Aéroréfrigérants secs

Les différentes méthodes de refroidissement sont présentées dans l’article Refroidissement des eaux Refroidissement des eauxde ce traité.

Nous avons pu constater que la solution la plus simple pour évacuer de la chaleur est le refroidissement en circuit ouvert chaque fois que l’on dispose d’un fluide, en général de l’eau, puisé dans un réservoir naturel (rivière, lac, puits) et rejeté après son passage dans les appareils à refroidir. Il faut que cette source froide existe en quantité suffisante et qu’il n’y ait pas de contre‐indications (température trop élevée, source froide corrosive ou polluante, etc.).

En cas d’impossibilité d’utilisation d’un circuit ouvert, il faut se tourner vers un système en circuit fermé dans lequel le fluide peut être réutilisé après refroidissement dans un appareil appelé réfrigérant.

Le système dit « en circuit fermé » est bien souvent un réfrigérant humide qui fonctionne par contact direct entre le fluide à refroidir (eau) et le fluide de refroidissement (air).

— Ce système fonctionnant principalement par évaporation nécessite cependant un appoint d’eau non négligeable.

— De plus, le rejet, dans l’atmosphère, de l’air chargé d’humidité se traduit par l’apparition d’un panache visible et, dans le cas où certaines précautions n’ont pas été prises, d’une retombée d’eau au voisinage du réfrigérant.

— Il se peut également que le réfrigérant soit localisé assez loin d’une source d’eau d’appoint, ce qui entraîne un coût d’investissement (canalisations et pompes de circulation) ainsi qu’un coût de pompage importants.

— Enfin, même si l’eau d’appoint est totalement disponible, certains impératifs liés à l’implantation (en agglomération, par exemple) peuvent interdire l’utilisation du réfrigérant en circuit fermé humide.

La contrainte maximale est donc le manque total d’eau d’appoint, ce qui ne permet plus l’emploi d’un système évaporatif et donc le contact avec le fluide de refroidissement.

Le fluide à refroidir peut être de toute nature : huile, gaz, liquide organique, air, vapeur, etc., ce qui interdit également le contact avec le fluide de refroidissement.

Lorsque le fluide à refroidir ne peut être mis en contact avec le fluide de refroidissement, les systèmes sont de conception totalement différente. La désignation devient réfrigérants secs distinguant :

• l’aéroréfrigérant, dans le cas où le fluide à refroidir ne subit pas de changement d’état (figure 1a) ;

• l’aérocondenseur, dans le cas où il y a changement d’état (vapeur en liquide) (figure 1b).

Figure 1 - Deux conceptions de réfrigérants secs

Comme pour la réfrigération « humide », ces ensembles peuvent être de conceptions différentes suivant les puissances à évacuer (tirage naturel, induit ou forcé (figure 2), disposition circulaire ou en lignes, etc.).

Dans tous les cas, le fluide à refroidir ou à condenser circule à l’intérieur de batteries de tubes et le fluide de refroidissement à l’extérieur des tubes qui peuvent être lisses ou ailetés.

L’échange est réglé uniquement par les lois de la convection (article Notions de transfert thermique par convection [A 1 540] dans ce traité).

Un cas particulier se présente, dans le cas de la réfrigération de l’eau, lorsque l’on peut disposer d’eau d’appoint et donc, en principe, utiliser un système évaporatif, mais lorsque les contraintes d’environnement interdisent la présence d’un panache visible.

Le principe est donné à la figure 3 . Le réfrigérant est composé d’un ensemble de batteries aéroréfrigérantes et d’un système évaporatif assurant le complément d’évacuation de chaleur. L’air mélangé en sortie de l’appareil n’est pas saturé ; il est ainsi possible, en réglant judicieusement la charge thermique évacuée sur les éléments aéroréfrigérants et la géométrie du système, de supprimer le panache visible. Ce système est appelé réfrigérant humide sec 4.

Figure 2 - Différents tirages possibles

Figure 3 - Principe du réfrigérant humide sec : circulation en série côté eau et en parallèle côté air