Brevet FR2090262A1 — publié le 19720114

"-I- 71 18588 2090262 le développement des réacteurs atomiques régénérateurs rapides à métal liquide nécessite la construction d'échangeurs de chaleur efficaces et fiables capables d'assurer un transfert de chaleur entre le courant primaire de métal liquide de refroi-5 dissement du réacteur et un courant secondaire d'un métal liquide approprié. Un métal liquide qui convient typiquement pour une telle application est le sodium fondu. Parmi les difficultés rencontrées dans l'étude et la mise au point de tels échangeurs de chaleur se trouvent celles 10 provenant de l'éxecution d'opérations d'entretien dans un envi-ronnemeht de sodium liquide, celles provenant de la nécessité d'absorber les contraintes dues aux gradients de température et d'autres encore qui apparaîtront par la suite. La présente invention a pour objet la suppression des 15 inconvénients précités présentés par les échangeurs du type de construction antérieure, en proposant un échsngeur de chaleur comportant un ensemble de tubes facilement accessibles pour leur entretien ou leur réparation et une barrière thermique susceptible de réduire les contraintes d'origine thermique dues à la 20 différence des températures du métal liquide secondaire relativement froid entrant et le sodium qui se trouve dans l'appareil. Par conséquent, l'un des objets de l'invention et la réalisation d'un échangeur dé chaleur perfectionné dans lequel les opérations d'entretien et de réparation sont facilitées et 25 les contraintes d'origine thermique réduites. La description qui va suivre, et le dessin annexé donné surtout à titre d'exemple non limitatif, feront mieux comprendre comment la présente invention peut être réalisée. Sur le dessin annexé : 30 - la figure I est une vue en coupe verticale d'un échan geur de chaleur conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe faite suivant le plan 2-2 de la.figure I ; - la figure 3 est une coupe axiale partielle montrant le 35 détail d'une partie de 1' échangeur de chaleur de la figure I ; et - la figure 4 est une coupe axiale partielle montrant le détail d'une autre partie de 1'échsngeur de chaleur de la figure I. 71 1858c -2- 2090262 Les figures du dessin annexé représentent -un échangeur de chaleur 10 comportant une enveloppe cylindrique extérieure 12 qui constitue la section inférieure de l1échangeur de chaleur et dont le fond 14 bombé porte une tubulure de sortie primaire 16. 5 Aproximité de l'extrémité supérieure de l'enveloppe 12, il est prévu une tubulure d'entrée primaire 18 surmontée d'une enveloppe cylindrique supérieure 22 portant sur le côté de sa partie inférieure une tubulure de sorite secondaire 24. Le diamètre de la section supérieure 22 est plus grand que celui de l'enveloppe 10 12. Une tubulure d'entrée secondaire 26 est prévue dans la section supérieure 22 à un niveau supérieur à celui de la tubulure de sortie secondaire 24. La section supérieure 22 est fermée à sa partie supérieure par une tête hémisphérique concave 28 munie d'une collerette latérale 32 boulonnée sur une collerette laté-15 raie 34 formée par la section supérieure 22. La concavité de la tête hémisphérique 28 réduit le volume du métal liquide contenu dans le circuit secondaire de 1'échangeur. Il est prévu à la partie supérieure de l'enveloppe cylindrique 12 qui forme la section inférieure de 1*échangeur une 20 collerette latérale 134, qui forme la partie inférieure de la section supérieure 22 de 1'échangeur. Oette collerette 134 supporte un noyau amovible 35 logé dans la section inférieure 22. Une couronne de bridage 36 maintient en place une plaque tubulai-re annulaire 38, cette couronne 36 étant elle-même fixée par des 25 goujons 42 régulièrement espacés sur sa circonférence et qui se vissent dans la collerette 134. Dans l'axe de la section inférieure 12 de 1'échangeur, il est prévu un tube de descente 44 dont l'extrémité inférieure supporte une plaque tubulaire annulaire inférieure 46 sur la 30 périphérie de laquelle est fixé un fond à section semi-elliptique 48 formant une chambre collectrice 52. Des entretoises équidis-tantes 54 maintiennent centrée l'extrémité inférieure du noyau 55. L'extrémité supérieure du tube de descente 44 est rattachée à la face inférieure de la plaque tubulaire supérieure 38 35 laquelle repose sur la collerette 134. Un joint d'étanchéité soudé 56 en forme d'oméga est prévu entre la plaque tubulaire supérieure 38 et la couronne 36. Un conduit 58 en forme générale d'entonnoir comporte une 71 18586 -3- 2090262 partie inférieure cylindrique qui s'engage dans 1'extrémité supérieure du tube de descente 44 et une partie supérieure qui s'évase vers le haut et vers l'extérieur et dont la périphérie est boulonnée sur un anneau de support 59 fixé contre la paroi intérieure de la section supérieure 22 de l'appareil. L'extrémité inférieure du conduit 58 qui pénètre dans le tube de descente 44 constitue une barrière thermique qui diminue les contraintes d'origine thermique dans la plaque tubulaire 38 et qui, d'autre part, réduit les fuites de sodium secondaire froid vers les chambres de circulation du sodium secondaire chaud sortant de l'appareil. Un manchon mince 60 (figure 3), fait en acier inoxydable dans sa partie supérieure et dans sa partie inférieure en une matière ayant un coefficient de dilatation moindre que l'acier inoxydable, est interposé sans jeu entre la plaque tubulaire supérieure 38 et la partie inférieure du conduit 58 en vue de réduire encore plus les fuites de sodium secondaire. Une paroi 64 en forme d'entonnoir, placée sous le con Le conduit 58 en forme d'entonnoir aune épaisseur suffisante pour pouvoir supporter la pression du fluide secondaire et la paroi inférieure 64 en forme d'entonnoir a une épaisseur suffisante pour constituer une barrière thermique pour le conduit 58. Une isolation thermique métallique 63 réduit le gratient de température qui s'établit dans la partie de la section supérieure 22 située entre la tubulure de sortie 24 du fluide secondaire et la collerette du support 59. La plaque tubulaire supérieure 38 et la plaque tubulaire inférieure 46 sont reliées par un faisceau annulaire 66 de tubes soudés par leurs extrémités respectivement sur l'une et l'autre de ces plaques tubulaires. Il est prévu des déflecteurs de circulation 68 qui servent aussi de support pour ces tubes. Une pluralité de tirants inétieurs 72 et de tirants extérieurs 74, régulièrement espacés et manchonnés, réunissent par soudure et boulonnage, ainsi qu'on le voit sur la figure 2, . les déflecteurs de circulation et augmente la rigidité de l'ensemble. En cours d'utilisation de l'échangeur de chaleur 10, le 71 18588 -4- 2090262 sodium primaire chaud pénètre par la tubulure d'entrée 18, circule autour des tubes du faisceau 66 en remplissant l'espace annulaire qui entoure le tube de descente 44 et sort par la tubulure de sortie 16 formée par la paroi de fond de l'envelop-5 pe 12. les flèches à pointe unique indiquent le sens de circulation de ce courant primaire et les flèches à double pointe indiquent celui du courant secondaire, le sodium secondaire relativement froid pénètre par la tubulure supérieure 26, s'écoule vers le bas dans le conduit 58 en forme d'entonnoir et dans le 10 tube de descente 44, et pénètre dans la chambre inférieure 52. Ce sodium traverse ensuite la plaque tubulaire 46, circule dans les tubes du faisceau 66, traverse la plaque supérieure 58 et sort par la tubulure 24. la construction qui vient d'être décrite permet de p&s-15 ser un tampon dans les tubes du faisceau 66 sans avoir à extraire ce faisceau hors de l'appareil. Cette opération s'effectue en démontant la tête concave 28, le conduit 58 en forme d'entonnoir et la paroi associée, ce démontage découvrant la plaque tubulaire 38 et permettant l'exécution de travaux d'entretien. 20 l'enlèvement du faisceau tubulaire 66 s'effectue en déboulonnant la couronne 36 et en la soulevant, en coupant le joint 56 en forme d'oméga et en soulevant le faisceau tubulaire 66 hors de l'enveloppe 12. 71 18588 -5- 2090262 - RBVBlTOIGATIQgS-I - Echangeur de chalèur pour métal liquide caractérisé en ce qu'il comprend : une enveloppe cylindrique formant une section supérieure 5 et une section inférieure ; un noyau axial amovible descendant dans la section inférieure de l'enveloppe cylindrique ; un conduit de descente comportant un tube cylindrique surmonté d'un conduit en forme d'entonnoir dont l'extrémité inférieure pénètre dans ce tube ; une 10 plaque tubulaire annulaire inférieure montée sur l'extrémité inférieure de ce tube et l'entourant ; un élément de fermeture situé sous l'extrémité inférieure de ce tube et sous la plaque tubulaire inférieure et formant une chambre inférieure ; une plaque tubulaire annulaire supérieure entourant le conduit de 15 descente ; et un faisceau de tubes s'étendant entre la plaque tubulaire supérieure et la plaque tubulaire inférieure pour définir le circuit du courant refroidisseur secondaire descendant par ledit conduit en forme d'entonnoir, et par ledit tube, passant par la chambre inférieure et remontant par les tubes de ce 20 faisceau ; des dispositifs logés dans la section supérieure de 1'échangeur qui brident ledit noyau amovible en le maintenant suspendu par sa partie supérieure ; une entrée du sodium secondaire et une sortie du sodium 25 secondaire prévues sur la section supérieure de 1'échangeur, cette entrée dirigeant le sodium liquide dans le conduit en forme d'entonnoir duquel il s'écoule dans ledit tube, et cette sortie étant située au-dessous du conduit en forme d'entonnoir mais au-dessus de la plaque tubulaire supérieure et dirigeant 30 le fluide secondaire sortant des tubes dudit faisceau vers l'extérieur de 1'échangeur ; et une entrée de sodium primaire située dans la partie supérieure de la section inférieure et une sortie de sodium primaire située sous la chambre inférieure de 1'échangeur. 35 2 - Echangeur de chaleur selon la revendicationl, carac térisé en ce que les dispositifs qui brident et maintiennent suspendu par sa partie supérieure ledit noyau amovible comprennent une collerette annulaire, la plaque tubulaire supérieure 71 18588 -6- 2090262 étant accouplée avec cette collerette de façon à demeurer amovible . 3 - Echangeur de chaleur selon la revendication2, caractérisé en ce que les dispositifs qui brident et maintiennent sus- 5 pendu par sa partie supérieure ledit noyau amovible comprennent en outre une couronne de bridage boulonnée sur ladite collerette cette couronne de bridage bloquant la plaque tubulaire supérieure entre elle-même et ladite collerette. 4 - Echangeur de chaleur selon la revendication 3, carac-10 térisé en ce que la plaque tubulaire supérieure est supportée par l'extrémité supérieure dudit tube cylindrique. 5 - Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une tête qui obture l'extrémité supérieure de sa section supérieure et qui est boulonnée par sa 15 périphérie contre ladite extrémité supérieure de la section supérieure. 6 - Echangeur de chaleur permettant de mettre deux fluides en contact, indirect d'échange de chaleur, cet échangeur étant caractérisé en ce qu'il comprend : une entrée pour un pre- 20 mier de ces fluides ; une sortie pour ce premier fluide située au-dessous de ladite entrée ; une entrée pour le deuxième de ces fluides ; un tube ; une première et une deuxième plaques tubulai-res annulaires, ces plaques tubulaires étant coaxiales avec ledit tube, la première étant placée plus près de ladite entrée que la 25 deuxième ; u;i faisceau de tubes s'étendant entre ces deux plaques tubulaires ; line chambre contigiie avec la deuxième plaque tubulaire, ce par quoi ledit premier fluide pénètre par ladite entrée s'écoule autour des tubes dudit faisceau et sort par ladite sortie, le deuxième fluide arrivant par la deuxième entrée préci-30 tée, circulant dans ledit tabe, pénétrant dans ladite chambre, circulant dans les tubes du faisceau et sortant par ladite sortie un conduit en forme d'entonnoir qui dirige le deuxième fluide ventrant par ladite entrée vers ledit tube ; et une sortie au deuxième fluide, cette sortie étant située entre la pre/niere pla-35 que tubulaire et ledit conduit en forme d'entonnoir, celui-ci et cette première plaque tubulaire étant montés dans 1'échangeur de façon à demeurer amovible et à permettre l'accès au faisceau de tubes. 71 18588 -7- 2090262 7 - Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une collerette de support sur laquelle est boulonné par sa périphérie ledit conduit en forme d'entonnoir. 8 - Echangeur de chaleur selon la revendication 6, ca-5 ractérisé en ce qu'il comporte en outre une couronne de bridage, placée sur la périphérie de la première plaque tubulaire et boulonnée sur 1'échangeur de chaleur. 9 - Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit tube et ledit faisceau de tubes sont 10 sensiblement verticaux, la première plaque tubulaire étant située plus haut que la deuxième, le conduit en forme d'entonnoir présentant une partie inférieure cylindrique qui pénètre dans ledit tube cylindrique et la première plaque tubulaire reposant par la périphérie de son trou central sur l'extrémité dudit tube.