Brevet FR2288287A1 — publié le 19760514

La présente invention, cOncerne un échangeur de chaleur du type à plaques, adapté fonctionne à des régimes de pression et de température élevés, ce qui est notamment le cas dans le domaine nucléaire. Elle concerne plus particulièrement un échangeur comportant au moins un faisceau d'échange constitué par un ensemble de compartiments juxtaposés, chaque compartiment étant composé de deux tôles superposées et de collecteurs parti culiers d'entrée et de Sortie d'un fluide caloporteur. Dans les échangeurs de ce type, il est nécessaire de prévoir des collecteurs de dimensions suffisam ment importantes pour assurer dans de bonnes conditions l'écoulement du fluide traversant le compartiment intéressé. I1 est par ailleurs nécessaire de prévoir entre deux compartiments adjacents un faible intervalle pour la circulation du fluide en relation d'échange thermique avec le fluide traversant les compartiments, eux-mêmes de faible épaisseur. I1 s 'avère en pratique très difficile de concilier ces deux impératifs. La présente invention a pour but de surmonter cette difficulté grace à une disposition originale des collec teurs afférents aux compartiments juxtaposés. Elle a plus précisément pour objet un échangeur de chaleur du type à plaques comportant au moins un faisceau d'échange constitué par un ensemble de compartiments juxtaposés, chaque compartiment étant composé de deux tôles superposées et de collecteurs particuliers d'entrée et de sortie d'un fluide caloporteur circulant dans ce compartiment, caractérisé en ce que les collecteurs d'un même compartiment occupent sensiblement deux demi-largeurs de côté opposé, aux extrémités dudit compartiment. Les collecteurs particuliers d'entrée et les collecteurs particuliers de sortie occupent alternativement les deux demi-largeurs de côté opposé, aux extrémités de leurs compar- timents respectifs.- Les collecteurs particuliers d'entrée et les collecteurs particuliers de sortie occupant les demi-largeurs situées du même côté de leurs compartiments respectifs sont alternativement disposés suivantî deux rangées parallèles présen tant en coupe deux niveaux diff6tents. Chaque compartiment comporte un appendice prolongeant une de ses demi-largeurs, l'un des collecteurs étant disposé le long de cet appendice, les compartiments successifs étant agencés de telle sorte que leurs appendices respectifs occupent, par permutation circulaire, les quatre demi-largeurs. Suivant une variante de réalisation, les compartiments présentent des appendices de deux longueurs différentes et deux compartiments à appendices courts sont suivis de deux compartiments à appendices longs. Les tôles constitutives de chaque compartiment présentent la forme d'un hexagone allongé ou celle d'un rectangle à deux appendices. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite en regard des dessins annexés, concernant deux formes particulières de réalisation, données à titre d'exemples non limitatifs. - la Fig. 1 est une vue en coupe transversale de l'échangeur au niveau de son faisceau d'échange, - la Fig. 2 en est une coupe-élévation suivant la ligne A-A de la Fig. 1, - la Fig. 3 en est une coupe-élévation suivant la ligne -B-B de la Fig. 1, - la Fig. 4 est une vue de côté à plus grande échelle du faisceau d'échange, - la Fig. 5 est une coupe du faisceau d'échange suivant la ligne A-A de la Fig. 4, - la Fig. 6 est une coupe du faisceau d'échange suivant la ligne B-B de la Fig. 4, - la Fig. 7 est une vue de côté à plus grande échelle du faisceau d'échange selon une variante de réalisation, - la Fig. 8 est une coupe du faisceau d'échange-suivant la ligne A-A de la Fig. 7, et - la Fig. 9 est une coupe du faisceau d'échange suivant la ligne B-B de la Fig. 7. En se référant aux-Fig. 1 à 6, on voit un échangeur de chaleur disposé à l'intérieur d'une enveloppe 1, munie de deux plaques tubulaires 5 et 6 et de tubulures d'entrée et de sortie de fluides caloporteurs haute et basse pressions, soit HP et BP, indiquées par des flèches. Des cloisons transversales internes telles que 2 supportent une jupe prismatique 3 et séparent les parties amont et aval du circuit HP à l'intérieur de l'enveloppe 1. Un faisceau d'échange 4 parcouru, intérieurement par le fluide BP et en contact extérieurement avec le fluide HP, est logé à l'intérieur dè la jupe 3. Le faisceau 4 est constitué par un ensemble de compartiments juxtaposés 11, 12, 13, 14, 15, 16... Chaque compartiment, tel que 11, est composé de deux tôles superposées et de ses collecteurs particuliers d'entrée ila et de sortie 11 b. Les tôles constitutives d'un compartiment ont la forme d'un hexagone allongé, comme cela est particulierement visible sur la Fig. 4. Les bords des tôles sont réunis par soudure et sont également fixés par soudure aux collecteurs particuliers d'entrée et de sortie, lia et 11b respectivement. De façon connue en soi, les tôles constitutives d'un compartiment sont munies sur leurs faces internes de plots, non représentés, chaque plot prennant appui contre la tôle opposée, de manière à protéger le compartiment intéressé contre tout risque d'écrasement. Ces plots sont disposés de façon à ménager à l'intérieur du compartiment des couloirs de circulation du fluide BP. De façon également connue en soi, les tôles constitutives d'un compartiment sont munies sur leurs faces externes de plots, non représentés. Ces plots assurent l'écartement entre deux compartiments adjacents et protègent ces compartiments contre tout risque d'éclatement en cas de dépressurisation accidentelle du circuit HP. Ils sont disposés de façon à ménager entre compartiments adjacents des couloirs de circulation du fluide HP. Les collecteurs particuliers d'entrée lia, 12a, 13a, 14a... et les collecteurs particuliers de sortie correspondants respectivement llb, 12b, 13b, 14.... sont disposés aux extrémités de chaque compartiment intéressé, respec tivement 11, 12, 13, 14... suivant un petit côté de l'hexagone correspondant, ces côtés étant opposés pour un compartiment donné. Ces collecteurs sont disposés alternativement suivant l'un ou l'autre des deux petits côtés de l'hexagone aux extrémités de leurs compartiments respectifs.Les collecteurs particuliers situés suivant le même côté de l'hexagone sont alternativement disposés suivant deux rangées parallèles présentant en coupe deux niveaux différents, comme cela est par ticulièrement visible sur les Fig. 5 et 6. A cet effet, chaque compartiment, tel que 11, affecte la forme d'un hexagone dissymétrique, cette forme étant réalisée grâce à un appendice, tel que lic, prolongeant l'un de ses petits côtés. Le collecteur particulier d'entrée Ila est disposé le long de cet appendice. Les compartiments suivants 12, 13, 14 présentent des appendices, respectivement 12c, 13c, 14c, le long desquels sont disposés respectivement le collecteur particulier d'entrée 12a, le collecteur particulier de sortie 13b et le collecteur particulier de sortie 14b. Les quatre appendices llc, 12c, 13c, 14c occupent ainsi, par permutation circulaire, les quatre petits côtés de l'hexagone. A partir de la position du compartiment 11, le passage d'une position à la suivante s'effectue par rotations et renversements alternés des hexagones successifs. Sur la Fig. 5, on voit les collecteurs particuliers d'entrée 12a et 16a disposés à un niveau inférieur à celui du collecteur 14a, tandis que le collecteur particulier de sortie 13b est disposé à un niveau supérieur à celui des collecteurs iib et 15b. Sur la Fig. 6, on voit de même que les collecteurs particuliers d'entrée lia et 15a sont disposés à un niveau inférieur à celui du collecteur 13a, tandis que le collecteur particulier de sortie 14b est disposé à un niveau supérieur à celui des collecteurs 12b et 16b. Chaque collecteur particulier d'entrée, tel que pila, est relié à la tubulure d'entrée du fluide BP par-un tube de liaison 2la, traversant la plaque tubulaire 5. De même, chaque collecteur particulier de sortie, tel que ilb, est relié à la tubulure de sortie du fluide BP par un tube de liaison 21b traversant la plaque tubulaire 6. Les Fig. 7, 8 et 9 illustrent une variante de réalisation suivant laquelle les tôles constitutives d'un compartiment ont la forme d'un rectangle. Les demi-largeurs du rectangle situées aux extrémités d'un conT?artiment donné jouent le même rôle que les petits côtés de l'hexagone allongé dans la forme de réalisation qui vient d'être décrite. On a conservé les mêmes repères que ceux utilisés pour la description des Fig. 4, 5 et 6 correspondantes pour désigner les éléments équivalents. Suivant cette forme de réalisation, les compartiments présentent des appendices de deux longueurs différentes, deux. compartiments, tels que 11 et 12, à deux appendices courts, respectivement ilc et 12c, étant suivis de deux compartiments 13 et 14 à deux appendices longs, respectivement 13c et 14c.Cette variante de réalisation présente l'avantage d'une plus grande simplicité de construction, mais elle comporte des espaces morts situés dans les angles de chaque rectangle, dépourvus de collecteurs. Quelle que soit la forme de réalisation, l'échangeur selon l'invention présente un nombre d'avantages importants. La disposition adoptée permet d'opérer les épreuves d'étanchéité et de résistance sur chaque compartiment avant 1 'assemblage du faisceau de ces compartiments dans 1 'en veloppe de l'échangeur. Elle permet également, l'échangeur étant en service, une détection facile d'un compartiment défectueux que l'on peut aisément obturer. Cette disposition permet de donner aux collecteurs particuliers d 'entrée et de sortie un dimensionnement convenable pour que la section du canal intérieur de chaque collecteur assure une circulation du fluide BP dans de bonnes conditions. On obtient ainsi une bonne répartition de ce fluide dans toute la largeur du compartiment et donc un écoulement stable à l'intérieur de celui-ci. Ceci est particulièrement important dans l'application à un générateur de vapeur ot l'écoulement est en double phase à l'intérieur des compartiments. Bien que l'invention ait été décrite en référence à deux formes particulières de réalisation, il va de soi qu'elle n'y est en rien limitée, et que des modifications peuvent y être apportées sans sortir de son domaine. L'échangeur pourra comporter plusieurs faisceaux d'échange au lieu d'un faisceau unique comme dans le cas des exemples décrits. On pourra réaliser par exemple un échangeur à compartiments hexagonaux comportant des appendices de deux longueurs différentes comme l'échangeur à compartiments rectangulaires décrit. L'invention couvre donc, outre les formes de réalisation représentées, leurs différentes variantes de construction possibles. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur du type à plaques, comportant au moins un faisceau d'échange constitué par un ensemble de compartiments juxtaposés, chaque compartiment étant composé de deux tôles superposées et de collecteurs particuliers d'entrée et de sortie d'un fluide caloporteur circulant dans ce compartiment, caractérisé en ce que les collecteurs d'un même compartiment occupent sensiblement deux demi-largeurs de côté opposé, aux extrémités dudit compartiment. 2. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les collecteurs particuliers d'entrée et les collecteurs particuliers de sortie occupent alternativement les deux demi-largeurs de côté opposé, aux extrémités de leurs compartiments respectifs. 3. Echangeur de chaleur suivant ia revendication 2, caractérisé en ce que les collecteurs particuliers d'entrée et les collècteurs particuliers de sortie, occupant les demi-largeurs situées du même côté de leurs compartiments respectifs, sont alternativement disposés suivant deux rangées parallèles présentant en coupe deux niveaux différents 4. Echangeur de chaleur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que chaque compartiment comporte un appendice prolongeant une de ses demi-largeurs, l'un des collecteurs étant disposé le long de cet appendice, les compartiments successifs étant agencés de telle sorte que leurs appendices respectifs occupent, par permutation circulaire, les quatre demi-largeurs. 5. Echangeur de chaleur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les compartiments présentent des appendices de deux longueurs différentes. 6. Echangeur de chaleur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que deux compartiments à appendices courts sont suivis de deux compartiments à appendices longs. 7. -Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les tôles constitutives de chaque compartiment présentent la forme d'un hexagone allongé. 8. Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les tôles constitutives de chaque compartiment présentent la forme d'un rectangle à deux appendices.