Brevet FR2308891A1 — publié le 19761119

La présente invention se rapporte aux échangeurs tubulaires sous enveloppe et peut être utilisée, par exemple, dans les installations énergétiques nucléaires dans lesquelles on utilise un fluide ou des gaz comme agent caloporteur. Le type d'échangeur le plus répandu,adopté pour l'étude des installations énergétiques nucléaires ainsi que dans ces installations en voie de construction, est 1'échangeur du type tubulaire sous enveloppe avec tubes droits pour la transmission de chaleur. On connaît déjà les échangeurs tubulaires sous enveloppe comprenant un noyau creux entouré de tubes d'échange thermique remplissant régulièrement la section transversale de l'échangeur et fixés aux deux extrémités dans des plateaux perforés. Les plateaux perforés peuvent etre réalisés sous forme de disques, comme par exemple, dans l'échangeur de l'installa- tion Enrico Fermi (Etats Unis) . Dans l'échangeur en question, les plateaux perforés sont disposés normalement à l'axe des tubes d'échange thermique.Ces derniers sont fixés régulièrement à la surface du disque. Les plateaux perforés de l'échangeur conforme au brevet d'invention FR nO 1199130 cl. F 25/6 de 1958 sont réalisés sous forme de conte. Les tubes d'échange thermique sont fixés régulièrement suivant la surface du clone. Les échangeurs connus possèdent à différents degrés des défauts connus, à savoir - les plateaux perforés, dans lesquels sont fixés les tubes entourant un noyau creux, sont réalisés pleins, ce qui a pour conséquence une mauvaise alimentation en agent caloporteur des tubes d'échange thermique centraux, en raison de la valeur importante de la résistance hydraulique de contournement transversal par le courant d'agent caloporteur des tubes d'échange thermique dans les secteurs d'entrée et de sortie de l'échangeur. Ceci a pour résultat une distribution irrégulière de la consommation d'agent caloporteur suivant la section transversale de l'échangeur et, par conséquent, un champ irrégulier des températures de l'agent caloporteur thermique dans les secteurs d'entrée et de sortie de l'échangeur, ce qui en fin de compte conduit à une utilisation partielle de la surface d'échange de chaleur et à l'altération des caractéristiques thermophysiques de l'échangeur. Il est à noter que cette irrégularité de distribution de la consommation d'agent caloporteur croit avec l'aug mentation du nombre de rangées de tubes de la périphérie au centre de l'échangeur thermique. On s'est posé le problème suivant : mettre au point une conception d'échangeur assurant une résistance hydraulique minimale dans les secteurs d'entrée et de sortie de l'échangeur, une distribution régulière de l'agent caloporteur dans l'espace entre les tubes et un champ régulier des températures suivant la section transversale du faisceau de tubes. Le problème posé est résolu dans la construction d'un échangeur thermique comprenant un noyau creux, des plateaux perforés disposés autour du noyau creux et inclinés par rapport aux tubes fixés dans lesdits plateaux, les plateaux perforés étant constitués par des sections distinctes et montées de sorte qu'entre les plateaux contigus se forment des jeux qui assurent le passage sans obstacle de l'agent caloporteur dans l'es- pace entre les tubes dans le sens axial dans les secteurs d'entrée et de sortie de l'échangeur. Dans l'échangeur proposé, la résistance hydraulique des secteurs d'entrée et de sortie devient minimale grace au fait que l'agent caloporteur entre dans le faisceau de tubes et sort de ce dernier axialement. De plus, grace à la diminution de la résistance hydraulique des secteurs d'entrée et de sortie de l'échangeur, on obtient une uniformité maximale de la distribution de la consommation d'agent caloporteur suivant la section transversale du faisceau de tubes de l'échangeur thermique, qui ne dépend pas des dimensions de l'échangeur thermique. En outre, grace à la distribution régulière de la consommation d'agent caloporteur suivant la section transversale du faisceau de tubes, le champ des températures de l'agent caloporteur devient régulier.Du fait de la réalisation des plateaux perforés sous forme de sections distinctes, le procédé de fabrication des plateaux tubulaires est simplifié. On trouvera ci-dessous la description de la conception de l'échangeur avec référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente l'échangeur tubulaire à enveloppe, conforme à l'invention (coupe longitudinale) - la figure 2 l'échangeur tubulaire sous enveloppe avec enveloppe partiellement écorchée - la figure 3 la coupe du plateau perforé - la figure 4 la coupe suivant la ligne IV-IV de la fig. 1 - la figure 5 la coupe suivant la ligne V-V de la fig. 1;et - la figure 6 la vue sur la fig. 1, suivant la flèche A. L'échangeur tubulaire thermique à @@@@@@@@ @@@@@@@ @@@@@@@@@ cylindrique 1 (fig. 2), un noyau creux 2, un plateau perforé supérieur 3, un plateau perforé inférieur 4, les tubes d'échange thermique 5, les collecteurs d'entrée 6 et de sortie 7, les tubes de collecteur d'amenée & et d'évacuation 9 de l'agent caloporteur.Les plateaux perforés 3 et 4 sont constitués par des sections distinctes 10 (fig. 3) en forme de trapèzes inclinés par rapport aux tubes d'échange thermique 5 (fig. í 2, 3, 4) et sont disposés de sorte qu'entre les sections contiguës 10 des plateaux perforés 3 et 4 se forment des jeux permettant à l'agent caloporteur d'entrer dans le faisceau tubulaire et d'en sortir dans le sens axial, comme représenté à la fig. 2 par la flèche 1t De ce fait, la résistance hydraulique des secteurs d'entrée et de sortie de l'échangeur devient minimale. Chaque section 10 des plateaux perforés 3 et 4 sert de fond aux collecteurs d'entrée 6 et de sortie 7 de l'agent caloporteur circulant à l'intérieur des tubes 5. Les collecteurs 6 et 7 peuvent avoir la forme indiquée à la fig. 1. Les tubes de collecteur 8 et 9, servant à amener et à évacuer l'agent caloporteur, sont raccordés à ces collecteurs6 et 7. Les tubes d'échange thermique 5 (fig. 5) sont régulièrement distribués sur leur longueur principale suivant la section transversale de l'échangeur. Dans les secteurs d'entrée et de sortie, les tubes d'échange thermique 5 (fig. 6) sont rabattus, de sorte qu'il se forme un espace pour l'entrée de l'agent caloporteur dans le faisceau de tubes et sa sortie de ce dernier entre les faisceaux de tubes 5 fixés dans les sections interchangeables 10 des plateaux tubulaires 3 et 4. L'agent caloporteur réchauffant est amené par la tubulure 12 (fig. 4), et arrive dans la partie haute de l'échangeur. Ensuite, après avoir passé par les espacements entre les sections 10 des plateaux perforés supérieurs 3, il parvient à l'espace entre les tubes de l'échangeur thermique. En s'écoulant du haut vers le bas, l'agent caloporteur réchauffant cède ses calories à 1 'agent caloporteur à réchauffer circulant à l'intérieur des tubes 5. A sa sortie du faisceau de tubes, l'agent caloporteur réchauffant parvient aux espacements entre les sections 10 des plateaux perforés inférieurs 4 et sort de l'échangeur par la tubulure 13. L'agent caloporteur à réchauffer est amené du haut dans le noyau creux 2 qui, à sa partie inférieure, se ramifie en plusieurs tubes d'amenée 8, dont le nombre correspond au nombre de sections du faisceau de tubes. A l'extrémité des tubes d'amenée 8 sont fixés les collecteurs d'entrée 6 des sections 10 des plateaux perforés inférieurs 4. Par les tubes d'amenée 8, l'agent caloporteur parvient aux collecteurs d'entrée 6, puis dans les tubes d'échange thermique 5. En s'élevant dans ces tubes, l'agent caloporteur s'échauffe et, à la partie supérieure de l'échangeur, arrive aux collecteurs de sortie 7 pour arriver ensuite dans les tubes d'évacuation 9. Les tubes 9 sont réunis à un espace annulaire 14 (fig. 1) par lequel l'agent caloporteur réchauffé est véhiculé du bas vers le haut et dirigé vers la sortie de l'échangeur thermique. Dans la conception proposée de l'échangeur, les plateaux perforés sont réalisés sous forme de sections distinctes, dont chacune est liée au collecteur d'amenée ou d'évacuation de l'agent caloporteur correspondant, ce qui simplifie considérablement la fabrication des plateaux perforés, et de l'échangeur thermique dans son ensemble. Entre les sections des plateaux perforés il y a des espacements, ce qui permet à l'agent caloporteur s'écoulant dans l'échangeur du haut vers le bas d'arriver dans le faisceau de tubes en surmontant une résistance hydraulique minimale du secteur d'entrée ; on observe une disposition analogue dans le secteur de sortie de l'échangeur.Vu que le nombre de sections des plateaux perforés, et donc le nombre de faisceaux de tubes fixés dans chaque section, peut être suffisamment grand, le nombre de rangées de tubes de la périphérie au centre de chaque section pouvant par conséquent être suffisamment petit, on peut atteindre une distribution régulière maximale de l'agent caloporteur suivant la section transversale du faisceau de tubes de l'échangeur. On arrive ainsi à obtenir un champ régulier des températures dans les secteurs d'entrée et de sortie de l'échangeur thermique, ce qui à son tour, conduit à une amélioration notable des caractéristiques thermophysiques de 1 'échangeur. De plus, la conception proposée de l'échangeur permet, en cas de rupture d'un tube, de débrancher et remplacer uniquement une section où se trouve le tube en question, ce qui simplifie considérablement la réparation de l'échangeur Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATION Echangeur tubulaire à enveloppe comprenant un noyau creux, des plateaux perforés supérieurs et inférieurs disposés autour d'un noyau creux et inclinés par rapport aux tubes d'échange thermique fixés dans lesdits plateaux, caractérisé en ce que les plateaux perforés sont constitués par des sections distinctes et montées de telle sorte qu'entre les sections contiguës de plateaux perforés se forment des espacements qui assurent le passage sans obstacle de l'agent caloporteur dans l'espace entre les tubes dans le sens axial dans les secteurs d'entrée et de sortie de l'échangeur thermique, un collecteur d'entrée et de sortie étant relié à chaque section du plateau perforé respectif, supérieur et inférieur, pour amener l'agent caloporteur à l'intérieur des tubes d'échange thermique.