Brevet FR2003401A1 — publié le 19691107

la présente invention concerne des échangeurs de chaleur du genre comportant des tubes, dans lesquels circule un fluide, disposés dans une enceinte qu'un second fluide peut traverser, aux fins d'échange de chaleur avec celui circulant dans les tubes. 5 On utilise de tels échangeurs de chaleur à la production de vapeur en employant comme fluide chauffant le réfrigérant qui é-mane d'un réacteur nucléaire. Ce réfrigérant peut pénétrer dans l'échangeur de chaleur à une température de l'ordre de 750°C et il est indispensable que les organes exposés à des températures 10 de cet ordre soient de haute qualité. la présente invention a pour but de faciliter l'Utilisation de matériaux de qualité moindre daias la structure de support des tubes d'un échangeur de chaleur. Elle a pour objet un échangeur de chaleur comportant un 15 faisceau tubulaire, permettant la circulation d'un premier fluide, logé dans une enceinte qu'un second fluide, chauffant, peut traverser aux fins d'échange de chaleur avec le faisceau tubulaire, caractérisé en ce que le faisceau tubulaire est soutenu par en-dessous par une embase, le trajet de circulation du second fluide 20 étant tel que ee fluide balaie d'abord le faisceau tubulaire, puis l'embase, celle-ci étant soutenue par un ou plusieurs moyens de suspension, et en ee qu'il est prévu un moyen refroidisseur de nature à imprimer au ou à chaque moyen de suspension un refroidissement supérieur à celui que le premier fluide assure en tra-25 versant le faisceau tubulaire. Elle vise encore tin éohangeur de chaleur comportant un faisceau tubulaire, logé dans une enceinte et relié à une source d'un fluide qui doit être chauffé en le traversant, l'enceinte étant reliée à une source de fluide chauffant propre à chauffer le flui-30 de qui traverse les tubes, le faisceau tubulaire étant soutenu par en-dessous par une embase, le trajet de circulation du second fluide étant tel que ce fluide balaie d'abord le faisceau tubulaire, puis l'embase, celle-ci étant soutenue par un ou plusieurs moyens de suspension et un moyen refroidisseur étant prévu pour 35 imprimer au ou à chaque moyen de suspension tin refroidissement supérieur à celui que le premier fluide assure en traversant le faisceau tubulaire. Pour mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant en décrire certains modes de réalisation en se référant aux dessins 40 schématiques annexés, sur lesquels : 69 06156 2003401 la figure 1 est une vue de profil en coupe d'un échangeur de chaleur formé par une chaudière agencée pour être chauffée par le gaz réfrigérant émanant d'un réacteur nucléaire ; la figure 2 est une vue de profil en coupe de la partie in-5 férieure de cette chaudière , réalisée suivant une variante ; la figure 3 est une vue de profil en coupe d'une chaudière suivant un autre mode de réalisation ; - la figure 4 est une vue de profil en coupe d'une chaudière suivant encore un autre mode de réalisation, et 10 la figure 5.est une vue de profil en coupe de la partie in férieure de la chaudière représentée sur la figure 4j réalisé© suivant une variante. Sur les dessins, les pièces homologues portent sur toutes les figures les mêmes références numériques. 15 Sur la figure 1, on voit en 10 un espace, dit nacelle, mé nagé dans la partie en béton d'une enceinte sous pression de réacteur* nucléaire (non représenté). Une entrée 11, par laquelle du réfrigérant arrivant du réacteur peut pénétrer dans l'espace 10, débouche dans 1*extrémité supérieure de cet espace et une 20 sortie 12, permettant au réfrigérant de retourner de 1*espace 10 au réacteur, est ménagée à un niveau inférieur. Entre l'entrée 11 et la sortie 12 est interposé, sur la quasi-totalité de la section transversale de l'espace 10, tua faisceau de tubes d'échange de chaleur 13, soutenu par en-dessous par 25 une embase 14. Un manchon 15 traverse de haut en bas le toit iso- t lé 16 de l'espace 10 et s'étend au centre du faisceau tubulaire "13- L*embase 14 est suspendue par un organe de support vertical central 17, coaxial au manchon 15, dont il est séparé par un es-30 pace annulaire 18. L'organe de support 17 est relié au manchon 15 par une plaque tubulaire 19» située au-dessus du toit 16. Des conduits, dont l'un est indiqué en 20, partent vers le bas de la plaque tubulaire 19» à travers l'espace annulaire 18, et chacun _ d'eux est relié par sa base à un tube du faisceau tubulaire 13S 55 par un raccord 21 qui traverse l'embase 14 de haut en bas à.partir du conduit 20 associé, puis de bas en haut pour rejoindre le tube. Après avoir traversé les tubes du faisceau tubulaire 13, le fluide quitte la chaudière par des tubes de sortie (non représentés) qui traversent le toit 16. 40 L'extrémité inférieure du manchon 15 est séparée de l'embase 06156 14 par un interstice 22 qui permet au manchon de se dilater par rapport à l'organe de support 17» mais la plaque tubulaire 19 assure une fermeture qui empêche le fluide chauffant parvenu dans le manchon 15 de s'échapper par l'interstice 22. 5 En foH.ctiormea.erit s du réfrigérant émanant du réacteur pénè tre dans l'espace 10 par l'entrée 11* puis se rabat vers le bas dans cet espace* balayant dfabord le faisceau tubulaire 12» puis l'embase 14 avant de rejoindre le réacteur ps,r la sortie 12, Se i?eau, que 1'échangeur de chaleur doit transformer en vapeur d* • ' eexif v^avsrse de haut en bas les conduits 20» puis de bas en haut le faisceau tubulaire 15. Bit fait que le fluide chauffant ne balaie 1e embase de support 14 qu*après avoir été refroidi par 1© faisceau tubulaire 15, cettc c^;ase 14 ne subit %u*tm chauffage w&s&mm* Le fluide ehaaf-1 f: ne peut s5infiltrer dans l'espace annulaire 18 et, du fait que ce dernier est refroidi par l'eau empruntant les conduits 20 qu'il contient, le support central 17 est protégé contre 1'échauffe ment . Outre quril limite 1 ' éehaufferaent du support central 17, ce refroidissement atténue en conséquence les problèmes de dila-20 tatioru La dilatation dti manchon 15 par rapport au support central 17 est permise par 1*interstice 22. On voit que, dans l'agencement décrit, les- moyens de support du faisceau tubulaire 15 sont protégés contre tout© surchauffe. Le mouvement relatif que doivent permettre les raccords 21 re-25 liant les extrémités de sortie des conduits 20 aux entrées des tubes du faisceau tubulaire 15 est aussi d'amplitude faible, pioins grande que si l'embase était portée par l'extrémité inférieure du manchon 15» car l'embase 14 épouserait alors les mouvements imprimés à ce manchon par les dilatations thermiques. 50 Bans le cas de la figure 2f de l'eau arrive dans la chaudiè re par des conduits 25 qui pénètrent dans l'espace 10 au-dessous de la sortie 15 et au-dessous de lrembase 14 soutenant le faisceau tubulaire 15. En conséquence » le refroidissement de l'espace annulaire 18 n'est pas assuré par lseau arrivant au faisceau tu-55 bulaire 15. L'extrémité inférieure &%x ma.nehon 15 est scellée à 1'* embase 14 et reliée à vu cenduit d'allaientation 27 qui s'étend vers le haut depuis 15extrémité iafé$>ieîire. de l'espace 10 Jusqu'à 1 ' eçTjas4~ annulaire 13,-- Le Eisjieîton 15 srff-t' iiî.tôrroapu .près de 115extrémité supérieur* l'espace' tO pour ®éaager wz interstice (non 40 représente) qui, outre qu*iî ~ fe: sanchon par ^003401 "î »*. / 'i r T V/ v o i J o rapport au support -..entrai 17 ? constitue une voie de sortie de . espace annulaire 18* Ainsi, en fonctionnement, du fluide froid sous pression supérieure à celle.régnant dans l'espace 10 vient par le conduit d'alimentation 27 traverser vers le haut l'espae-: 5 annulaire 18 pour passer par ledit interstice dans l'espace 10, où il se mélange au réfrigérant arrivant du réacteur. Suivant ut:: modification autre que celle illustrée par la figure 2, on supprime le manchon 15 en réalisant le support central sous forme c-conduit isolé, percé d'un trou au sommet, et en envoyant le flui— 10 de froid traverser de bas en haut l'alésage de ce.conduit. Sur la figure 5, l'embase 14 qui soutient le faisceau tubulaire 15" n'est plus portée par un support vertical central prévr. à cette fin, mais par une série de colliers- 51» fixés chacun à i:-: conduit 20. Ainsi, l'embase 14 est soutenue par le groupe de cob-15 duits 20 qui alimentent en eau le faisceau tubulaire 15* les conduits 20 partent vers le bas d'une plaque tubulaire 19 située au-dessus du toit 16 et qui définit en partie un collecteur 52 auquel on peut envoyer l'eau d'alimentation de la chaudière. Des raccords 21 partent vers le bas des extrémités inférieures des 20 conduits 20, puis traversent vers le haut l'embase 14 et rejoignent les tubes du faisceau tubulaire 15. Ainsi, en fonctionnement, de l'eau alimentaire parvient au collecteur 52 et travers de haut en bas les conduits 20, puis de- bas en haut les raccor_..; 21 et les tubes du faisceau 15. Les moyens de suspension de l'em-25 base 14» formés par les conduits 20 et par les colliers 51, sont refroidis du fait que les conduits 20 assurent la circulation de l'eau d'alimentation de la chaudière, le manchon 15 faisant en-outre écran entre les gaz chauds et les conduits. l'embase 14 n' accompagne pas la dilatation du manchon 15, de sorte que les rac-50 cords 21 n'ont à absorber que de faibles mouvements résultant de dilatations thermiques. Sur la figure 4, l'embase 14 qui soutient le faisceau tubulaire 15 est sijspendue à un collecteur tubulaire 40. qui traverse-le toit 16 et l'embase 14. Des raccords 21 partent de la base du 35 collecteur 40, se rabattent vers le haut, traversent l'embase 1' et rejoignent les tubes du faisceau 15. Un manchon 15a s'étend sur la majeure partie de la longueur du collecteur 40 pour défier 'un sspa.ce aort annulaire, fermé à la base et ouvert au conrut Axïi-s.L , ..'/a foïlc'cionnement, de l'eau alimentaire arrive au sommet ' - au t;-.-" ;-0 j -de s sus du toit 16. Elle n'écoule vers le oi COPY 69 06156 2003401 dans le collecteur 40, puis remonte à travers les raccords 21 et les tubes du faisceau 13. le collecteur 40 qui assure la suspension de l'embase 14 est refroidi par le courant descendant d'eau alimentaire qui le traverse et protégé contre les gaz en circula-5 tion par le manchon 15, de sorte qu'il demeure sensiblement à la température de l'eau alimentant la chaudière. Le raccordement entre l'embase 14 et le collecteur 40 tend aussi à limiter la température "que pèu-G atteindre l'embase. Sur la figure' 5, le collecteur 40 présente à la base une sé-10 rie de ramifications radiales 50. Le faisceau tubulaire 13 repose sur ces ramifications 50 et les raccords 21 s'étendent vers le haut entre ces ramifications et les tubes du faisceau 13. Ainsi, en fonctionnement, de l'eau traverse de haut en bas le collecteur 40, puis passe dans les tubes du faisceau 13 par les ramifica-15 tions 50 et les raccords 51. Ainsi, tant les ramifications 50, formant l'embase de support du faisceau tubulaire, que le collecteur 40, assurant la suspension de l'embase, sont refroidis par l'eau alimentaire envoyée au faisceau tubulaire. COPY 69 06156 o 2003401 HETEBDI0 A'II OU S 1) Echangeur de chaleur comportant un faisceau tubulaire, permettant la circulation d'un premier fluide, logé dans une enceinte qu:uïi second fluide, chauffant, peut traverser aux fins d' "échange de chaleur -avec le faisceau tubulaire, caractérisé en ce 5 que le faisceau tubulaire est soutenu par en-dessous par une embase, le trajet de circulation du second fluide étant tel que ce fluide balaie d'abord le faisceau tubulaire, puis l'embase, cel-le~ci étant soutenue par un ou plusieurs moyens de suspension, et en ce qu'il est prévu un moyen refroidisseur de nature à imprimer 10 au ou à chaque'moyen de suspension un refroidissement supérieur à celui que le premiei* fluide assure en traversant le faisceau tubulaire. 2) Eehangeur de chaleur comportant un faisceau tubulaire logé dans une enceinte, caractérisé en ce que ce faisceau est relié 15 à une source d'un fluide qui doit être chauffé en traversant ses tubes, en ce que l'enceinte est reliée à une source de fluide chauffant propre à chauffer le fluide qui traverse les tubes, en ce que le faisceau tubulaire est soutenu par en-dessous par une embase, en ce que le trajet de circulation du second fluide est 20 tel que ce fluide balaie d'abord le faisceau tubulaire, puis 1' embase, en ce que l'embase est soutenue par un ou plusieurs moyens de suspension et en ce qu'il est prévu un moyen refroidisseur de nature à imprimer au ou à chaque moyen de suspension un refroidissement stipérieur à celui que le premier fluide assure en 25 traversant le faisceau tubulaire. 3) Eehangeur de chaleur selon l'une ou l'autre des revendications précédantes, caractérisé en ce que le ou chaque moyen de suspension s'étend dans un manchon définissant autour de lui un espace qui est intercepté pour que le second fluide ne puisse le 30 traverser à partir de l'intérieur de l'enceinte et en ce que le moyen refroidisseur refroidit cet espace. "4) Eehangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il ne comporte qu'un seul moyen de suspension et on ce que ce moyen traverse le fainceau tubulaire. 35 5) Eehangeur de chaleur selon la revendication 4, caractéri sé en ce que le moyen refroidisseur comporte un moyen de canali- ' sation qui s'étend dans ledit espace et est monté en série avec COPY 9 06156 2003401 le faisceau tubulaire et situé en amont de ce dernier dans le sens de circulation du premier fluide. 6} Eehangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de suspension comporte un moyen de 5 canalisation monté en série avec le faisceau tubulaire et situé en amont de ce faisceau dans le sens de circulation du premier fluide. 7} Eehangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ee que 1*embase est portée, par taie série de colliers, en-10 tourant chacun un conduit auquel il est fixé. 8) Eehangeur de chaleur selon la revendication 4» caractérisé en" ce que le moyen de suspension est formé par un collecteur à fluide monté en série avec le faisceau tubulaire et situé en amont de ce faisceau dans le sens de circulation du premier flui-15 de. 9) Eehangeur de chaleur selon la revendication. 8, caractérisé en ce que l'embase est formée par une série de ramifications de collecteurs partant radialement du collecteur précité. 10) Eehangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendi-20 cations 5 à 7( caractérisé en ce que le sommet du moyen de suspension est fixe par rapport au manchon et en ce que la base du manchon peut se déplacer par rapport à ce moyen de suspension pour permettre des dilatations thermiques relatives. 11) Eehangeur- de chaleur selon la revendication 10, caracté-25 risé en ce que le moyen de suspension est suspendu au manchon par son sommet. 12) Eehangeur de chaleur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le manchon traverse la limite haute de l'enceinte et en ce que le sommet du moyen de suspension se situe extérieure- 30 ment à cette limite haute. 13) Eehangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ee que le manchon présente à une extrémité une communication avec l'espace contenant, dans l'enceinte, le faisceau tubulaire et en ce que le moyen refroidisseur comporte un moyen relié 35 à l'autre extrémité du manchon, de sorte que du réfrigérant peut traverser l'espace défini par le manchon pour passer par ladite communication dans l'espace entourant ce dernier. "Î4) Sohangeur ue chaleur selon la revendication 13, caractérisé en 2e que l*£.x v copv 06156 2003401 15) Eehangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou chaque moyen de suspension est un conduit présentant à une extrémité un trou par lequel son alésage communique avec l'espace qui contient dans l'enceinte le faisceau 5 tubulaire et en ce quêim moyen est relié à l'autre extrémité du conduit pour faire traverser l'alésage de ce dernier par du réfrigérant qui s'échappe par ledit trou. 16} Eehangeur de chaleur selon la revendication 15* caractérisé en ce que le trou est prévu au sommet du conduit. 10 17) Eehangeur de chaleur selon la revendication 14 ou 16,. caractérisé en ce qu'un conduit d'alimentation en réfrigérant, par lequel le premier fluide peut atteindre le faisceau tuhulaires pénètre dans l'enceinte à partir de la limite de l'enceinte. 18) Eehangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendi-15 cations précédentes, caractérisé en ce que la voie d'entrée du second fluide dans l'enceinte se situe au-dessus du faisceau tubulaire et la voie de sortie du second fluide au-dessous de l'embase . 19) Eehangeur de chaleur selon la revendication 18, caraoté-20 risé en ce que l'enceinte est réalisée en béton et incorporée à une enceinte sous pression contenant un réaeteur nucléaire et en ee que le réfrigérant émanant du réacteur constitue le second fluide qui traverse l'enceinte.