Brevet FR2011839A1 — publié le 19700313

La présente invention concerne des échangeurs de chaleur et, plus spécialement, bien que pas exclusivement, des échangerais de chaleur présentant des passages primaires et secondaire- séparés pour l'écoulement d'un fluide, dans lesquels 5 les passages sont soumis à des changements de pression du fluide. Dans des échangeurs de chaleur présentant plusieurs plaques minces définissant des passages séparés pour l'écoulement du fluide de chaque côté de chaque plaque, il est souhaitable 10 d'empêcher les plaques de se déformer en cas de changement de pression entre les courants de fluides primaire et secondaire ;lîne déformation des plaques peut provoquer un blocage des passages d'écoulement du fluide ou une rupture des plaques et, par suite, les courants primaire et secondaire du fluide se mélangent. Un 15 moyen permettant de surmonter ces difficultés consiste à augmenter l'épaisseur des plaques, de façon à résister aux changements de pression, mais ceci augmenterait le poids et le prix de l'échan-geur de chaleur et réduirait son efficacité. le brevet britannique n° 1.098.261 décrit un récipient 20 destiné à être utilisé comme récipient interne résistant à la pression, dans lequel une paroi du récipient est formée par une surface "anticlastique". Le brevet britannique précité décrit également une cartouche de combustible comprenant plusieurs plaques de forme "anticlastique", dont chacune contient un combus-25 tible nucléaire. La cartouche de combustible est un échangeur de chaleur dans lequel la chaleur engendrée par fission chauffe la plaque et cette chaleur est transférée au réfrigérant commun, qui s'écoule des deux côtés de chaque plaque. Une surface "anticlastique"' est une surface présentant des 30 courbures opposées en un point donné et, plus spécialement, une surface de courbure convexe dans un plan longitudinal et de courbure concave dans un plan perpendiculaire. Comme exemples des formes "anticlastiques"^ on peut citer les paraboloîdes hyperboliques, les hélicoïdes ou les hyperboleïdes de révolution. 35 Conformément à la présente invention, un échangsur de cha leur comprend une plaque de forme "anticlastique" qui sépare un passage d'écoulement d'un fluide primaire d*un passage d"écoule- 69 15796 -a» 201 1839 ment d'un fluide secondaire, . Suivant un© autre caractéristique de la présente invention, un echangeur de chaleur comprend plusieurs plaques de forme "ân-tielastique" définissant au moins ©a partis ua passage d'écoule-5 ment d8un fluide primaire et un passage &séeouleaent d'un fluide secondaire» De préférence, les plaques sont espacées par des éléments a8écartement. Les éléments d5 écartement peuvent être fixés d'une façon é tanche au fluide aux "bords desdites plaques et, avec les plaques adjacentes, ils définissent les passages d'écou-10 lement du fluide primaire et du fluide secondaire. Selon une variante, les plaques peuvent être supportées en relation espacée par un corps, auquel cas le corps définit avec les plaques les passages d'écoulement des fluides primaire et secondaire. 15 Si on le désire, un côté ou les deux de la ou de chaque plaque peuvent présenter un ou plusieurs évidements, de manière à augmenter la surface spécifique de la ou de chaque plaque qui est en contact avec le fluide. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention res-20 sortiront de la description'qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif» une forme de réalisation de 1-invention. Sur ce dessin r la figure 1 est une vue éclatée d5une disposition de pla-25 ques de forme anticlastique faisant partie d'un noyau d'un échangeur de chaleur suivant la présente invention | la figure 2 montre les composants de la figure 1 assemblés pour former un noyau ; et la figure 3 montre schémat iquement le noyau de la figure 2 30 place sur les trajets d'écoulement des fluides primaire et secondaire. En se référant à la figure 1, on a représenté un certain nombre de plaques conductrices ds la" chaleur t, 2 et 3, de:. forme satielastiqus, Les plaques 1} 2 et 3 sont généralement "ïreô^ngvi-55 laires lpa?s§a-foa les regarde en plan, I.ss plaques l'et 2;sont Mentis a®® et sont EaiatfSKffig à I'ues de l'autre par' cLq^ u4 -,r-; qui s'étendent BAD ORIGINAL 69 15796 -3- 2011839 le long de deux bords parallèles de chaque plaque. Les éléments d*écartement 4 sont fixés aux plaques 1 d'une façon étanche au fluide, par exemple par brasage, soudage ou collage. Les éléments d'écartement 5 sont fixés aux plaques 2 d'une façon ana-5 logue. Les éléments d'écartement 4, situés le long de deux bords de la plaque 1, sont disposés de façon à s'étendre longitudina-lement dans un sens perpendiculaire au sens dans lequel s'étendent lés éléments d'écartement 5 qui sont fixés à la plaque 2. La plaque 3 ne présente pas d'éléments d'écartement. 10 En se référant à la figure 2, deux de chacune des plaques 1 et 2 sont assemblées pour former un noyau 6 destiné à un échan-geur de chaleur en les reliant d'une façon étanche au fluide au moyen des éléments d'écartement 4 et 5, afin de définir des passages 7 et 8. On voit que les éléments d'écartement définissent 15 avec les plaques adjacentes des passages qui sont ouverts à deux extrémités. Les passages alternés 7 s'étendent dans une direction commune perpendiculairement aux passages 8. La plaque 3 est reliée à la plaque adjacente 2 d'une façon étanche par les éléments d'écartement 5 fixés à la plaque 2. 20 En se référant à la figure 3, on a représenté schématique- ment un noyau assemblé 6 introduit dans une chambre 9 de forme cubique présentant un conduit 10 d'entrée du fluide primaire communiquant avec les passages 7 du noyau 6 et un conduit 11 d'entrée du fluide secondaire communiquant avec les passages 8 25 du noyau 6. Le conduit 12 de sortie du fluide primaire est à l'opposé du conduit 10 d'entrée du fluide et communique également avec les passages 7. Le conduit 13 de sortie du fluide secondaire est à l'opposé du conduit 11 d'entrée du fluide et communique également avec les passages 8. 30 Les fluides primaire et secondaire sont isolés l'un de l'autre grâce à la présence de joints appropriés étanches au fluide entre le noyau 6 et la structure 14 définissant les conduits d'entrée et de sortie 10, 11, 12 et 13 ou faisant partie de ces derniers. 35 En fonctionnement, le fluide primaire s'écoule à travers" le conduit 10, les passages 7 et le conduit 12, comme indiqué par les flèches 15, et le fluide secondaire s'écoule à travers 69 15796 -4- 2011839 le conduit 11, les passages 8 et le conduit 13, comme indiqué par les flèches 16. La chaleur est transmise du fluide primaire au fluide secondaire ou inversement par conduction à travers les plaques 1, 2 et 3. 5 Si on le désire, les plaques 1,2 et 3 peuvent présenter des évidements dans une surface ou les deux des plaques pour augmenter la surface spécifique de la plaque qui est en contact avec le fluide passant sur cette surface. Les évidements peuvent s'étendre sensiblement dans la même direction que l'écoulement 10 du fluide sur cette surface. La plaque peut être en une matière ondulée et peut être conformée de manière à avoir une forme généralement anticlastique. Les ondulations peuvent être sensiblement sinusoïdales ou peuvent être de forme de section droite rectangulaire, les côtés ouverts 15 de la forme rectangulaire étant dirigés alternativement dans des directions opposées. Si on le désire, les crêtes des ondulations d'une plaque peuvent être reliées aux crêtes des ondulations d'une plaque adjacente. Il est bien entendu que, bien qu'on ait décrit les plaques 20 1, 2 et 3 ci-dessus comme étant reliées entre elles par les éléments d'écartement 4 et 5, il est évident que, si on le désire, les plaques 1 et 2 peuvent être maintenues alternativement à distance par un corps qui est commun à toutes les plaques. Le corps peut avoir la forme d'un tube rectangulaire présentant des 25 fentes appropriées ou des saillies internes auxquelles les plaques 1, 2 et 3 sont fixées d'une façon étanche au fluide. Les parois du tube peuvent comporter des ouvertures communiquant avec des intervalles alternés entre les plaques 1 et 2, de manière à définir des passages disposés d'une façon analogue aux 30 passages 7 et 8 du noyau représenté sur la figure 2. En outre, bien que le noyau de la figure 2 montre les plaques 1 et 2 reliées entre elles par les éléments d'écartement 4 et 5 fixés aux plaques 1 et 2, il est bien entendu que les éléments d'écartement peuvent être placés individuellement entre 35 les plaques 1 et 2 avant le montage et,après l'assemblage, une charge de compression peut être appliquée aux extrémités de la 69 15796 -5- 2011839 pile des plaques pour maintenir les éléments d8écartemeat ©n position et pour former un joint étanche au fluide entre les plaques 1 et 2, auquel cas il est préférable que les éléments d'écarttement soient élastiques et qu'une garniture soit dis-5 posée entre les éléments d'écartement 4 et 5 et les plaques-t et 2. Il est en outre bien entendu que les plaques 1 et 2 peuvent être reliées entre elles par un ou plusieurs éléments de renforcement disposés dans l'intervalle compris entre les plaques 10 1 et 2, entre les bords des plaques, auquel cas il est souhaitable que les éléments de renforcement sE étendent parallèlement au sens d'écoulement du fluide à travers l'intervalle formé entre les plaques et que les éléments de renforcement soient disposés de façon à présenter- une surface minimale à l'écoulement du fluide, 15 de manière à réduire la résistance à 18écoulement au minimum. RAD ORIGINAL. 69 15796 -s- 2011839 - EE7EKDICATIQFB 1 - Echangeur d© ciialeur, caraotêrisê sa es qu'il comprend une plaque de forme anticlastique, •s8@st-=à=dir©' qui a une surface de courbures opposées "en un point donné, séparant un passage 5 d'écoulement d'un fluide primaire d'u& passage d'écoulement d'un fluide secondaire. 2 - Echangeur de chaleur, caractérisé en ee qu'il comprend plusieurs plaques de forme anticlastique sensiblement parallèles, définissant au moins en partie des passages d'écoulement d'un 10 fluide primaire et des passages d8écoulement d'un fluide secondaire . 3 - Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les plaques sont espacées par dès éléments d'écartement. 15 4 - Echangeur de chaleur selon la revendication 3, carac térisé en ce que les éléments d2 scarteuient sont fixés aux plaques d'une façon étanche au fluide et on ee qu'ils définissent en outre une partie des passages d1 écouleiaent des fluides primaire et secondaire. 20 5 - Echangeur de chaleur selon la revendication 2, carac térisé en ce que Iss plaques sont supportées ea relation espacée par un corps coamun. 6 « Echangeur d® chaleur selon la r®T®ndieation 5, caractérisé ea ce que le corps présente des ouvertures communiquant 25 avse des intervalles choisis formés entre le?s plaques, le corps définissant en outre une partie des passages d'écoulement des fluides primaire et secondaire. 7 - Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé' en ce que le corps a la forme d'un tube. 30 8 » Sehangeur de chaleur selon l6ime des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque plaque est ondulée pour augmenter la surface spécifique de la ou de chaque plaque. 3 - lokaa-geur de chaleur selon l'une des revendications .35 précédentes, caractérisé en ce qu'il est destiné à être introduit sur Isb tTSjsts a"êeoulôE-îsH-;; d'ua fluide- primaire et d'un BAD ORIGINAL 69 15796 -7- 2011839 fluide secondaire, de façon que le fluide» primaire s'écoule à travers un ou plusieurs intervalles choisis formés d'un côté de la ou de chaque plaque et que le fluide secondaire s'écoule à travers un ou plusieurs intervalles choisis séparés formés 5 d'un côté de la ou de chaque plaque.