Brevet FR2337323A1 — publié le 19770729

L'invention est relative aux échangeurs thermiques de grande surface du genre de ceux utiliser, notamment, pour le refroidissement en circuit fermé de liteau de condensation des centrales thermiques, plus spécialement nucléaires. Dans les ensembles de ce genre, on a généralement proposé de faire traverser par de l'air de refroidissement, de préférence par tirage naturel a l'intérieur d'une cheminée ou analogue, une série d'échangeurs juxtaposés selon au moins une couche horizontale se présentant du coté de la base de la cheminée, par exemple à un certain niveau au-dessus du sol pour permettre l'accès de 11 air d'abord latéralement, puis sous la susdite couche. Ces installations sont très encombrantes et il y a évidemment intérêt à augmenter la capacité d'échange en vue de diminuer la surface de projection au sol. L'invention a pour but une nouvelle disposition des échangeurs, qui répond à ces desiderata. Elle consiste, principalement, à disposer les échangeurs de façon telle qu'au lieu de se présenter suivant une couche horizontale, leur profil général vertical affecte une allure de ligne brisée (voire courbe), avantageusement en forme d'escalier, comme il sera supposé ci-après. Dans cette disposition en escalier, l'échangeur comporte des parties substantiellement horizontales et d'autres substantiellement verticales, ces dernières venant accroître la capacité d'échange pour une même surface de projection horizontale au sol. On obtient ainsi la diminution d'encombrement recherchée, en surface horizontale, pour une capacité totale déterminée. Mais on améliore en même temps la répartition de l'air à l'entrée sous les éléments d'échangeurs et on agit ainsi sur la hauteur d'aspiration de la cheminée, de sorte que la hauteur totale de celle-ci peut être abaissée. I1 est bien entendu que la disposition en escalier peut être prévue à la fois suivant deux profils orthogonaux de la cheminée. L'invention consiste, mises à part ces dispositions, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après. Elle vise, plus particulièrement, un certain mode d'application (celui pour lequel on l'applique aux échangeurs pour centrales thermiques nucléaires), ainsi que certains modes de réalisation, desdites dispositions ; et elle vise, plus particulièrement encore et ce a titre de produits industriels nouveaux, les échangeurs du genre en question comportant application de ces mêmes dispositions, ainsi que les éléments spéciaux propres à leur établissement et les ensembles comprenant de tels échangeurs. Et elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins ont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. La figure I, de ces dessins, montre en perspective schématique une installation d'échangeur thermique, établie conformément à l'invention. La figure 2 montre en perspective partielle, à plus grande échelle, un certain nombre d'éléments -échangeurs comportés par ladite installation et établis conformément à l'invention. Les figures 3 et 4 illustrent respectivement en élévation et en plan une variante de réalisation de ces échangeurs. Les figures 5 et 6, enfin, illustrent respectivement en plan et en élévation schématiques une installation du même genre, selon un autre mode de réalisation de l'invention. Selon l'invention, et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que selon ceux des modes de réalisation, de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant, par exemple, d'établir un échangeur pour centrale thermique, notamment nucléaire, on s'y prend comme suit ou de façon analogue. On a représenté très schématiquement, sur la figure 1, un échangeur de ce type, comprenant essentiellement, à l'intérieur d'une cheminée telle que 1, une série d'éléments échangeurs disposés à sa base, destinés à être traversés, d'une part, par l'eau a refroidir, à l'intérieur de cellules ou tubes convenablement agencés, et, d'autre part, par un courant d'air arrivant à la base pour être aspiré par la cheminée de façon à traverser les espaces intersticiels desdits éléments. De tels ensembles peuvent être notamment de forme substantiellement rectangulaire en plan, leur largeur 1 pouvant être de l'ordre de 100 m et leur longueur L no * lement plus importante. I1 y a donc intérêt à utiliser au mieux la surface projetée dont on dispose. A cet effet, conformément a l'invention, on dispose les éléments d'échangeurs, non pas seulement dans une direction horizontale, mais également dans une direction verticale, une disposition en escalier, telle qu'illustrée schématiquement sur la figure 1, pouvant être avantageusement prévue. On voit sur cette figure que les éléments échangeurs s'échelonnent entre deux hauteurs hl et h2, une partie des éléments -- indiqués schématiquement en A -- pouvant être disposée horizontalement, tandis que d'autres -- indiqués schématiquement en B -- sont disposés verticalement. En ce qui concerne l'agencement interne de ces éléments, on constitue avantageusement ces derniers par des petits blocs parallélépipédiques formés chacun d'une juxtaposition de radiateurs d'allure rectangulaire du genre de ceux décrits dans les demandes de brevet déposées antérieurement par la demanderesse, savoir : demande nO 74 31288 du 16.09.1-974, demande nO 75 05474 du 21.02.1975 et son addition, demande nO 75 23302 du 25.07.1975. Ces radiateurs élémentaires sont représentés très schématiquement en a et b sur la figure 2, qui montre l'allure en perspective d'un escalier dont les marches et les contre-marches sont formées chacune d'un bloc élémentaire A ou B. Et, pour supporter ces éléments, on a recours avantageusement a leurs tubes d'alimentation en eau a refroidir et en eau refroidie, tels que représentés en 2 et 3, certaines portions de ces tubes se présentant latéralement auxdits blocs, où ils constituent collecteurs d'entrée et de sortie. La figure 2 fait apparattre la répartition de l'air, suivant les flèches F, à l'entrée de l'échangeur, en dessous de celuici. Cette répartition est logique, puisque la section de passage est plus grande a l'entrée en 4 que dans le milieu de la travée centrale en 5 (figure 2), la hauteur passant de h1 a h2, d'où une meilleure utilisation de l'espace. -Cette disposition permet en outre de réaliser une économie de métal dans l'ensemble de la structure tubulaire formant support, puisque la hauteur des tubes diminue de 4 en 5 vers le centre. Il-est entendu cependant que, si nécessaire, des supports supplémentaires pourront être prévus, pour s'ajouter à la structure des tubes. L'air distribué sur les flèches F traverse ensuite les blocs A dans une direction f1 substantiellement verticale et dans les blocs B dans une direction horizontale ou oblique. L'air réchauffé est aspiré en G par la cheminée. I1 est à noter que la hauteur d'aspiration, c'est-à-dire le tirage naturel, augmente dans la partie centrale à l'aplomb de l'axe longitudinal au-dessus des blocs se présentant dans le centre en 5, ce qui aura pour effet de réduire la hauteur totale H de la cheminée, par rapport à la solution classique prévoyant une seule couche horizontale d'éléments échangeurs, la perte de pression principale ayant lieu au passage de l'air dans les échangeurs. Les figures 3 et 4 montrent une variante dans laquelle les blocs échangeurs B sont disposés en oblique, ce qui permet de les présenter de façon plus avantageuse vis-à-vis de leurs tubes d'alimentation 2 et 3 et d'augmenter ainsi leur volume et leur surface d'échange; On a supposé, sur les figures 1 a 4, que la disposition en escalier était prévue selon un profil vertical, en l'espèce suivant le profil vertical parallèle au plus petit c8té de la base de la cheminée. Mais, bien entendu, on pourrait procéder suivant le profil orthogonal au précédent et même, ainsi que représenté sur les figures 5 et 6, suivant ces deux profils. Ces figures 5 et 6 supposent, mais uniquement à titre d'exemple, une cheminée dont la base est de forme carrée. Mais elle pourrait aussi être rectangulaire. I1 est à noter que les hachures parallèles qui y figurent sont purement conventionnelles, étant entendu que les petits blocs des éléments A et B sont con çus de la même manière que susvisé, et notamment suivant les brevets antérieurs rappelés plus haut, le sens de circulation de l'air étant vertical pour les éléments A et horizontal ou oblique pour les éléments B. Il doit être entendu que l'ensemble précédemment défini s'appliquerait également a des systèmes dans lesquels la circulation d'air serait assurée ou améliorée par tous dispositifs de ventilation forcée. En suite de quoi, quel que soit le mode de réalisation adopté, on peut réaliser des échangeurs dont le fonctionnement ressort suffisamment de ce qui précède pour qu'il soit inutile d'insister a son sujet et qui présentent, par rapport à ceux du genre en question déjà existants, de nombreux avantages, notamment - celui de permettre un gain dans la surface totale de l'échangeur, donc de réduire la surface de la cheminée à sa base, - celui de permettre de réaliser une économie dans le poids des tubes d t alimentation constituant d'ailleurs avantageusement le support même des échangeurs, - celui de permettre de gagner sur la hauteur totale de la cheminée, - et celui d'assurer une distribution plus rationnelle de la rentrée d'air a la base. 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. REVENDICATIONS 1. Echangeur thermique de grande surface, notamment pour centrales thermiques, comprenant au moins une couche d'éléments échangeurs disposés à la base d'une cheminée et à l'intérieur desquels passe un premier fluide, notamment de l'eau à refroidir, ces éléments étant traversés d'autre part par un second fluide, notamment de l'air, dans tout ensemble assurant la circulation de ces deux fluides, caractérisé par le fait que les éléments échangeurs, au lieu d'être disposés suivant une même couche d'allure plane, affecte un profil de ligne brisée, voire courbe. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le profil est en forme d'escalier. 3. Echangeur selon les revendications 1 et 2, comprenant des éléments échangeurs à.la base d'une cheminée de section horizontale substantiellement rectangulaire, caractérisé par le fait que le profil en escalier est prévu dans le sens des plus grands côtés du rectangle de base. 4. Echangeur selon, les revendications 1 et 2, comprenant des éléments échangeurs à la base d'une cheminée de section horizontale substantiellement rectangulaire, caractérisé par le fait que les échangeurs sont établis suivant un double profil en escalier, selon les deux axes du-rectangle ou du carré. 5. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les éléments d'échangeurs sont établis sous forme de petits blocs constitués chacun par une juxtaposition d'éléments lamellaires, l'air ou fluide de refroidissement traversant verticalement les blocs établis suivant les marches d'escalier et horizontalement ou obliquement à ceux établis suivant les contre-marches. 6. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les éléments ou blocs d'échangeur sont supportés par les tubes d'alimentation et de sortie du fluide, notamment de l'eau, à refroidir, le tout constituant un ensemble autoporteur.