Brevet FR2279051A1 — publié le 19760213

La présente invention concerne les échangeurs de chaleur à surfaces d'échange en tôles préformées, adaptés au service à pression et température élévées telles qu'on rencontre notamment dans les réacteurs nucléaires, du type PWR par exemple. On connatt, surtout pour leur compacité, les échangeurs de chaleur S surfaces d'échange en tôles préformées où deux fluides caloporteurs dits HP (haute pression) et BP (basse pression), divisés en lames minces par des tôles, circulent surles faces opposées de chacune d'elles. Dans les échangeurs utilisés à pression et température modérées, le faisceau d'échange est constitué généralement par une pile serrée de plaques préformées pourvues d'ouvertures d'entre et de sortie des deux fluides caloporteurs, et de joints d'étan- chéité intercalaires convenablement disposés. Dans les échangeurs fonctionnant d pression et température élévées, et répondant sur les plans de fiabilité et de sécurité à un cahier de charges sévère, les joints d'étanchéité élastoplastiques ou autres doivent être remplacés par soudures étanches. On doit, en conséquence, réunir entre eux par soudure, d'une part, les borda des tales constitutives du faisceau y compris ceux des ouvertures d'entrée et de sortie, d'autre part, les extrémités du faisceau et l'ossature de l'échangeur. Une telle structure présente plusieurs inconvénients. La fabrication d'un faisceau dont toutes les tôles constitutises sont soudées entre elles est complexe. De nombreux endroits S souder sont peu accessibles0 Le eontrdle d'étanchéité final peut mettre en cause le faisceau tout entier, d'où la mécessité de créer un outillage specifique couteux permettant de procéder à des contrdles d'assemblages partiels, successifs. Enfin en service, la structure hyperstatique du faisceau est soumise S des contraintes thermiques sévères, et toute fuite décelée dans l'échangeur conduit d un arrêt prolongé de l'installation dont celui-ci fait partie. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients. Elle a pour objet un échangeur de chaleur à surfaces d'échange en tôles préformées dont le faisceau comprend des compartiments autonomes juxtaposés, un compartiment étant composé de deux tôles préformées superposées et de ses collecteurs particuliers d'entrée et de sortie d'un fluide caloporteur0 Les caractéristiques détaillées et les avantages de l'invon- tion ressortiront par ailleurs de la description ci-après portant sur les odes de r6alisation choisis à titre d'exemple et repré- sentés par les dessins annexés, dont :: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'um échan- geur suivant l'invention; - la figure 2 est une coupe suivant A-A de la fig.1; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un compar timent; - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un collecteur particulier; - la figure 5 est une vue en coupe transversale d'un échangeur a quatre faisceaux; - la figure 6 est une variante de l'échangeur de la fig.5. Un échangeur suivant l'invention (fig.1 et 2) est constitué essentiellement par: une enceinte t pourvue de tubulures d'entrée et de sortie des fluides caloporteurs HP et BP indiquées par des flèches, une jupe 2 appuyée sur une cloison 3 séparant les parties amont et aval du circuit HP d l'intérieur de l'enceinte 1, et un faisceau d'échange 4 qui comprend des compartiments sutonomes 5 juxtaposes de façon d occuper un volume minimal. Un compartiment autonome 5 est composé de deux tôles préformées superposées 6 et 7 (fig. 3) et de ses collecteurs particuliers d'entrée 8 et de sortie 9 d'un fluide caloporteur BP.Les collecteurs 8 et 9, sensiblement parallèle d une face du compartiment 5, sont disposés sur les faces et extrémités opposées de ce dernier en lui conférant en coupe l'allure de la lettre "Z" à bras tronqués. Les tales 6 et 7 constitutives d'un compartiment 5 sont de forme générale rectangulaire. Leurs bords, réunis entre eux par les soudures 10 le long de deux cotés opposés du rectangle, sont fixé, également par soudure, aux collecteurs 8 st 9 le long des deux autres cotés. Les dé tails de fixation par les soudures Il et 12 sont représentés sur la fig.4. A l'aide de tubes relativement souples 13 et relativement rigides 14, les collecteurs 8 et 9 sont reliés respectivement aux plaques tubulaires 15 et 16 installées dans les tubulures BP de l'enceinte 1.Les compartiments 5 juxtaposés de fapon à occuper un volume de dimensions minimales constituent un faisceau d'échange 4 de forme générale parallèlépipédique, les collecteurs 8 et 9 étant disposés en gradins 17 et 18 délimitant sensiblement les deux faces du porallèlépipède inclinées à l'axe de ce dernier. La jupe 2, également parallèlépipédique, délimite autour du faisceau 4 la section de passege du fluide caloporteur HP et sert d'appui aux extrémités des collecteurs 9 par lesquels les compartiments 5 sont individuellement suspendus. Le fonctionnement de l'échangeur suivant l'invention est ans- logue d celui des échangeurs connus. Divisé à l'entrée du faisceau en lames minces par les collecteurs 9, le fluide caloporteur HP passe entre les compartiments autonomes 5 et quitte le faisceau au niveau des collecteurs 8. Reparti par la plaque tubulaire 15, le fluide caloporteur BP parcourt successivement les tubes 13, les collecteurs d'entrée 8, les compartiments autonomes 5, les collec teurs de sortie 9, les tubes 14 et la plaque tubulaire 16. L'échangeur (fig.5) ne diffère du précédent que par l'installation de plusieurs faisceaux dans l'enceinte 21: il y a 4 jupes 22 et 4 faisceaux 24 identiques. La section globale du corps d'échange est sensiblement carrée. Suivant la variante (fig. 6), le remplissage de l'enceinte 31 est amélioré par l'installation de deux paires de faisceaux 34 et 35, deux par deux identiques. L'échangeur suivant l'invention présente plusieurs avantages. La fabrication de compartiments eutonomes est plus simple que celle d'un faisceau composé d'une multitude de tôles. Les soudures sont plus accessibles. Les contrôles d'étanchéité sont moins onereux. On peut facilement éliminer un compartiment defectueux même s'il est déja incorporé dans un faisceau. En service, les dilatations thermiques des compartiments sutonomes sont pratiquement indépendantes les unes des autres. Une fuite décelée dans l'échan- geur peut être éliminée au niveau des plaques tubulaires, sans demontage du faisceau, donc sans immobilisation prolongée de l'installation dont l'échangeur fait partie. On peut évidemment, sans sortir du cadre de l'invention, apporter des modifications aux modes de réalisation précités, par exemple, changer le nombre et/ou la disposition des faisceaux, mo diriger le tracé des tôles constitutives d'un compartiment, adopter une forme différente d'assemblage entre les tôles constitutives d'un compartiment autonome et les collecteurs particuliers de ce dernier. L'échangeur de chaleur suivant l'invention peut être utilisé-1 dans les centrales nucléaires, fixes ou mobiles, du type PWR par exemple et les installations de faible encombrement. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins un faisceau d'échange enfermé dans une enceinte, le ou lesdits faisceaux étant constitués par une pluralité de compartiments autonomes juxtaposés et dont les faces d'échange sont constituées de tôles préformées et comportant au moins un collecteur d'entrée et au moins un collecteur de sortie, les compartiments d'un même faisceau ayant sensiblement la même longueur et étant régulièrement décalés les uns par rapport aux autres de telle façon qu'ils soient disposés selon des gradins. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits compartiments sont décalés selon la direction de leur plus grande longueur. 3. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chacune des 2 faces d'un comparti- ment à la forme générale d'un rectangle ayant un grand et un petit c8té. 4. Echangeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ou les collecteurs e d'entrée d'un même compartiment sont disposés selon l'un des petits côtés du rectangle et en ce que le ou les collecteurs de sortie sont disposés selon l'autre petit côté. 5. Echangeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que dans un même faisceau les collecteurs d'entrée sont disposés sur une face des compartiments et en ce que les collecteurs de sortie sont disposés sur l'autre face desdits compartiments. 6. Echangeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits collecteurs occupent sensiblement toute la longueur du petit côté.