Brevet FR2338473A1 — publié le 19770812

La présente invention due aux travaux de MM Claude MOLINA et André BRISSEAUX, est relative à un échangeur de température entre un fluide circulant dans un tube et un gaz. Un tel échangeur peut servir en particulier à l'évacua- tion des calories non utilisables pour la production d'électricité d'une centrale thermique ou nucléaire. Les puissances considérables de ces centrales, égales ousupérieures à 1000 M5ge par unité (on envisage jusqu'à 4 unités côte à côte), ne permettent pas de trouver dans Liteau des fleuves une source froide suffisante pour évacuer les calories produites et l'élévation de température serait préjudiciable à la faune et à la flore. te refroidissement par liteau de mer nécessite une localisation particulière et des frais d'installation importants. On peut également utiliser des tours de réfrigération humide mais pour obtenir un rendement convenable, ces tours doivent être de grande dimension et peuvent dénaturer un site. 3 Elles consomment une grande quantité d'eau , de l'ordre de 4 m Is pour une uni- té de 1000 MWe, qui est vaporisée, ce qui en hiver créé du givre, du brouillard ou du verglas dans le voisinage. L'utilisation d'échangeurs secs, c'est-à-dire d'echangeurs dans lesquels le fluide de refroidissement est l'air, apparaît comme la solution la plus intéressante et des réalisations existent déjà dans ce domaine dans un certain nombre de pays. Mais ces réalisations sont restées expérimentales en raison de leur cout nettement plus élevé que celui des solutions précédentes. L'invention a pour but de fournir un echangeur de ce type satisfaisant à toutes les exigences techniques requises dans des conditions économiques satisfaisantes. Cet échangeur peut supporter les surpressions éventuelles du circuit, voire l'emploi d'un fluide caloporteur à tension de vapeur élevée, comme ltamma- niac, puisque ce fluide circule dans un tube rond avec de faibles pertes de char ge aussi bien pour le fluide à refroidir que pour l'air de refroidissement. Il est d'une rigidité suffisante pour supporter les transports et les manutentions ainsi que les rafales de vent ; il est constitué de blocs aisément manipulables, facilement démontables et interchangeables, même en service, et il est d'entre tien facile.La surface d'échange est élevée pour une surface frontale minimum ce qui permet de réduire l'importance de la charpente support êt de faciliter éventuellement sa dissimulation derriere u#ideau d'arbres. Enfin, il se compose d'un petit nombre d'éléments standard ce qui réduit le cout de sa fabrication industrielle. Selon l'invention, un échangeur de chaleur entre un fluide circulant dans un tube et un gaz, destiné notamment au refroidissement des centrales thermiques ou nucléaires se compose d'éléments en forme de plaques rectangulaires, chaque élément étant constitué d'un serpentin tubulaire plan monté entre deux tôles planes paralleles comportant sur leurs faces extérieures des bossages en saillie à sommet plat, ces éléments étant assemblés entre eux sur les sommets des bossages de manière à former une batterie d'échange, chaque batterie comportant deux collecteurs auxquels sont raccordés de façon étanche les serpentins de la batterie. L'invention sera mieux comprise grâce à la description faite à l'aide des dessins annexés qui ne constitue qu'un exemple non limitatif. La figure 1 représente, en vue de face, un élément de l'échangeur selon l'invention. La figure 2 représente une coupe selon aa' de ce même élément. La figure 3 représente exemple de montage de plusieurs éléments constituant une batterie de l'échangeur. L'eau à refroidir circule dans un serpentin (1), par exemple en tube d'alliage d'aluminium ou d'acier inoxydable, cintré dans un plan de manière à former des spires parallèles régulières. Ce serpentin est enfermé entre deux tôles planes rectangulaires (2) et (3) présentant parallèlement à la largeur des gouttières (4) en forme de portion de cylindre servant à maintenir les spires du serpentin. Ces tôles présentent également des bossages (5) à sommet (6) plat, qui assurent a la fois le raidissement de la tôle et le maintien de l'ecartement entre deux éléments voisins. Les coudes (7) des serpentins sont situés à l'ex térieur des tôles. Les serpentins sont assemblés aux tôles sur les gouttières (4) par soudage, brasage ou collage à l'aide d'une colle à conductibilité thermique améliorée. La présence des gouttières (4 > permets en cas de collage, d'obtenir une surface de contact plus importante que la section de tole constituant l'ailette on peut ainsi, en employant une colle à conductibilté thermique améliorée, éviter totalement les inconvénients de cette Bison sur l'écoulement du flux de chaleur. Le rayon de courbure des gouttières cylindriques (4) est prévu légè- rement supérieur au rayon extérieur des tubes ce qui permet d'assurer un bon contact au fond de la gouttière et, grâce au remplissage de colle de part et d'autre de cette ligne de jonction,d' éviter la présence de cavernes qui pourraient entraîner une corrosion préférentielle à cet endroit. Les deux rives (8) des tôles parallèles à la largeur sont formées-;de telle manière qu'elles puissent etre assemblées entre elles par soudage, brasage ou collage. Les tôles peuvent etre avantageusement en aluminium ou alliage d'aluminium mais aussi en tout matériau bon conducteur de la chaleur. Les éléments de base ainsi constitués sont empilés les uns sur les autres sur les sommets (6) des bossages, ce qui minage entre deux éléments contigus, un espace (9) pour la circulation de l'air de refroidissement à peu près éqûrvalent à celui existant entre les deux tôles (2 et 3) de l'élément. Bien que cela ne soit pas indispensable, il est avantageux de faire des bossages allongés et de les disposer en quinconce pour diminuer au maximum les variations de section de la veine d'air. Les coudes (7) des serpentins de deux éléments consécutifs sont décales les uns par rapport aux autres de manière à permettre dans les meilleures conditions l'alimentation de la veine d'air de l'elément. Comme elles sont situées en dehors des tôles, elles pourraient, en effet, freiner légèrement l'é- coulement du flux d'air. On est donc conduit à prévoir deux types d'éléments dont la seule différence est l'écartement des coudes (7) des serpentins par rapport aux tôles. La jonction des éléments entre eux sur les sommets (6) des bossages se fait de préférence par collage mais peut se faire par tout autre moyen tel que soudage et brasage. Les éléments ainsi assemblés forment une batterie J échange, les serpentins étant tous raccordés de manière étanche, à un collecteur amont et à un ccliecteur aval (10) par tout moyen approprié : raccord mécanique, sertissage, dudgeonnage etc... Les différentes batteries sont montées de celle ânière qu'on puisse les démonter farílement, soit pour les nettoyer, so-t pour es remplacer, en cas de fuite ou de détérioration. Elles sont accrochées par exemple sur une charpente métallique, en nombre suffisant pour obtenir la surface d'échange nécessaire à l'abaissement de température recherché dans les conditions climatiques les moins favorables. L'invention est également illustrée par l'exemple ci-dessous EXEMPLE : On fabrique un serpentin à partir d'un tube de 22,97 m, diamètre 12 mm, épaisseur 0,8 mm en alliage d'aluminium, selon la norme A-MG 0,5 H 26, mis en forme sur machine automatique, assurant la concordance dimensionnelle de l'inter- valle des spires pour se marier avec les empreintes correspondantes des tôles. L'intervalle des spires est de 100 mm. Les ôles de dimensions 1000 x 2000 imil et d'épaisseur 0,4 mm sont en aluminium A5 H24. Elles sont embouties à la presse en une seule passe qui forme à la fois lesbossages en quinconce et les gouttières pour le maintien des serpentins. Les bossages ont une longueur de 95 mm, une largeur de 25 mm et une profondeur de 5 imn ; chaque tôle en comporte 140, le pas des bossages étant le même que celui des spires du serpentin et chaque tôle en comportant 7 rangées. On iiet en forme les deux rives de 1000 mn pour permettre 1'assemblage latéral. On place le. serpentin entre les deux tôles et on réalise par collage ou soudage l'assemblage tles-serpentin et l'assemblage latéral des deux tôles. On empile les panneaux les uns sur les autres et on les assemble sur les sommets des bossages par une colle Epoxy. Pour une centrale nucléaire de 1000 MWe qui doit evaeuer 1800 MW thermiques, l'ensemble de l'échangeur est constitué par 32 800 batteries de 25 élé- ments, chaque battrie constituant approximativement un parallèlépipède de 1000 x 2000 x 500 mm. Ces batteries sont suspendues à une charpente métallique de manière telle qu'elles puissent etre démontées de façon autonome. Les batteries sont montées verticalement, les rives de 1000 mm étant horizontales de même que les parties droites des serpentins, les rives ouvertes de 2000 me étant verticales. REVENDICATIONS 1") Echangeur de température entre un fluide circulant dans un tube et un gaz, destiné notamment au refroidissement par l'air des centrales thermiques ou nucléaires, composé d'éléments en forme de plaques rectangulaires, ca ractérisé en ce que - chaque élément est constitué d'un serpentin tubulaire plan monté entre deux tôles planes parallèles comportant sur leurs faces extérieures des bossages en saillie à sommet plate - ces éléments sont assemblés entre eux sur les somnets des bossages en saillie de manière à former une batterie d'échange, - chaque batterie comporte deux collecteurs auxquels sont raccordés de façon étanche les serpentins des éléments de cette batterie. 2") Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bossages en saillie sont disposés en quinconce sur les tales 3 ) Echangeur selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que les coudes des serpentins de deux éléments contigus sont décalés l'un par rapport à 11 autre. 40) Echangeur selon l'une quelconque des revendications I à 3, carac térisé en ce que les deux tôles d'un même élément sont assemblées sur deux de leur rives parallèles. 5 ) Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, carac térisé en ce que les serpentins sont en aluminium ou alliage d'aluminium ou en acier inoxydable. 60) Echangeur selon l'une quelconque des revendications I à 5, carac térisé en ce que les tôles sont en aluminium ou en alliage d'aluminium.