle les tours deréfrigération doivent fonctionner.$) entraine des dépenses élevées de réparations'et de remplacement.
5 - Accessibilité des éléments mécaniques et constructifs.
Les procédés que l'on a proposés pour éliminer certaines des difficultés que l'on rencontre dans cet ordre d'idées.$) ont augmenté considérablement les frais de production-, de montage et d'entretien, uniquementen raison de la mauvaise disposition des éléments constructifs.
6 - Pression élevée de pompage.. Les efforts que l'on a tentés pour venir à bout,des autres difficultés ont eu pour résultat une augmen- tation des dépenses de fonctionnement par suite de l'obligation de refou- ler l'eau à de grandes hauteurs. '
En conséquence, le premier objet de la présente invention est une tour de réfrigération qui résout positivement et efficacement tous les problèmes précités sans créer des difficultés nouvelles et encore plus gênantes que celles rencontrées jusqu'ici.
'Le plus important objet de la présente invention consiste en un procédé de réfrigération qui comporte en combinaison l'écoulement par gravité du liquide destiné à être réfrigéré; l'écoulement transver- sal de courant d'air produit artificiellement pour refroidir le liquide tombant par gravité; la réception des courants d'air chauds., et leur envoi verticalement vers un point.où l'air évacué ne sera pas remis en circulation.
.L'invention a également pour objet l'élimination des pertes de charge dans une tour de réfrigération grâce à l'aménagement d'un cou- rant d'air transversal comme décrit ci-dessus en combinaison avec des éléments de garnissage destinés à recevoir l'eau tombant sous l'effet de la pesanteur, ees éléments comportant plusieurs planchers superposés formés de lames offrant à l'air des passages présentant une faible résistance aux libres courants d'air refoulés.
L'invention est également relative à un équipement mécanique pour refouler le courant d'air à travers une tour de réfrigération., équi- pement qui peut être fixé sur une fondation de base de la tour et dans le- quel le groupe-de ventilation est facilement accessible et est moins sus- ceptible d'être détérioré par l'atmosphère humide dans laquelle la tour doit fonctionner.
.La présente invention vise également la disposition de la cuve a .eau chaude -pour,@ qu'elle 'soit facilement accessible; la manière suivant laquelle on a pratiqué un orifice vertical de sortie d'air qui peut atteindre des hauteurs variées selon certains facteurs tels que le nombre .d'unités utilisées dans un ensemble et leur disposition; la manière suivant laquelle on a prévu, un éliminateur de matières entraînées de façon à écarter, le plus efficacement possible, l'eau entraînée dans les courants d'air et à modifier efficacement le parcours de l'airtout cela sans entraîner la nécessité d'une augmentation appréciable de l'en-
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combrement de la tour elle-même;
les autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description détaillée qui va suivre, complétée par le dessin annexés qui donne à titre d'exem- ple non limitatif un mode préféré de mise en oeuvre de la présente inventions Aux dessins
La figure 1 est une vue en coupe verticale transversale d'un ex- emple de réalisation d'une tour de réfrigération à écoulement transversal et tirage forcée cette tour étant construite conformément à la présente invention;
la figure 2 est une vue de profil en élévation d'une tour de réfrigération comportant les caractéristiques précitées dans un autre mode de réalisation de 1-'invention; la figure 3 est une vue en plan prise d'en haut de la tour de réfrigération représentée sur la figure 2 et la figure 4 est une vue partielle à plus grande échelle en cou- pe transversale par IV-IV de la figure 3.
Les éléments composant la tour de réfrigération représentée sur la figure 1 comprennent une fondation de base 10 qui supporte, tous les élé- ments constitutifs de la tour et qui est établie de préférence pour la com- modité et l'économie de la construction de manière à former un bassin re- cevant l'eau froide., désigné d'une façon générale par le nombre 12.
Une construction'creuse ou enceinte 14 présente, à l'une de ses extrémités 16,une communication sensiblement complète avec un tube d'en- trée d'air 18 qui, à son tour reçoit un ventilateur rototatif 20 destiné à créer et à refouler les courants 6'air artificiels dans la direction in- diquée par les flèches sur la figure 1.
Le ventilateur 20 et une source d'énergie convenable pour l'entraîner (non' représentée) sont fixés rigidement sur la base de fondation 10 et cet en= semble moteur complet est ainsi rendu facilement accessible pour l'entre- tien la réparation et la surveillance de son fonctionnement à tous instants.
Il y a lieu de remarquer que la hauteur verticale du tube d'en- trée 18 est sensiblement la même que la hauteur d'un ensemble de remplissa- ge ou de garnissage.désigné d'une façon générale par le nombre 22 est dis- posé à l'intérieur de la construction 14; de même la largeur du tube 18 à son extrémité intérieureest sensiblement la même que la largeur de l' ensemble 22.
L'extrémité d'admission s'évasant vers l'extérieur, du tube 18 fonctionne de manière à rendre le ventilateur 20 tout à fait efficace dans son action de déplacement d'un volume d'air maximum sans qu'il y ait dimi- nution du déplacement d'air en quelques points sur toute la longueur des pales 20 ou sur le diamètre tout entier du tube 18..
La construction 14 présente à sa partie supérieure une ouvertu- re destinée à recevoir une cuve 24, relativement peu profonde, où se ras- semble le liquide chaud, cuve comportant un fond 26 dont la surface présen- te sensiblement, les mêmes dimensions que la section transversale de l'en- semble de garnissage 22 qu'elle recouvreo Le fond 26 présente plusieurs trous ou ajutages 28 destinés à l'évacuation du liquide donnant libre passage à l'eau en provenance de la cuve 24 et se dirigeant vers l'ensemble 22 sous Inaction de la gravité. Un plancher distributeur.. non représentée peut être utilisé entre le fond 26 et l'extrémité supérieure de l'ensemble 22, pour assurer un écoulement uniforme du liquide sur toute la section transversa- le de l'ensemble 22, si on le désire.
On se rend compteen outre,, que la cuve 24 peut être munie d' un couvercle pour s'opposer aux effets nuisibles du soleil sur l'eau. tels que la formation d'algues, mais son absence.,, comme dans l'exemple donné sur le dessin n'a aucune influence sur l'ensemble du fonctionnement de la tour
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de réfrigération elle-même.
L'extrémité de l'enceinte 14, opposée à la paroi extrême 16 de celle-ci,s'étend au-delà de l'ensemble 22 et présente une partie de logement 30 destinée à recevoir les courants d'air refoulés depuis l'en- semble 22 et à les diriger vers le haut au-dessus du niveau supérieur de la cuve 24. La partie de logement 30 est ouverte à son extrémiré inférieu- re et se trouve en face d'une partie du bassin 12 qui s'étend au-delà de l'ensemble 22.
L'extrémité supérieure de la partie de logement 30 est de la même façon ouverte et communique avec une cheminée tubulaire 32 qui peut avoir toute hauteur convenable., comme il sera exposé plus complète- ment par la suite, de manière à évacuer efficacement l'air verticalement vers un point où celui-ci n'est pas susceptible de repasser dans le tube 18,et de là à travers l'ensemble 22.
.Un éliminateur de matières entrainées 34 est prévu à l'intérieur de la partie de logement 30 pour éliminer l'eau qui est entraînée dans l' air provenant de l'ensemble 22, cet éliminateur présentant la même éten- due en largeur que l'ensemble 22. L'éliminateur 34 peut être d'un type connu en ce sens qu'il est constitué par un grand nombre de lamelles in- clinées; l'éliminateur 34 tout entier est inclinée par rapport à la base 10, vers le haut dans la direction de l'extrémité supérieure de l'ensemble 22.
Par suite.\) l'éliminateur de matières entraînées 34 recoupe le trajet des courants d'aire indiqués par les flèches sur la figure l; l'eau enlevée à cet air est libre de tomber par son propre-poids dans le bassin sous-jacent 12.
Bien que la forme; exacte de l'éliminateur 34 puisse varier, la disposition qui est représentée, est avantageuse pour plusieurs raisons.
Etant donné qu'il est incliné par rapport à la paroi verticale la plus proche de l'ensemble 22, il présente une surface efficace notablement plus grande que la section verticale transversale de l'ensemble 22. Pour cette raison, une surface accrue se trouve présentée.. surface que heurte l'air ce qui élimine l'eau entraînée par ce dernière eau qui a tendance à aller contre cette surface lorsqu'elle sort de l'ensemble 22.
En outreun espa- ce relativement grand se trouve à l'intérieur de l'enceinte 14 entre l'éli- minateur 34 et l'ensemble 22, espace à l'intérieur duquel une quantité no- table d'eau entraînée tombe par son poids dans le bassin 12 avant d'entrer en contact avec l'éliminateur 34, augmentant ainsi le rendement de celui- ci pour l'élimination de l'eau qui ne tombe pas par son propre poids dans le bassin 120
Tout en présentant la caractéristique importante d'évacuer l'air verticalement 1?éliminateur 34 joue également un rôle important en canali- sant convenablement l'air au moment où il passe de l'ensemble 22 à la che- minée 32.
L'éliminateur 34 modifie la direction du déplacement de'l'air de- puis l'horizontale jusqu'à la verticale à l'intérieur de la partie de loge- ment 30, évitant ainsi la production de turbulence dans cette partie.\) accé- lérant la vitesse de déplacement de l'aira empêchant les poches d'air, aug- mentant l'écoulement libre été de plus encore, réduisant les pertes de char- geo
L'ensemble 22 est de préférence fabriqué entièrement en bois (quoique d'autres matières premières aient été et soient encore utilisées) et comprend plusieurs couches 36 séparées les unes des autres.\) de lamelles horizontales 38 présentant des passages libres pour l'écoulement de l'air provenant du tube 18 et se dirigeant vers la partie de logement 30.
Les lamelles 38 de chaque couche sont décalées par rapport aux lamelles des couches situées au-dessous,,, formant ainsi un trajet sinueux pour le liqui- de. provenant de la cuve 24 et tombant par son poids dans le bassin 12 situé au-dessous. Des moyens convenables non représentés peuvent être pré- vus pour remettre en circulation le liquide provenant du bassin 12 et pour le pomper vers le haut dans la cuve 24.
-.L'importance des mouvements d'air transversaux prévus dans cet
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arrangement par opposition avec le principe du contre-courant ne peut être trop appréciée.Les bords relativement étroits des lamelles 38 et le liqui- de tombant par son poids présentent une résistance minimum à un écoulement horizontal d'air à travers l'ensemble 22. Dans les tours comportant un écou- lement d'air vertical à l'intérieur de l'ensemble 22, dans une direction opposée à celle du déplacement du liquide, la résistance à l'écoulement de l'air opposée par les lamelles 38 relativement larges et d'écalées, ainsi que par le liquide lui-même,, donne lieu à une diminution du rendement de l'ensemble.
La manière dont un nombre relativement grand de caractéristiques avantageuses ont été combinées pour constituer une tour de refroidissement et pour'résoudre tous les problèmes exposés au débuta devient maintenant évidente pour l'homme de l'art.
En plaçant le ventilateur 20 et ses éléments dans l'extrémité servant d' entrée d'air de la tour et en utilisant ainsi le tirage forcé, l'état de forte humidité de l'enceinte de refroidissement n'a pas d'effet nuisible sur les paliers les engrenages, les canalisations électriques.. les moteurs et autres pièces semblables constituant une partie de l'ensemble de venti- lateur 20.Dans le cas de tirage induite les tours de refroidissement pré- sentant le ventilateur et/ou son moteur directement dans le parcours de l'air humide.on doit utiliser un équipement spéciale onéreux, tel que des moteurs cuirasses,,, pour supposer à l'effet de l'état d'humidité.
En outre en disposant le ventilateur 20 et la totalité des pièces relativement lourdes qui le composent de manière qu'ils soient supportés directement par la fondation 10, on réalise un montage plus ri- gide que dans le cas où on les dispose à de grandes hauteurs au-dessus de la cuve 24, de l'ensemble 22 ou de l'éliminateur de matières entraînées 34 comme, par exemple,,, à l'intérieur de la cheminée tubulaire 32.
Finalement en ce qui concerne l'appareil mécanique de dépla- cement d'air lorsqu'on le dispose comme prévu ci-dessus, les réparations et/ou le remplacement de différentes pièces, sont relativement simples.
Un autre avantage d'une très grande importance réside dans la direction du déplacement du courant d'air par rapport au parcours du li- quide à l'intérieur de l'ensemble 22. L'écoulement de liquide offre une faible résistance à l'écoulement de l'air et, pour cette raison, il n'est pas nécessaire d'utiliser un moteur plus fort pour faire fonctionner le ventilateur 20.
En' outre. l'air qui se déplace à travers la tour rencontre une résistan- ce minimum dans les lamelles 38 elles-mêmes à cause des intervalles exis- tant entre les couches 36 de celles-ci.
On peut en prévoyant une combinaison des caractéristiques de construction exposées ci-dessus, réaliser une tour de réfrigération rela- tivement basse, et par ce moyen., diminuer la charge de la pompe pour ce qui est du transport du liquide depuis le bassin 12 jusqu'à la cuve 24.
Un autre avantage réside dans la facilité avec laquelle l'en- semble 22 tout entier peut être déplacé pour réparations et/ou pour rem- placement, comme cela devient souvent nécessaire en raison de l'effet des- tructeur de l'eau,sur les lamelles 38 et,sur le bâti qui les supporte.
Les avantages de l'utilisation du bois pour cette construction sont bien connus par les hommes de l'art et les difficultés relatives à la destruction assez rapide du bois par l'action de l'eau. chimiquement ou autrement sont également bien connues.
Dans ces conditions, l'inconvénient de la disposition du groupe de ven- tilation 20 au-dessus de l'ensemble 22 pour son supporta devient appa- rent .
Dans les tours de réfrigération du modèle courant., il est nécessaire de démonter complètement le dispositif de circulation d'air tout entier pour remplacer l'ensemble de remplissage, alors que grâce à la
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disposition décrite ai=dessus9 la détérioration progressive de l'ensemble - 22 n'aura pas le moindre effet sur la base rigide et solide qui est prévue pour le ventilateur 20 et ses éléments de commande.
Dans cet ordre d'idées.9 lorsque l'on n'utilise pas de fondation;, on peut prévoir des bassins métal- liques et faire supporter l'ensemble du ventilateur par la charpente pré-
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vue pour l'enceinte 14o L9ensemble de laappareil de ventilation n'est pas supporté par l'ensemble 229 qui peut a.\1af'faiblir par la détérioration du bois en donnant lieu à un état dangereux.,, et il est disposé à l'endroit où on pourra le plus facilement lui accorder Inattention qui est néces- saire.
Finalement,, la manière dont la tour précitée peut empêcher
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la remise en circulation de 1-'air est dune extrême importance. Inoppor- tunité de 1?utilisation d9une cheminée 32, son profil et sa hauteur dé- pendent de plusieurs facteursdont le plus important est la mesure dans laquelle l'air chaud est remis en circulation. Si on utilise seulement une unité, comme représenté sur la figure 1, la cheminée 32 peut être entière-
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ment omise bu sa hauteur notablement diminuée.
Si un certain nombre d'uni- tés sont disposées côte à côte sur un rang,, ou si 1?on utilise sur deux rangs les unités étant situées dos à dosa les cheminées 32 de toutes les
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unités peuvent alors être prolongées autant qupîl est nécessaire pour em- pêcher la remise en circulation de Pair chaud.
Toutefois.9 en prévoyant une cheminée 32 sensiblement tronconique.9 disposée comme représenté par rapport
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aux tuyaux d'entrée d'air 18 1?air issu de la partie du logement 30 est évacué à grande vitesse sans qu'il soit nécessaire d'augmenter la puissan- ce du ventilateur.20 ce qui rend ainsi possible la pénétration d'un volu- me d'air relativement grand à travers la tour et l'élimination de la cha- leur de Peau tombant sous son propre poids avec peu de dépense pour ce qui est de la force motrice.
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Le fait d'enfermer 1?ensemble 229 le ventilateur 20 et leéli- minateur 34 à l'intérieur de 1-'enceinte 14 et l9vacuation verticale de 11 air sont importants pour remédier aux effets nuisibles des vents. Il est
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avantageux de disposer l'Unité avec un tuyau dpentrée 18 faisant face à la direction des vents dominants dans une région particulière,,, grâce à quoi ces vents aident le ventilateur 20 à refouler l'air à travers la tour et sert à déplacer l'air chaud provenant de celle-ci dans une direction oppo- sée à celle du tuyau 18.Dans le cas où les unités sont disposées par pai- re dos à dose une enceinte commune 14 peut être prévue avec une cloison de séparation pour les éliminateurs de matières entraînées 34, afin d'éviter les effets contraires des vents qui peuvent souffler à contresens,
par rap-
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port aux courants d.\1 air prévus dans une unité donnée.
Les figures 2 à 4 donnent un exemple de la manière dont les caractéristiques de l'invention peuvent être appliquées à un ensemble com- posite comportant une cheminée 100 commune à plusieurs unités.
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L'appareil d,l)échange de chaleur partiellement en Angleterre et en d9autres payas autres que les Etats-Unis, s'écarte,¯pour ce qui est de la forme et du fonctionnement, des caractéristiques générales exposées ci- dessus.
Le prix élevé de l'énergie électrique et la facilité que l'on a à se procurer du béton, ont eu pour effet 1-'utilisation des principes de tirage naturel et.9 en conséquence, la construction de cheminées 100, de forme parabolique,, relativement grandes établies de manière à éviter la nécessité d'utiliser de la force motrice pour produire un écoulement cons-
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tant de courants d g air Ces cheminées ont une hauteur moyenne d'environ 61 à 85 mètres$ s'échelon- nant entre 24 et '104 m et avec des diamètres de base s9échelonnant propor- tionnellement de 15 à 91 mètres.
Pour cette raison., elles entraînent des dépenses élevées de matériaux de construction et de main-d'oeuvre.
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En conséquences il ne peut être question aujourd'hui de trans- former les'tours de refroidissement à tirage naturel en tours de refroidis-
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sement utilisant de la force motrices pour créer les courants d'airen abon- donnant des constructions aussi coûteuseso Toutefois,,, comme représenté sur les figures 2 à 4, on peut transformer ces cheminées 100 en vue de leur fonc- tionnement à tirage forcé en utilisant les caractéristiques indiquées ci-des- sus
On peut envisager que plusieurs unités identiques 102, placées côte à côte ou à un certain intervalle soient disposées en cercle tout au- tour de la base d'une cheminée 100,
chaque unité 102 étant sensiblement la même que celle représentée sur la figure 1 et étant disposée soit entre les fondations 104 de la cheminée 100,soit à l'extérieur de celles-ci. En conséquence, chaque unité 102 comprend un ensemble de garnissage 106, un tuyau d'entrée d'air 108, un ventilateur 110, une cuve à eau chaude 112 et un bassin d'eau froide 114.
Les cuves 112 peuvent être divisées par des cloisons 116 s'é- tendant radialement vers l'extérieur, à partir de la cheminée 100, comme représenté sur la figure 3, ou bien être reliées de manière former un ré- cipient annulaire continu entourant la cheminée 1000 De même, le bassin 114 peut comprendre un seul récipient pour collecter l'eau froide, commun aux unités 102 et comportant une partie centrale 118 située au-dessous d'un éliminateur de matières entraînées 120 placé à l'intérieur de la cheminée 100.
L'éliminateur 120 comprend un certain nombre de sections 122, une pour chaque unité 102 et reliées entre elles, de manière à former une construction continue entourant l'axe vertical de la cheminée 100. Une fonda- tion 123 convenable constituant une partie de l'élément 118 de bassin suppor- te l'éliminateur 120;
les sections 122 de celui-ci peuvent être, ou bien disposées verticalement ou bien particulièrement si les unités sont dis- posées à l'intérieur des fondations 104, être inclinées de la même manière que l'éliminateur 34 de la figure la
Bien qu'il n9y ait à priori aucune raison pour diviser les en- sembles 106,des cloisons verticales 124 prévues à l'intérieur de l'élimina- teur 120, sont avantageuses pour éviter les effets contraires du vent sur., certaines des unités 102 et son entrée dans certains des tubes ou tuyaux 108.
Un éliminateur horizontal de matières entraînées, situé à l'in- térieur de la cheminée 100 au-dessus du plan horizontal supérieur des unités 102, peut être imaginé pour être utilisé à la place des éliminateurs du type décrit ci-dessus.
Les cheminées 100 sont généralement munies d'un caniveau 126, annulaire, pour collecter l'eau chaude et, si on le désire,. on peut prévoir., dans le caniveau 126, des ouvertures 128 communiquant avec les cuves 112.
Ainsi,, plutôt que de pomper l'eau à partir des bassins 114 pour l'amener dans des cuves 112, on peut la déverser dans le caniveau 126, si on le dési- re, pour qu'elle s9écoule depuis ce caniveau jusque dans les cuves 112.
Les avantages énumérées ci-dessus., au cours de la description de la présente invention, conforme à la figure 1, s'appliquent avec la même force à l'exemple de mise en oeuvre de la présente invention., donné par les figures 2 à 4 et n'ont pas besoin d'être répétés. Il est toutefois important de noter que des unités représentées sur la figure 1 peuvent être de la mê- me manière munies d'une seule cheminée au lieu d'être disposées en rangées, comme il est maintenant de pratique courante. Pour obtenir les résultats nouveaux décrits ci-dessus., il est nécessaire de combiner les dispositions initiales et les caractéristiques de construction suivantes s
1. Ecoulement d'air par tirage forcé.
2. Ecoulement du liquide par gravité.
3. Ecoulement transversal horizontal de l'air à travers l'en- semble de garnissage.
4. Evacuation verticale de l'air.
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5. Elimination du liquide avant l'évacuation de l'air.
6. Déviation de 19 air pour modifier son parcours à l'intérieur délateur.
7. Prévision d'un support autre.que 1?ensemble de garnissage pour le groupe ventilateur.
8.Disposition du groupe ventilateur en vue d'un accès facile et pour le soustraire aux risques de l'humidité.
9. Construction de 1?ensemble de garnissage en vue de réduire la résistance à l'écoulement de 19airo
10. Construction et disposition de le'éliminateur de matières entraînées de manière qu'il présente une grande surface efficace et qu'il permette.une grande élimination de liquide par gravite. llo Révision d'une cheminée convenable en vue de réduire les pertes par remise en circulation de l'air.
Bien que certains détails de construction de l'appareil d'échan- ge de chaleur ci-dessus décrite puissent être modifiés, la manière de combi- ner les caractéristiques avantageuses importantes d'un appareil conforme à la présente invention, constitue 1?esprit de celle-ci et rentre dans son ca- dreo
REVENDICATIONS.
1. Tour de réfigération comprenant; un ensemble de remplissa- ge ou de garnissage à lames,, prévu pour recevoir un liquide qui se dépla- ce sous leffet de son propre poids à travers celui-ci; des moyens situés à une extrémité de cet ensemble pour donner naissance à des courants arti- ficiels d'air et pour refouler ceux-ci à travers cet ensemble en coupant le sens de déplacement de ce liquide; enfin,,, un dispositif placé à l'extrémité opposée de cet ensemble pour recevoir ces courants d'air et les diriger vers le haut, au-delà de 1?extrémité supérieure dudit ensemble.
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IMPROVEMENTS IN REFRIGERATION TOURS.
The present invention relates to refrigeration towers and a heat exchange process in which the water is cooled as it is entrained by gravity, using artificially produced and directed air currents. through the liquid which descends under the action of gravity.
Although the technique to which the present invention relates appears to be very developed and much has been done to obtain the best results, the craftsmanship essentials the arrangement of the elements, and the execution of the construction details. have not, it seems, been heretofore combined to produce a composite cooling tower of the aforementioned type, exhibiting all the important and advantageous characteristics which will be indicated.
The perfection of a refrigeration tower is only achieved when the maximum amount of heat is quickly and economically removed from the water. The various components must be easily and inexpensively manufactured, long lasting and easy to monitor and easy to maintain. Further, from the economic point of view, the necessary operating expenses must be kept to a minimum by eliminating as much as possible the waste and unnecessary consumption of motive power.
Certain errors in conventional processes and refrigeration towers, which the present invention tends to eliminate, can be first listed and then discussed more fully.
1 - Recirculation of hot saturated exhaust air.
The passage of large volumes of hot exhaust air through the concentrated and powerful suction of mechanical fans, is perhaps the most important factor which gives rise to losses and which reduces
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performance in this subject.
2 - High draft loss. Resistance to the free flow of air is caused by the necessary building elements, such as distribution planks, entrained material eliminators and even by the falling water itself, and. $) Unless carefully paying attention to this, an increase in the fan power is necessary to move a volume of air fixed in advance.
3 - The wear of the wooden filling elements. The need for frequent replacement of wooden parts due to the detrimental effect of water on them poses various repair problems. $) And safety issues with regard to the supported equipment,
4 - 'Damage to mechanical equipment. The fact that the mechanism is in the immediate vicinity of the humid atmosphere in which the refrigeration towers must operate. $) Results in high expenditure for repairs and replacement.
5 - Accessibility of mechanical and construction elements.
The methods which have been proposed to eliminate some of the difficulties which one meets in this line of ideas ($) have considerably increased the costs of production, assembly and maintenance, solely because of the improper arrangement of the constructive elements.
6 - High pumping pressure. The efforts that have been made to overcome other difficulties have resulted in an increase in operating expenses owing to the obligation to return the water to great heights. '
Accordingly, the first object of the present invention is a refrigeration tower which positively and effectively solves all the above problems without creating new and even more troublesome difficulties than those encountered heretofore.
The most important object of the present invention is a refrigeration process which in combination comprises the gravity flow of the liquid to be refrigerated; the transverse flow of air current produced artificially to cool the liquid falling by gravity; receiving hot air currents., and sending them vertically to a point where the exhaust air will not be recirculated.
The invention also relates to the elimination of pressure drops in a refrigeration tower by providing a transverse air flow as described above in combination with packing elements intended to receive. the water falling under the effect of gravity, ees elements comprising several superimposed floors formed of blades offering passages to the air having a low resistance to free discharged air currents.
The invention also relates to mechanical equipment for discharging the air stream through a refrigeration tower., Equipment which can be fixed on a base foundation of the tower and in which the ventilation unit. is easily accessible and is less likely to be damaged by the humid atmosphere in which the tower is to operate.
.The present invention also relates to the arrangement of the hot water tank -pour, @ that it 'is easily accessible; the manner in which a vertical air outlet has been made which can reach varying heights depending on certain factors such as the number of units used in an assembly and their arrangement; the manner in which an entrained material eliminator has been provided so as to remove, as effectively as possible, the water entrained in the air currents and to effectively modify the path of the air, all this without causing the need for an appreciable increase in
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size of the tower itself;
the other characteristics and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description which follows, supplemented by the appended drawing which gives, by way of non-limiting example, a preferred embodiment of the present inventions In the drawings.
Figure 1 is a vertical cross sectional view of an exemplary embodiment of a forced draft cross flow refrigeration tower which tower is constructed in accordance with the present invention;
FIG. 2 is a side elevational view of a refrigeration tower comprising the aforementioned features in another embodiment of the invention; Figure 3 is a top plan view of the refrigeration tower shown in Figure 2 and Figure 4 is a partial view on a larger scale in cross section through IV-IV of Figure 3.
The elements composing the refrigeration tower shown in Fig. 1 comprise a base foundation 10 which supports all the constituent elements of the tower and which is preferably established for convenience and economy of construction. to form a basin receiving cold water., generally designated by the number 12.
A hollow construction or enclosure 14 has at one of its ends 16 substantially complete communication with an air inlet tube 18 which in turn receives a rotating fan 20 for creating and discharging. the artificial air currents in the direction indicated by the arrows in figure 1.
The fan 20 and a suitable power source for driving it (not shown) are rigidly fixed to the foundation base 10 and this complete motor assembly is thus made easily accessible for maintenance, repair and maintenance. monitoring of its operation at all times.
It should be noted that the vertical height of the inlet tube 18 is substantially the same as the height of a filling or packing assembly. Generally designated by the number 22 is dis- laid inside the construction 14; likewise the width of the tube 18 at its inner end is substantially the same as the width of the assembly 22.
The outwardly widening intake end of tube 18 operates to render fan 20 quite effective in its action of moving maximum air volume without decreasing. decrease in air displacement at a few points over the entire length of the blades 20 or over the entire diameter of the tube 18 ..
The construction 14 has at its upper part an opening intended to receive a relatively shallow tank 24 where the hot liquid collects, the tank comprising a bottom 26 the surface of which has substantially the same dimensions as the tank. cross section of the packing assembly 22 which it covers. The bottom 26 has several holes or nozzles 28 intended for the discharge of the liquid giving free passage to the water coming from the tank 24 and going towards the set 22 under Gravity Inaction. A distributor floor, not shown, may be used between the bottom 26 and the upper end of the assembly 22, to ensure uniform flow of the liquid over the entire cross section of the assembly 22, if desired.
It is further appreciated that the tank 24 may be provided with a cover to counteract the harmful effects of the sun on the water. such as the formation of algae, but its absence. ,, as in the example given in the drawing has no influence on the overall operation of the tower
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refrigeration itself.
The end of the enclosure 14, opposite the end wall 16 thereof, extends beyond the assembly 22 and has a housing portion 30 intended to receive the air currents discharged from the latter. assembly 22 and direct them upward above the upper level of the vessel 24. The housing portion 30 is open at its lower end and faces a portion of the basin 12 which extends into the vessel. extends beyond set 22.
The upper end of the housing portion 30 is similarly open and communicates with a tubular chimney 32 which may be of any suitable height., As will be discussed more fully hereinafter, so as to effectively exhaust the exhaust. air vertically to a point where it is not likely to pass back into tube 18, and thence through assembly 22.
An entrained material eliminator 34 is provided within the housing portion 30 for removing the water which is entrained in the air from the assembly 22, this eliminator having the same extent in width as. Assembly 22. The eliminator 34 may be of a known type in that it consists of a large number of inclined blades; the entire eliminator 34 is tilted relative to the base 10, upward in the direction of the upper end of the assembly 22.
Hence, the entrained material eliminator 34 intersects the path of the air currents indicated by the arrows in FIG. 1; the water removed from this air is free to fall by its own weight into the underlying basin 12.
Although the form; The exact arrangement of eliminator 34 may vary, the arrangement shown is advantageous for several reasons.
Since it is inclined relative to the nearest vertical wall of assembly 22, it has a significantly larger effective area than the vertical cross section of assembly 22. For this reason, an increased area is found. presented .. surface struck by the air which eliminates the water entrained by the latter water which tends to go against this surface when it leaves the assembly 22.
In addition, there is a relatively large space inside the enclosure 14 between the eliminator 34 and the assembly 22, into which space a significant amount of entrained water falls by its weight. in the basin 12 before coming into contact with the eliminator 34, thus increasing the efficiency of the latter for the elimination of water which does not fall by its own weight in the basin 120
While having the important characteristic of exhausting air vertically, the eliminator 34 also plays an important role in properly channeling the air as it passes from assembly 22 to chimney 32.
Eliminator 34 changes the direction of air movement from horizontal to vertical within housing portion 30, thereby avoiding the generation of turbulence in that portion. accelerating the speed of air movement a preventing air pockets, increasing the free flow even further, reducing pressure losses
The assembly 22 is preferably made entirely of wood (although other raw materials have been and still are used) and comprises several layers 36 separated from each other. \) Of horizontal lamellae 38 having free passages for the flow. air coming from tube 18 and going towards housing part 30.
The lamellae 38 of each layer are offset from the lamellae of the layers below, thus forming a meandering path for the liquid. from the tank 24 and falling by its weight in the basin 12 located below. Suitable means, not shown, can be provided for recirculating the liquid from the basin 12 and for pumping it upwards into the vessel 24.
- The importance of the transverse air movements provided for in this
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arrangement as opposed to the countercurrent principle cannot be over-appreciated. The relatively narrow edges of the lamellae 38 and the liquid falling by its weight provide minimum resistance to horizontal air flow through the assembly 22. In towers having vertical air flow within assembly 22, in a direction opposite to that of liquid movement, the resistance to air flow opposed by the relatively wide lamellae 38 and shelled, as well as by the liquid itself, results in a decrease in the yield of the whole.
How a relatively large number of beneficial features have been combined to form a cooling tower and to solve all of the problems discussed at the outset now becomes apparent to those skilled in the art.
By placing the fan 20 and its elements in the air inlet end of the tower and thus using the forced draft, the high humidity state of the cooling chamber has no detrimental effect. on the bearings the gears, the electric pipes ... the motors and other similar parts constituting a part of the fan assembly 20. In the case of induced draft, the cooling towers presenting the fan and / or its motor directly into the humid air path. Expensive special equipment, such as armored motors, has to be used to assume the effect of the damp condition.
Furthermore, by arranging the fan 20 and all of the relatively heavy parts that compose it so that they are supported directly by the foundation 10, a more rigid assembly is achieved than in the case where they are placed at great heights. above the vessel 24, the assembly 22 or the entrained material eliminator 34 such as, for example ,,, inside the tubular chimney 32.
Finally with regard to the mechanical air moving apparatus when arranged as provided above, repairs and / or replacement of various parts are relatively simple.
Another advantage of very great importance is the direction of movement of the air stream relative to the path of the liquid within the assembly 22. The liquid flow offers little resistance to air. air flow and for this reason it is not necessary to use a stronger motor to run the fan 20.
In addition. the air moving through the tower encounters minimum resistance in the lamellae 38 themselves due to the gaps existing between the layers 36 thereof.
By providing a combination of the construction features set out above, it is possible to achieve a relatively low refrigeration tower, and thereby reduce the load on the pump in terms of transporting the liquid from the basin 12 to the pump. 'to tank 24.
Another advantage is the ease with which the entire 22 assembly can be moved for repair and / or replacement, as often becomes necessary due to the destructive effect of water, on the body. the slats 38 and, on the frame which supports them.
The advantages of using wood for this construction are well known to those skilled in the art and the difficulties relating to the fairly rapid destruction of wood by the action of water. chemically or otherwise are also well known.
Under these conditions, the drawback of arranging the ventilation group 20 above the assembly 22 for its support becomes apparent.
In the refrigeration towers of the current model, it is necessary to completely disassemble the entire air circulation device to replace the filling assembly, while thanks to the
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arrangement described ai = above9 the progressive deterioration of the assembly - 22 will not have the slightest effect on the rigid and solid base which is provided for the fan 20 and its control elements.
In this vein. 9 when a foundation is not used, metal basins can be provided and the whole fan supported by the pre-
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view for enclosure 14o The whole of the ventilation apparatus is not supported by the assembly 229 which can be weakened by the deterioration of the wood giving rise to a dangerous state. ,, and it is arranged in the same way. where it can most easily be given the inattention that is needed.
Finally, the way in which the aforementioned tower can prevent
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recirculation of the air is of extreme importance. Inadvisability of using a chimney 32, its profile and height depend on several factors, the most important of which is the extent to which hot air is recirculated. If only one unit is used, as shown in Figure 1, the chimney 32 may be complete.
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ment omitted or its height noticeably reduced.
If a number of units are placed side by side in a row, or if the units being located back to back are used in two rows, the chimneys 32 of all
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The units can then be extended as long as necessary to prevent recirculation of hot air.
However. 9 by providing a substantially frustoconical chimney 32. 9 arranged as shown in relation
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to the air inlet pipes 18 the air from the housing part 30 is discharged at high speed without the need to increase the power of the fan. 20 thus making the penetration of air possible. a relatively large volume of air through the tower and the removal of heat from the water falling under its own weight with little expense of motive power.
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Enclosing the assembly 229 of the fan 20 and the eliminator 34 within the enclosure 14 and the vertical exhaust of the air are important in alleviating the detrimental effects of the winds. It is
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advantageous to have the Unit with an inlet pipe 18 facing the direction of the prevailing winds in a particular region, whereby these winds help the fan 20 to force air through the tower and serve to move the air. hot air coming from this in a direction opposite to that of the pipe 18. In the case where the units are arranged by pair back to dose a common enclosure 14 can be provided with a partition wall for the eliminators of entrained material 34, in order to avoid the adverse effects of winds which may blow in the opposite direction,
compared to
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port to the air currents expected in a given unit.
FIGS. 2 to 4 give an example of how the characteristics of the invention can be applied to a composite assembly comprising a chimney 100 common to several units.
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The heat exchange apparatus, in part in England and in other countries other than the United States, deviates, in form and function, from the general characteristics set forth above.
The high price of electrical energy and the ease of obtaining concrete, have resulted in 1-use of the principles of natural draft and 9 consequently, the construction of chimneys 100, parabolic shape , relatively large, established so as to avoid the need to use motive force to produce a constant flow.
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These chimneys have an average height of about 61 to 85 meters ranging between 24 and 104 m and with base diameters proportionally ranging from 15 to 91 meters.
For this reason, they entail high expenditure on construction materials and labor.
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Consequently, there can be no question today of transforming natural draft cooling towers into cooling towers.
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However, as shown in Figures 2 to 4, these chimneys 100 can be transformed with a view to their forced draft operation into using the characteristics indicated above
It is conceivable that several identical units 102, placed side by side or at a certain interval, are arranged in a circle all around the base of a chimney 100,
each unit 102 being substantially the same as that shown in FIG. 1 and being disposed either between the foundations 104 of the chimney 100, or outside thereof. Accordingly, each unit 102 includes a packing assembly 106, an air inlet pipe 108, a fan 110, a hot water tank 112, and a cold water basin 114.
The tanks 112 may be divided by partitions 116 extending radially outward from the chimney 100, as shown in Figure 3, or they may be connected to form a continuous annular receptacle surrounding the vessel. chimney 1000 Likewise, the basin 114 can comprise a single receptacle for collecting cold water, common to the units 102 and comprising a central part 118 located below an entrained material eliminator 120 placed inside the chimney 100.
The eliminator 120 comprises a number of sections 122, one for each unit 102 and interconnected, so as to form a continuous construction surrounding the vertical axis of the chimney 100. A suitable foundation 123 forming part of the structure. basin element 118 supports eliminator 120;
the sections 122 thereof may be, either arranged vertically or, particularly if the units are arranged within the foundation 104, be inclined in the same manner as the eliminator 34 of FIG.
Although there is a priori no reason to divide the assemblies 106, vertical partitions 124 provided inside the eliminator 120, are advantageous to avoid the adverse effects of the wind on some of the units. 102 and its entry into some of the tubes or pipes 108.
A horizontal entrained material eliminator, located inside the stack 100 above the upper horizontal plane of the units 102, can be envisioned to be used in place of eliminators of the type described above.
The chimneys 100 are generally provided with a channel 126, annular, to collect the hot water and, if desired,. one can provide., in the channel 126, openings 128 communicating with the tanks 112.
Thus, rather than pumping the water from the basins 114 to bring it into the tanks 112, it can be poured into the gutter 126, if desired, so that it flows from this gutter into the gutter. the tanks 112.
The advantages listed above., During the description of the present invention, in accordance with FIG. 1, apply with the same force to the example of implementation of the present invention., Given by FIGS. 2 to 4 and do not need to be repeated. It is important to note, however, that units shown in Figure 1 may likewise be provided with a single chimney instead of being arranged in rows, as is now common practice. To obtain the new results described above, it is necessary to combine the initial arrangements and the following construction characteristics s
1. Air flow by forced draft.
2. Flow of liquid by gravity.
3. Horizontal transverse flow of air through the packing assembly.
4. Vertical air discharge.
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5. Elimination of liquid before evacuation of air.
6. Deflection of 19 air to modify its course inside the informer.
7. Provision of a support other than 1 packing assembly for the fan group.
8. Arrangement of the fan unit for easy access and to protect it from the risk of humidity.
9. Construction of packing assembly to reduce resistance to air flow.
10. Construction and arrangement of the entrained material eliminator so that it has a large effective surface area and allows a large gravity liquid removal. llo Revision of a suitable chimney in order to reduce losses by recirculation of air.
Although certain details of construction of the above-described heat exchanging apparatus may be varied, the manner of combining the important advantageous features of an apparatus according to the present invention constitutes the spirit of the game. this one and fits in its frame
CLAIMS.
1. Refrigeration tower including; a blade filling or packing assembly adapted to receive a liquid which moves under the effect of its own weight therethrough; means located at one end of this assembly for giving rise to artificial currents of air and for pushing these back through this assembly, cutting off the direction of movement of this liquid; finally ,,, a device placed at the opposite end of this assembly to receive these air currents and direct them upwards, beyond the upper end of said assembly.