Brevet FR2350566A1 — publié le 19771202

La présente invention est relative a un échangeur de chaleur, destiné plus particulièrement, quoique non exclusivement, à transférer la puissance thermique acquise par un premier milieu fluide assurant le refroidissement des assemblages du coeur d'un réacteur nucléaire et rendu actif par son passage à travers ce coeur, à un deuxième milieu fluide isolé du premier, donc de faible activité et apte à produire ensuite de la vapeur dans un générateur séparé. L'invention s'applique plus spécialement dans le cas où le premier milieu fluide ou fluide primaire est un métal liquide généralement du sodium, utilisé comme réfrigérant dans un réacteur nucléaire à neutrons rapides, le deuxième milieu fluide ou fluide secondaire étant également du sodium liquide, parcourant des tubes s'étendant entre deux plaques à tubes pour déboucher respectivement dans un collecteur d'entrée et un collecteur de sortie du sodium secondaire, ces tubes étant baignés extérieurement par le sodium primaire. Dans les réalisations actuellement connues, les tubes parcourus par le sodium secondaire s'étendent habituellement verticalement entre deux plaques à tubes horizontales, le sodium étant admis au collecteur d'entrée par un conduit axial traversant ltechangeur de haut en bas, puis recueilli à la sortie de ces tubes après avoir parcouru ceux-ci de bas en haut dans un collecteur de sortie annulaire entourant le conduit axial.Le sodium primaire pénètre dans une enveloppe cylindrique délimitant extérieurement l'échangeur par des ouïes ou fenêtres latérales, ménagées sous la plaque à tubes supérieure et le collecteur dléva- cuation du sodium secondaire, ce sodium primaire s'écoulant dans l'échangeur de haut en bas en baignant extérieurement les tubes entre le conduit centra et l'enveloppe externe, avant de sortir de l'échangeur par d'autres fenêtres latérales, ménagées au-dessus de la plaque à tubes et du collecteur inférieurs. Dans ces conditions, on voit que le sodium primaire est amené à suivre le trajet non rectiligne comportant un coude à la sortie de l'échangeur. La présente invention a pour objet une configuration différente d'échangeur de chaleur, où le sodium primaire s'évacue axialement hors de l'échangeur sans changement de direction. A cet effet, l'échangeur considéré, comportant, montées à l'intérieur d'une enveloppe externe traversée par un fluide primaire, deux plaques à tubes réunies par un faisceau de tubes s'étendant verticalement sur la majeure partie de leur longueur et parcourus par un fluide secondaire, ces tubes étant baignés extérieurement par le fluide primaire échangeant des calories avec le fluide secondaire à travers ces tubes, se caractérise en ce que les tubes sont coudés à une au moins de leurs extrémités pour se raccorder à une plaque à tubes de forme cylindrique, délimitant un collecteur annulaire pour le fluide secondaire. Grâce à ces dispositions, le fluide primaire après avoir baigné extérieurement les tubes parcourus intérieurement par le fluide secondaire, sort de l'échangeur à une extrémité de celui-ci, généralement l'extrémité inférieure, sans changement de direction. I1 en résulte divers avantages, tant sur le plan de l'efficacité de l'échange thermique que sur celui de la commodité d'utilisation de l'échangeur. La répartition des vitesses du fluide primaire à l'intérieur du faisceau des tubes de l'échangeur est notamment améliorée, ce qui conduit à des vibrations diminuées et à la suppression des jets de sodium créés dans les solutions classiques, à la sortie du fluide primaire par les fenêtres radiales ménagées dans l'enve3oppe extérieure.Par ailleurs, dans le cas d'une installation de réacteur nucléaire à neutrons rapides, comportant une cuve principale et, disposée dans cette dernière, une cuve interne comprenant un redan traversé par le corps de l'échangeur, ce redan étant soumis en fonctionnement normal à des contraintes thermiques, les dispositions de l'invention permettant d'éviter un gradient thermique de part et d'autre de ce redan, car la face inférieure de celui-ci se trouve alors au contact d'une couche quasi statique de sodium relativement chaud. D'autres cas pour lesquels l'invention s' avère d'un emploi plus particulièrement intéressant, sont ceux où on utilise des échangeurs de grand diamètre, notamment des échangeurs annulaires, chacun de ceux-ci pouvant comporter une pompe placée à l'intérieur ou bien pouvant comporter une cheminée centrale d'alimentation en sodium primaire. Dans un autre ordre d'idées, il y a lieu de noter que les dispositions de l'invention ne préjugent en aucune manière de la disposition des pompes assurant, dans la cuve du réacteur, la circulation du fluide primaire. En particulier, ces pompes peuvent être situées au voisinage da fond de la cuve principale, ce qui constitue une disposition favorable à un bon fonctionnement de ces dernières par suite de l'augmentation de la hauteur de charge. Selon une autre caractéristique de l'invention, le collecteur annulaire délimité par la plaque à tubes cylindrique dans laquelle débouchent les extrémités coudées des tubes, est disposé coaxialement à l'enveloppe externe de l'échangeur, à l'extérieur ou à l'intérieur de celui-ci. D'autres caractéristiques d'un échangeur de chaleur établi conformément à l'invention apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné ciaprès à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels les Fig. 1 et 2 sont deux vues en coupe axiale d'un échangeur selon l'invention, correspondant à deux variantes particulières de réalisation. Sur la Fig. 1, la référence 1 désigne schématiquement le coeur d'un réacteur nucléaire, notamment du genre à neutrons rapides, formé par la juxtaposition d'assemblages combustibles (non représentés), reposant sur un sommier support 2. Celui-ci est solidre ou repose sur le fond d'une cuve à double paroi 3, dite cuve interne, elle-même montée à l'intérieur d'une seconde cuve de plus grandes dimensions 4, dite cuve principale. Le refroidissement du coeur est assuré par un métal liquide 5, notamment du sodium, circulant à travers le coeur de bas en haut, afin d'extraire les calories produites par les assemblages combustibles du fait de la réaction de fission dont ils sont le siège. Le sodium chaud, recueilli dans la cuve interne 3 au-dessus du coeur, est aspiré à travers une conduite transversale 6 se prolongeant par une tubulure verticale 7 ouverte à son extrémité supérieure et disposée dans l'axe d'un échangeur de chaleur 8. Conformément à l'invention, l'échangeur de chaleur comporte un faisceau de tubes individuels 9 s'étendant verticalement sur la majeure partie de leur longueur et répartis à l'intérieur d'une enveloppe externe 10 délimitant l'échangeur autour de l'axe du conduit central 7 par lequel le sodium provenant du coeur ou fluide primaire pénètre dans l'échangeur. Ces tubes 9 sont parcourus par un fluide secondaire, également constitué par du sodium, échangeant les calories avec le sodium primaire provenant du coeur. Ces tubes 9 sont raccordés à leurs deux extrémités, respectivement à deux plaques tubulaires, d'une part à une plaque supérieure horizontale 11 et d'autre part, grace à un coude 12, à une plaque cylindrique latérale 13.Cette dernière, formant virole, délimite un collecteur d'entrée annulaire 14, coaxial au conduit central 7, ce collecteur 14 étant alimenté en sodium secondaire par des tubes 15, convenablement répartis à la périphérie de l'échangeur autour de l'enveloppe 10. Le sodium secondaire recueilli dans le collecteur annulaire 14, parcourt les tubes 9 de bas en haut pour être recueilli à la sortie de ces tubes et au-delà de la plaque tubulaire supérieure 11 dans un collecteur de sortie 16.Les tubes 9 sont baignés extérieurement par le sodium primaire qui pénètre dans l'échangeur car des oules ou fenêtres latérales 17 ménagées au-dessus du conduit axial 7, ce sodium primaire s'écoulant dans l'échangeur de haut en bas pour sortir de celui-ci, à son extrémité inférieure, comme indiqué par les flèches 18, sans subir aucun changement de direction et être recueilli finalement dans l'espace 19 compris entre les cuves 3 et 4 où il est repris par des pompes de circulation (non représentées) afin d'être renvoyé sous le sommier 2 et de subir un nouveau passage à travers le coeur 1. Dans une autre variante de réalisation, représentée sur la Fig. 2, les tubes 9 de l'échangeur comportent également un coude 12 à leur extrémité inférieure, mais se raccordent sur une plaque à tubes cylindrique 20, disposée vers l'intérieur de l'échangeur. Cette plaque 20, formant virole, délimite un collecteur d'entrée annulaire 21 auquel se raccordent les tubes 15 d'alimentation du sodium secondaire. On peut remarquer que, dans ces deux variantes de réalisation, la disposition selon l'invention présente l ".vantage d'éviter toute interférence entre d'une part le sodium entrant ou sortant de l'échangeur et d'autre part, les circuits d'alimentation ou d'évacuation du sodium secondaire. REVENDICATIONS 1 / Echangeur de chaleur comportant, montées à l'intérieur d'une enveloppe externe traversée par un fluide primaire, deux plaques à tubes réunies par un faisceau de tubes s'étendant verticalement sur la majeure partie de leur longueur et parcourus intérieurement par un fluide secondaire, ces tubes étant baignés extérieurement par le fluide primaire qui circule verticalement de haut en bas au contact des tubes, eux-mêmes parcourus de bas en haut par le fluide secondaire, caractérisé en ce que les tubes sont coudés à leur extrémité inférieure pour se raccorder à une plaque à tubes ke forme cylindrique, délimitant latéralement un collecteur annulaire pour le fluide secondaire. 2 Echangeur de caleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur annulaire délimité par la plaque à tubes cylindrique dans laquelle débouchent les extrémités inférieures coudées des tubes, est disposé coaxialement à l'enveloppe externe de l'échangeur, à l'extérieur ou à l'intérieur de celui-ci.