Brevet FR2007471A1 — publié le 19700109

La présente invention est relative à un échangeur de chaleur ou à un ensemble tabulaire pour échangeur de chaleur, utilisable en particulier pour échanger de la chaleur entre des agents réagissant vigoureusement à un contact direct, par exem-5 pie dans un générateur de vapeur opérant avec du sodium liquide et dans tin échangeur de chaleur dans lequel du GOg est chauffé par du sodium liquide, cet échangeur de chaleur étant composé d'au moins un tube pour un agent de transfert de chaleur et d'au moins un tube pour un agent d'absorption de chaleur, chaque tube 10 parcouru par l'agent d'absorption de chaleur étant extérieurement en contact de conduction de chaleur, sur une grande partie de sa longueur, avec un tube de passage de l'agent de transfert de chaleur. Dans le cas d'un échange de chaleur entre agents, l'un des agents se trouve à une pression relativement faible 15 tandis que l'autre a une pression relativement élevée. On sait que, pour l'échange de chaleur, du sodium liquide peut être utilisé comme agent de transfert de chaleur pour produire de la vapeur. Du fait que le sodium et l'.eau réagissent vigoureusement lorsqu'ils entrent en contact l'un avec l'autre, l'échange de 20 chaleur entre ces deux agents nécessite des mesures de sécurité spéciales. Pour empêeher une telle réaction sodium-eau, dans uh. réacteur rapide de type connu, l'eau et le sodium sont canalisés dans des tubes séparés et on forme trn échangeur de chaleur à 25 l'aide de tôles constituées d'une manière thermiquement conductrice, appliquées les unes contre les autres et formant un bloc dans lequel les tubes sont disposés de façon à être mutuellement en contact externe et conducteur de chaleur. Une telle construction est cependant assez compliquée 30 et coûteuse du point de vue de la fabrication. En outre, du fait que, dans cette construction, les tubes sont noyés dans les tôles feuilletées, il peut arriver en cas de fuite dans l'un des tubes que du sodium ou de la vapeur d'eau qui s'échappe mettent l'échangeur de chaleur en pression 35 du fait que ces agents ne peuvent pas être évacués, ce qui risque rapidement d'endommager ou de détruire l'échangeur de chaleur. 69 11620 2 2007471 Un autre inconvénient de cette structure est que, en cas de fuite d'un ou plusieurs tubes, il est très difficile, sinon impossible, de détecter cette fuite. Un autre inconvénient de cette structure est que, en 5 cas de réparation ou de remplacement d'un des tubes, on doit démonter l'ensemble de 11 écliangeur de chaleur® L'invention a pour but d'exclure une réaction entre les deux agents passant dans un échangeur de chaleur, en particulier du sodium et de l'eau, ou bien du sodium, et du COg, et 10 l'invention a également pour but de fournir un échangeur do chaleur qui ne présente pas les. inconvénients précités, qui soit d'une construction simple, qui permette en cas de fuite un échappement facile de l'agent sortant et qui permette, en outre, une détection aisée des fuites ainsi qu'un démontage et 15 un remplacement simples des tubes. L'échangeur de chaleur selon l'invention est caractérisé par le fait que chaque tube d'écoulement de l'agent de transfert de chaleur est muai extérieurement d'au moins un évidement à section droite en forme de canal dans lequel est disposé un 20 tube d'écoulement de l'agent d'absorption de chaleur et par. le fait que son profil, à l'endroit où les tubes sont appliqués l'un contre l'autre, correspond au profil extérieur du tube d'écoulement de l'agent d'absorption de chaleur. Il résulte de la disposition précitée du tube indivi-25 duel qu'on obtient tin échangeur de chaleur dans lequel, d'une part, il existe toujours une double paroi entre les agents d'échange de chaleur et, d'autre part, on obtient un contact direct de transfert de chaleur entre les tubes. .- . Suivant l'invention, 1'évidement à section droite en 30 forme de canal est réalisé de manière qae le tube de passage de l'agent d'absorption de chaleur logé dans cet évidement soit engagé dans ce dernier sur moins de la moitié de sa circonférence en vue d'obtenir une surface libre suffisante de paroi de tube pour permettre le cas échéant l'échappement d'un des 35 agents et pour faciliter la détection des fuites. Pour réduire au minimum les dimensions de l'échangeur de chaleur selon l'invention, il est prévu dans le tube d© passage de l'agent de transfert de chaleur plusieurs évidements en forme de canaux. 69 11620 De cette manière, on établit entre les tubes un contact intime de transfert de chaleur sur une grande partie des surfaces des deux tubes. Pour augmenter le transfert de chaleur, il peut être 5 avantageux de placer dans les évidements en forme de canaux et à l'endroit où les parois de tubes canalisant les deux agents sont appliquées 1'une contre l'autre et entre ces deux parois, un mastic thermiquement conducteur et présentant une résistance mécanique faible par rapport aux parois des -tubes. Dans ce but, 10 on peut utiliser un mastic à deux composants, formé de graphite pour la conductivité thermique et de verre soluble pour la résistance mécanique. En cas de fuite dans l'une des parois tubulaires, l'autre paroi tubulaire reste toujours entre les deux agents pour 45 empêcher line réaction entre le sodium et l'eau par exemple. En outre, dans l'échangeur de chaleur selon l'invention, l'agent sortant par suite de cette fuite peut s'échapper d'une manière simple. Dans le cas où cette fuite se produit dans la surface de contact entre les tubes, les ou bien l'un des tubes peuvent 20 localement être déformés ou même être endommagés sans provoquer d'autre détérioration dans l'échangeur de chaleur. En outre, du fait que les tubes ne sont pas éloignés, une fuite éventuelle est facile à détecter et le remplacement des tubes est simple. Du fait de la sécurité de construction 25 de l'échangeur de chaleur selon l'invention, du sodium radioactif en provenance du circuit de refroidissement primaire du réacteur peut également être utilisé comme agent de transfert de chaleur en employant de l'eau ou de la vapeur comme agent d'absorption de chaleur. 30 Ceci présente l'avantage qu'on peut se passer d'un cir cuit intermédiaire fonctionnant avec du sodium liquide non-radioactif. De préférence, on utilise le principe de l'écoulement à contre-courant dans les tubes de l'échangeur de chaleur selon 35 l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés, dans lesquels : 2007471 69 11620 « 2007471 Les figs. 1, 2 et 3 représentent différentes sections droites de modes de réalisation de l'invention dans lesquels tin tube central de canalisation de sodium est entouré par des tubes d'eau ou de vapeur répartis à intervalles égaux sur sa 5 paroi extérieure. La fig. 4 est une vue en plan et la fig. 5 une section droite d'un autre mode de réalisation dans lequel un tube large, de section rectangulaire, est utilisé pour canaliser du sodium et comporte sur ses faces larges des tubes d'eau ou des tubes 10 de vapeur disposés transversalement en forme de serpentin. Sur les figs. 1, 2 et 3, le tube de sodium est désigné par 1 et il est muni dans ses parois d'évidements 2 en forme de canaux dans lesquels sont disposés des tubes d'eau ou de vapeur 3» 15 Sur les figs. 1 et 2, toute la paroi du tube est pro filée de façon à constituer ces évidements en forme de canaux, tandis que sur la fig. 3» la paroi du tube, est plus épaisse et les, évideiaents en forme de canaux sont seulement ménagés dans la paroi extérieure. 20 Les évidements en forme de canaux ménagés dans le tube de sodium sont profilés de manière que les tubes d'eau ou de vapeur soient engagés dans ces évidements sur à peu près la moitié de leur circonférence en vue de conserver une surface de tube, à la fois du côté-sodium et du eôté-vàpeur, suffisante pour per-25 mettre au, sodium, ou à la vapeur, de s'échapper et pour facili-r ter la détection des fuites.. Dans les modes dé réalisation des figs. 1, 2 et 3, le sodium et la vapeur sont introduits dans les tubes respectifs à contre-courant. 30 Sur les figs. 4 et 5, le tube de sodium est un tube plat et large 1, de section rectangulaire, et des évidements 2 en forme de canaux sont ménagés dans les côtés larges 4 du tube dans une direction perpendiculaire au sens d* écoulement du sodium dans le tube 1. 35 Les tubes d'eau ou de vapeur sont logés dans ces évi dements 2" en forme de canaux à la façon d'un serpentin tubu-laire 3. 69 11620 5 2007471 REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur ou ensemble tubulaire pour échangeur de chaleur utilisable, en particulier, avec des agents 5 qui réagissent vigoureusement lorsqu'ils sont amenés en contact direct, 11échangeur de chaleur étant formé d'au moins un tube pour un agent de transfert de chaleur et d'au moins un tube peiis? un agent d'absorption de chaleur, chaque tube de passage de l'agent d'absorption de chaleur étant oa contact ta.©rmiqueiaeE-fe 10 conducteur, sur une grande partie de se longueur, avec xm tubo de passage de l'agent de transfert de chaleur, ôsfe3s.geur carao= térisé par le fait que chaque tube de passage â*agent de transfert de chaleur est muni extérieurement d'au moins un évidement en forme de canal dans lequel est engagé \m tub© àe passag© 15 d'agent d'absorption de chaleur et par le fait que son profil.^ à l'endroit où les tubes soat appliqués l'un contre l'autre9 correspond au profil extérieur du tube de passage d'agent d'absorption de chaleur. 2. Echangeur de chaleur suivent la revendication 1, 20 caractérisé par le fait que l1évidement en forme de canal ménagé dans le tube de passage d'agent de transfert de chaleur est exécuté de manière que le tabe âe passage d'ageat d'absorption de chaleur • logé dans est évideme&t cfapplique aostre sa surface sur moins de la moitié d© sa é?®&{&e«. 25 3o Echangour de oî>,aXei>p suivant la revendication caractérisé par 1© fait ça© le tube de passag® de l'agent de transfert d® chalet comporte plusieurs évidements en forme de canaux qui sont répartis à intervalles égaux sur sa circonférence e 30 4. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que chaque évidement en forme de canal est orienté dans une direction pratiquement parallèle à l'axe du tube « 5» Echangeur de chaleur suivant la revendication 1 ou 35 2, caractérisé par le fait que le tube de passage d*agent de transfert de chaleur présente en section droite un profil aplati et par le fait que chaque évidement en forme de canal est ménagé dans le côté aplati dans mie direction pratiquement perpendiculaire à l'axe du tube. 11620 6 2007471 6. Echangeur de chaleur suivant l'use des revendications précédentes, caractérisé par le fait que, dans 1®évidement en forme de canal et à l'endroit où les parois des tubes canalisant les deux agents sont appliquées l'une contre 1'autr 5 il est prévu un mastic thermiquement conducteur et d fune résis tance mécanique plus faibl© que celle des parois de tubes ••