Brevet FR2263482A1 — publié le 19751003

La présente invention concerno un échangeur â tubos cn U et à plaque tui > ulaire unique pour le refroidissement de l'hexafluorure d'uranium. Les échangeurs pour le refroidissement de l'hexafluorure al- uranium sont des appareils bien connus. La Demanderesse a déposé, en même temps que la présente demande de brevet, une dnande de brevet sous le n 74 21 431 relative à un procédé de fabrication tout a fait origirSl d'échangeurs de refroidissement à tubes rectilignes, destines à une installation d'enrichissement de l'uranium selon le procédé de la diffusion gazeuse. Mais de tels appareils se révèlent assez coûteux et sujets à des fuites, proportionnelles au nombre de points de passage des tubés, en raison du nombre élevé de soudures au droit des points de passage de ces tubes à travers les deux plaques de l'appareil. L'invention vise à créer un échangeur de refroidissement de conception nouvelle qui remédie en grande partie à cet inconvénient. Cet appareil est, en fait, caractérisé essentiellement en ce qu'il comprend un faisceau de tubes comportant une unique plaque et dans lequel, par conséquent, les risques de fuite par les soudures faites aux points de passage des tubes à travers cette plaque sont réduits de moitié par rapport aux appareils connus. De plus, en raison du fait qu''l ne comporte qu'une seule plaque, l'échangeur de refroidissement selon l'invention permet de sortir facilement le faisceau de tubes du caisson, de sorte que l'on peut fabriquer séparément ce faisceau et le calisson, ce qui donne des garanties et permet de réaliser des économies importantes. Les tubes de ce faisceau sont recourbés en U et les deux extrématés des branches de l'U sont reliées à l'unique plaque du faisceau, de sorte qu'ils peuvent se dilater Librement, ce qui compense les dilatations thermiques et assure une meilleure étanchéité au vide. Ce dernier point constitue une autre caractéristique importante de l'invention, étant donné que de tels tubes en U sont d'une seule pièce et, sur une grande partie de leur longueur, bimé- talliques et nalllis d'ailettes, et que, par suite, il est particulièrement difficile de les rerourber.L'appareil selon l'invention fait appel à un tel montage en raison de la nécessité de ne pas effectuer de soudures à l'intérieur de l'échangeur, mais cela inlpo- se des précautions spéciales du point de vue de la réalisation et du point de vue métallurgique. Les tubes, comme on l'a signalé, sont composés de deux métaux sur une grande partie de leur longueur, car ils doivent résister à la corrosion par l'eau qui y circule et à la corrosion par l'hexafluorure d'uranium extérieur. L'emploi de tubes en U bimétalliques était déjà connu dans d'autres applications, mais les difficultés propres à la présente application confèrent à celle-ci un véritable caractère inventif.Il ressort donc de ce que l'on vient d'exposer que l'échangeur selon l'invention présente deux caractéristiques importantes. La caractéristique principale tient à la forme même du faisceau de tubes, qui est rectangulaire aussi bien en plan qu'en section frontale en raison de la disposition particulière donnée aux tubes, disposition qui permet d'obtenir la meilleure dépense possible d'énergie et le meilleur rendement thermique possible, et qui assure une température uniforme à la sortie du fluide aux divers points de la section traversée, ce qui, par conséquent, permet également au compresseur de fonctionner avec le meilleur rendement possible. Les caractéristiques de construction qui contribuent à assurer une telle disposition des tubes sont les suivantes (a) il est prévu une membrane pour séparer de la zone d'écoulement la zone où sont logés les coudes intérieurs, ce qui permet à l'hexafluorure uranium de passer uniquement par la partie mu nie d'ailettes des tubes, mis à part un faible écoulement au niveau des coudes sans influence sur le fonctionnement. (b) Il est prévu des rangées horizontales de tubes parallèles en tre eux, reliées en série aux autres rangées, ces rangées étant au nombre de quatre ou de deux, suivant qu'il s'agit d'un échangeur de grande taille ou de taille moyenne ou faible. (c) Les portions d'entrée des tubes, les deux collecteurs et les courbes intérieures sont tous parallèles au plan des rebords du caisson, et les coudes extérieurs de ces tubes sont perpendicu laires à ce plan. (d) Les tubes suivent des parcours en échelons et, de plus, sont disposés en alternance, ce qui permet une distribution particu lière de l'eau, toujours de bas en haut ou inversement (Plg. 6 et 6'). D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés et donnant, à titre explicatif non limitatif, deux formes de réalisation d'un échangeur de refroidissement à tubes en U et à plaque unique suivant l'invention. Sur ces dessins - la Fig. 1 est une vue de c8té, en coupe, d'un tel échangeur; - les Fig. 2 et 2' sont des vues avant de deux formes différentes de réalisation de ltéchangeur; - la Fig. 3 est une vue en plan de l'échangeur de la Fig. 1; - la Fig. 4 représente, à plus grande échelle, l'une des formes de réalisation possibles de ltélément souple destiné à réunir la plaque du faisceau de tubes au caisson; - la Fig. 5 montre comment est normalement réalisé le soudage de ce raccordement, et - les Fig. 6, 6A, 6B, et 6', 6'C montrent le parcours suivi par les tubes du faisceau. L'échangeur de refroidissement selon l'invention comporte un faisceau 1 de tubes, une unique plaque 2 et un caisson 3 à rebords. Un élément souple F (Fig. 4) est intercalé entre le faisceau de tubes et le caisson. L'échangeur comprend également des plaques 4 de maintien des tubes et des coudes extérieurs 5 reliant les diverses rangées de tubes. Dans le faisceau sont prévues quatre rangées horizontales de tubes T parallèles entre eux, reliés en série aux autres rangées T' dans le cas d'un gros échangeur; mais pour un échangeur de taille moyenne ou faible, il n'est prévu que deux rangées horizontales de tubes parallèles T, reliées en série aux autres rangées T'. Les tubes du faisceau sont réalisés bimétalliques, par exemple en acier revêtu d'aluminium. Le fluide à traiter circule de haut en bas ou inversement, et I'eau circule toujours à contre-courant, ce qui, comme on l'a signalé, assure une température uniforme de sortie de l'hexafluorure d'uranium en tous points de la section traversée. - Les tubes suivent donc des parcours en échelons et sont dispo sés en alternance comme cela apparait, par exemple, sur les Fig. 6 à 6'C. - REVENDICATIONS. 1 - Echangeur pour le refroidissement de l'hexafluorure d'uranium, destiné à des installations d'enrichissement de l'uranium selon le procédé de la diffusion gazeuse, constitué par un faisceau de tubes et par une plaque soudée à un caisson à rebords, avec, de préférence, un élément souple intercalé, cet échangeur étant caractérisé en ce que ce faisceau de tubes, aussi bien en plan qu'en coupe frontale, a une forme rectangulaire en raison de la disposition spéciale donnée aux tubes pour assurer la meilleure dépense d'énergie possible et le meilleur rendement thermique, pour assurer une température régulière à la sortie du fluide traité en tous points de la section traversée et pour permettre, de la sorte, au compresseur de fonctionner avec le meilleur rendement possible. 2 - Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des rangées horizontales de tubes parallèles entre eux, reliés en série aux autres rangées, lesdites rangées étant au nombre de quatre ou de deux selon qu'il s'agit d'un gros échangeur ou d'un échangeur de taille moyenne ou faible, et en ce que les deux collecteurs, les portions d'entrée des tubes et les coudes intérieurs sont tous parallèles au plan des rebords du caisson, tandis que les coudes extérieurs sont perpendiculaires à ce plan, le montage étant tel que les tubes suivent des parcours en échelons et soient disposés en alternance tous dirigés de bas en haut ou inversement, et que le faisceau de tubes ait, dans son ensemble, une forme rectangulaire, aussi bien en plan qu'en coupe frontale. 3 - Echangeur selon l'une des revendications 1 et 2, caraeté- risé en ce que les tubes du faisceau sont coudés en U et munis d'ailettes et en ce qu'il comporte une membrane qui sépare la zone où sont logés les coudes intérieurs de la zone d'écoulement gracie à quoi l'hexafluorure d'uranium peut circuler exclusivement sur la partie des tubes munie d'ailettes. 4 - Echangeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans le faisceau de tubes, les divers tubes sont munis d'ailettes, sont bimétalliques et sont repliés en U au droit de la partie bimétallique, leurs deux extrémités libres étant reliées à la même plaque, ce qui leur permet de se dilater librement, en compensant les dilatations thermiques et en assurant une meilleure étanchéité au vide. 5 - Echangeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les tubes du faisceau sont én acier revêtu d'aluminium, de manière à résister à l'attaque de l'eau qui y circule et de l'hexafluorure d'uranium qui les entoure, et en ce qu'ils sont d'une seule pièce et sans soudures, afin d'éviter que l'eau ne vienne au contact-de l'hexafluorure d'uranium par suite des fuites éventuelles par des soudures. 6 - Echangeur selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce que le faisceau de tubes ne comporte qu'une seule plaque de sorte que son montage sur le caisson est facile, ce qui permet de fabriquer le faisceau de tubes indépendamment du caisson à rebords et, de plus, réduit les risques de fuites par les soudures aux points de passage des tubes dans la plaque, à au moins la moitié de ce qu'ils sont dans les échangeurs connus a deux plaques.