Brevet FR2362337A1 — publié le 19780317

La présente invention concerne un dispositif de production de vapeur a pression et température modérées par vaporisation d'eau en échange de chaleur avec de la vapeur sous pression et tempe rature enlevées, comprenant Une enceinte cylindrique de circulation de l'eau, d'axe vertical/des tubes de circulation de la vapeur internes a l'enceinte colindrique, des organes de séparation de la vapeur d'eau fornée de l'eau résiduelle, et des organes de recyclage de cette dernière. Il a été déjà propose dans la demande de brevet n" 76 01 579 du 21 janvier 1976 de la demanderesse un dispositif de production de vapeur visant a obtenir le meme résultat, mais a enceinte cylindrique d'axe horizontal, comprenant des tubes vaporiseurs en épingles. Ouoique simple et efficace au point de vue de la transmission de chaleur, ce dispositif présente une certaine sensibilité au choc thermique lorsque l'on y admet la vapeur de chauffage a temperature élevée, et occupe une nlace au sol importante. La presente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessous, et de procurer un dispositif de production de vapeur a température et pression modérées du menue genre, mais qui présente une faihle sensibilité au choc thermique, et soit donc susceptible de monter très vite en pression a la mise en service, qui occupe une faible place au sol, et soit par ailleurs facilement démontable pour réparation d'un élément et puisse encore fonctionner après mise hors circuit d'un élément endommagé, ou a charge réduite (débit d'eau a vaporiser notablement inférieur au débit nominal). Le dispositif de production de vapeur selon l'invention est caractérisé en ce que les tubes de circulation de la vapeur sont constitués par au moins une série de serpentins d'axe vertical en parallèle disposés entre la paroi interne de l'enceinte et un cylindre interne coaxial celle-ci. Il comporte en outre de préférence au moins l'une des caractéristiques suivantes - chaque serpentin comporte une tuyauterie individuelle d'alimentation en vapeur et une tuyauterie individuelle d'évacuation de l'eau condensee. - il comporte deux séries superposées de serpentins. - Les axes des serpentins de la seconde Série sont décales par rapport a ceux des serpentins de la première série d'un angle égal a la moitié l'angle entre les axes de deux serpentins adjacents de celle-ci. - Les diamètres externes du cylindre coaxial a l'enceinte et des serpentins sont suffisamment faibles pour qu'ils puissent etre extraits par un trou d'homme disposé dans le tond de 1'enceinte. - La hauteur du cylindre coaxial a l'enveloppe est telle qu'il s'étend de l'extrémité basse des serpentins inférieures jusqu'au dessus de l'extrémité haute des serpentins supérieurs. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple, et en référence aux figures du dessin annexé, un dispositif de production de vapeur sous pression et température modérées (12 bars, 1900C) par échange de chaleur avec de la vapeur sous pression et température élevées (53 bars, 2700C), souvent appele "transformateur de vapeur", la vapeur provenant par exemple d'un réacteur nucléaire à eau légère. La figure 1 représente le transformateur de vapeur en coupe axiale. La figure 2 représente le transformateur de vapeur en coupe par l'axe A-A de la figure 1, vu de dessus. Le transformateur de vapeur comprend une virole cylindrique 1 d'axe vertical munie dans son fond inférieur d'un trou dhmate 2 et à son extrémité supérieure d'une tubulure d'évacuation de la vapeur produite 3. il comporte sur la plus grande partie de sa hauteur, sauf dans sa partie supérieure, un cylindre coaxial 4, qui définit un espace cylindrique axial 5 qui, compte il sera expliqué plus en détail ci-après, permet le recyclage de l'eau non vaporisée. En fonctionnement normal, l'eau remplit la virole jusqu'au niveau 6. La surface d'échange de chaleur est fournie par deux séries de six serpentins 7 et 8, superposées et décalées angulairement de 300 l'une par rapport à l'autre. Chaque serpentin est supporté par un noyau central 9 suspendu à son extrémité supérieure 10 et relié à des peignes en étoile 12 comportant des évidements externes dans lesquels reposent les spires du serpentin. Le cylindre coaxial 4 se prolonge par une tôle déflectrice cylindroconique 13 qui, en conjonction avec une tôle déflectrice en regard 14 fixée par le bord de son pourtour conique sur le pourtour de la virole et se terminant par une partie centrale cylindrique, oblige l1émulsion d'eau et de vapeur formée au contact des serpentins à deux changements de direction à 1800, favorisant la séparation de la vapeur d'eau des gouttelettes d'eau entraînées. Dans sa partie supérieure, le transformateur de vapeur comporte une tôle plane horizontale 15, qui oblige la vapeur humide à se diriger vers le pourtour de la virole. Cette tôle plane est surmontée de séparateurs tels que 16, formes de tôles ondulées parallèles, destinées à retenir les dernières particules d'eau. La partie centrale 17 du haut de la virole entourée par les séparateurs, est surmontée de la tubulure 3 d'évacuation de la vapeur produite. Un collecteur 18 est relié à l'alimentation en vapeur de chauffage. De ce collecteur se détachent en parallèle les tubes d'alimentation des serpentins, tels que 19, qui pénètrent à l'intérieur de la virole par des manchettes thermiques. Les tubes 20 d'évacuation de l'eau condensée dans les serpentins sont reliés en parallèle à un collecteur 21 d'évacuation de celle-ci en traversant également la virole par des manchettes thermiques. L'eau à vaporiser est introduite dans la partie inférieure de la virole par une rampe circulaire 22. L'ensemble de l'appareil est supporté par des pieds tels que 23. Le fonctionnement du transformateur de vapeur est le suivant L'eau à vaporiser, introduite par la rampe 22 vers 1860C, soit quelques degrés au-dessous de sa saturation, remplit la virole jusqu'au niveau 6. La vapeur de chauffage admise par le collecteur 18 et les tubes 19 dans les serpentins, produit le réchauffage et l'ébullition de l'eau. L'émulsion d'eau et de vapeur s'élève dans la zone annulaire entre la paroi interne de la virole et le cylindre 4, puis passe entre les tôles déflectrices 13 et 14, qui lui imposent deux changements de direction a 1800 successifs, de sorte que.la plus grande partie de liteau entraînée se sépare et redescend dans ltespace interne axial 5.La vapeur d'eau encore humide, dirigée par la tôle 15 vers la paroi supérieure de la virole, traverse les séparateurs 16, où sont éliminées les dernières gouttelettes d'eau entraînées, et arrive sèche dans la zone centrale 17. Elle est envoyée à l'utilisation à l'état saturé, sous 12 bars et à environ 1900C,par la tubulure 3. L'eau recueillie dans les séparateurs est renvoyée également dans la zone axiale 5. En cas d'avarie à l'un des serpentins, on peut mettre celui-ci hors service en sectionnant et bouchant ses tubes d'alimentation et d'évacuation. L'appareil peut fonctionner encore aux 11/12 de sa puissance de vaporisation nominale. Si l'on désire réparer un serpentin ou une autre piece interne de l'appareil, par exemple une telle déf lectrice ou un séparateur, on ouvre le trou d'homme, démonte et retire le cylindre axial 4, puis le serpentin ou l'organe endommagé. On peut remarquer que la structure en couronne angulaire des serpentins permet une libre dilatation circonférentielle de ceux-ci et leur libre dilatation axiale vers le bas. La virole elle-meme se dilate librement vers le haut. L'appareil peut continuer à fonctionner avec un débit d'eau inférieur au débit nominal, le niveau d'eau pouvant descendre dans la virole au dessous de l'extrémité supérieure des serpentins, la vapeur produite subissant seulement dans ce cas une certaine surchauffe. Bien que le dispositif de vaporisation qui vient d'être décrit en détail en référence aux figures paraisse préférable, on comprendra que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de l vention, certains de ses organes pouvant être remplacés par d'autres qui joueraient le même rôle technique. En particulier, on peut prévoir sur la tuyauterie d'alimentation en vapeur des vannes permettant de couper l'arrivée de vapeur dans des fractions de la surface d'echange, de façon à faire fonctionner le dispositif à un débit de vaporisation inférieur au débit maximal possible. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de production de vapeur à pression et température modérées par vaporisation d'eau en échange de chaleur avec de la vapeur sous pression et température élevées, comprenant une enceinte cylindrique de circulation de l'eau, d'axe vertical, des tubes de circulation de la vapeur internes à l'enceinte cylindrique, des organes de séparation de la vapeur d'eau formée de l'eau résiduelle et des organes de recyclage de cette dernière, caractérise en ce que les tubes de circulation de la vapeur sont constitués par au moins une série de serpentins d'axe vertical (7) en parallèle, disposés entre la paroi interne de l'enceinte (1) et un cylindre interne (4) coaxial à celle-ci. 2/ Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que chaque serpentin comporte une tuyauterie individuelle (19) d'alimentation en vapeur et une tuyauterie individuelle (20) d'évacuation de l'eau condensée. 3/ Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux séries superposées de serpentins (7, 8). 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les axes des serpentins (8) de la seconde série sont décalés par rapport à ceux des serpentins (7) de la première série d'un angle égal à la moitié de l'angle entre les axes de deux serpentins adjacents de celle-ci. 5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les diamètres externes du cylindre (4) coaxial à l'enceinte et des serpentins (7,8) sont suffisamnent faibles pour qu'ils puissent être extraits par un trou d'homme (2) disposé dans le fond de l'enceinte. 6/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la hauteur du cylindre (4) coaxial à l'enveloppe est telle qu'il s'étende de l'extrémité basse des serpentins inférieurs jusqu'au dessus de l'extrémité haute des serpentins supérieurs.