Brevet FR2425611A1 — publié le 19791207

La présente invention est relative à un générateur apte à produire de la sapeur surchauffée. Suivant la conception classique,un tel dispositif comporte à cet effet, à I'inté rieur d'une enveloppe interne cylindrique à axe vertical ferme a par deux fonds opposés, une plaque à tubes borizontale des mitant avec fln des fonds une chambre séparée par une cloison verticale en deux collectsurs, raspectivement d'admission et d'évacuation pour un fluide primate, un faisceau de tuties en ü, parcourus Per le fluide primaire présentant chacun deux jambes verticales parallèles traversant à leurs extrêmités la plaque à tubes pour déboucher respectivement dans les collec- teurs d'admission et d'évacuation, un conduit d'entree dans l'enveloppe pour un fluide secondaire à vaporiser par échange de calories avec le fluide primaire à travers la paroi des tubes en U et une ouverture prévue dans l'enveloppe pour l'évacuation de la vapeur produite Dans une structure du. genre ci-dessus, notamment utilisée dans une installation nucléaire pour la production de vapeur à partir des calories fournies par le fluide de refroidissement d'un réacteur à eau pressurisée, de nombreux problèmes sont susceptibles de se présenter en fonctionnement conduisant plus spécialement à un rendement médiocre du générateur, par exemple à la suite d'une circulation non méthodi- que des fluides qui, sur tous leurs trajets, ne s'écoulent pas à contre-courant I'un de l'autre par suite du dépôt sur la plaque tubulaire de boues d'oxyde de fer génératrices de corrosion, et enfin en raison de la difficulte d'installer un surchauffeur au niveau du faisceau des tubes. La pressente invention a pour but de résoudre ces problèmes, tout en enduisant à une aznception plus simple et à un coflt moins élevé- du générateur oa vapeur. Selon l'invention le générateur considéré se arec- térise en ce que l'enveloppe interne cylindrique a son axe sensiblement horizontal et en ce que, la plaque à tubes étant verticale et le collecteur d'admission du fluide primaire etant disposé au-dessus du collecteur d'évacuation, le fais ceau de tubes en U est associe, à à intérieur de l'enveloppe, à une plaque transversale solidaire de la plaque à tubes et perpendiculaire à celle-cit montée entre les jambes parallèles et s'étendant Jusqulau voisinage de la partie en @ ses tutrs. Selon une variante de réalisation préférée, un espace libre est ménagé au-dessous de la plaque transversale et au dessus des jambes inférieures des tubes, De preference, dans cette variante le conduit d'en- trée du fluide secondaire à vaporiser comporte un prolongement disposé dans ledit espace libre, Suivant une realisation particuliers Iee;;it prclane- ment du conduit denturée est placé à l'interieur d'une gout tière et comporte une série d'orifices répartis sur sa génératrice inférieure Par ailleurs et dans une variante de mise en oeuvre du générateur considéré, l'axe de l'enveloppe est légèrement incliné vers le bas sur l'horizontale, dans le sens allant de la plaque à tubes à la partie arrondie des tubes en U.De préférence et dans cette variante, l'enveloppe comporte une ouverture de vidange, prévue au point le plus bas de celle-ci Selon l'invention, le générateur reçoit ainsi un fluide primaire, généralement constitué par de l'eau, dans son collecteur supérieur, cette eau passant après traversée de la plaque à tubes dans les jambes supérieures de ces tubes qui forment ainsi, à l'intérieur de ltenveloppe du générateur un surchauffeur. L'eau primaire passe ensuite dans les jambes inférieures où- elle circule de façon méthodique, c'est-à-dire à contre-courant du fluide secondaire.Celui-ci en effet est admis dans l'enveloppeZ conformément à l'invention, sous une plaque transversale prévue dans cette dernière de façon à séparer les jambes supérieures des jambes inférieures, cette plaque transversale étant sensiblement perpendiculaire à la plaque à tubes et limitée à son extrémité opposée au voisina- ge de la partie en U des tubes. Le fluide secondaire également est généralement cons titubé par de l'eau qui est liquide à son entrée dans le géné- rater, Dans la partie basse de l'enveloppe, notamment au contact des jambes inférieures, l'eau secondaire est sous forme d'émulsion d'eau liquide et de vapeur alors que dans la partie haute de cette même enveloppe, au contact des jambes supérieures, s'établit une zone uniquement remplie de vapeur relativement sèche Dans l'émulsion de a partie fiasse,- la phase liquide est continue avec des bullas qui XDntent à travers le faisceau des tubes Jusqu'à la surface de -séparation avec la zone de vapeur seche, la phase gazeuse devenant à son tour continue lorsque le taux de vide dépasse Q,5 > la phase liquide constituée de gouttelettes seyant alars tendance à tomber vers le bas de ltenveloppe. Avantageusement, afin que l'échange de chaleur se fasse dans les meilleures conditions passibles et avec le meilleur rendement, on évite que la partie haute des jambes inférieures du faisceau des tubes ne se trouve dénoyée sur la majeure partie de sa longueur par suite de l'effet de séparation des phases par gravité. Dans ce but et selon l'invention, on dispose au-dessus des jambes inférieures et sous la plaque transversale un espace libre pour le passage de la vapeur, les pertes de charge dans ce passage étant plus fai bles et la vitesse de la vapeur plus grande que dans l'émul- sion.La vapeur produite entre les tubes du faisceau a donc tendance à s'élever en entraînant dans son mo-uvement des gouttes non encore évaporées, ce qui évite d'assécher la partie haute des jambes inférieures des tubes, la composante verticale de la vitesse de la vapeur et des gouttes empêchant notamment la formation d'un film de vapeur autour des -tubes tandis que le coefficient d'échange demeure élevé pendant toute la phase d'évaporation. D'autres caractéristiques et avantages d'un générateur de vapeur établi conformément à l'invention apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre indicatif et non limitatif, en référen- ce aux dessins annexés sur lesquels la Fig. j est une vue schématique en coupe transversale d'un générateur de vapeur selon l'invention ;; - la Fig. 2 est une vue en coupe transversale selon la ligne h--h de la Figt T Comme on le voit sur ces figure, le générateur de vapeur considérés désigné dans son ensemble sous la référence 1, se compose principalement d'une enveloppe externe formée d'une virole latérale cylindrique 2 à axe sensiblement Bori- zontal tlci légèrement incliné vers le Bas, cet angle d'in clinaison étant de l'ordre de quelques degrés et inférieur à 70), fermée à ses extrémités par des fonds bémisphériques, respectivement 3 et 4. La région délimitée par l'enveloppe et ses deux fonds est séparée par une plaque verticale 5, délai mitant deux régions respectivement S et 7, cette dernière étant elle-meme séparée par une cloîeontransversa,le 8 en deux collecteurs distincts, respectivement 5 et 10, réservés pour ce qui concerne le collecteur 9 à l'admission par une tubulure d'entrée 11, d'un fluide primaire génetra.-Iemènt de l'eau, le collecteur 10 situé sous la cloison 8 étant prévu pour l'évacation de ce même fluide primaire par une tubulure de sortis 12.Le passage du fluide primaire du collecteur 9 au collec- teur 10 s'effectue à travers un faisceau de tubes en U 13, comportant chacun une jambe supérieure 14, zone partie de raccordement 15 et une jambe inférieure 1S, les jambes 14 et 18 étant parallèles et sensiblement horizontales, ces tubes traversant la plaque 5 à leurs extrémités pour déboucher dans les collecteurs correspondants. Par ailleurs et selon une disposition classique, les tubes 13 du faisceau sont convenablement entretoisés par une série de grilles telles que 17, réparties selon la longueur de ces tubes. Conformément à l'inventionX le faisceau des tubes 13 monté dans l'enveloppe de l'échangeur et parcouru par-le fluide primaire, est sépare au moyen d'une plaque transversale 18, solidaire d'un coté de la plaque à tubes 5 et S'étendant de l'autre jusqu'au voisinage des parties de raccordement 15 des tubes, cette plaque transversale 18 délimitant entre elle-même et les jambes inférieures 16 du faisceau, un espace libre 19. Par ailleurs et selon une caractéristique préférée de l1invention, ltadmission d'un fluide secondaire, en l'oc currence de l'eau, est réalisée au moyen d'une tubulure d'admission 20, pénétrant dans l'enveloppe en se prolongeant entre le faisceau des tubes f3, sous la plaque transversale 18 et au voisinage de la plaque à tubes 5. Avantageusement, le prolongement 21 de la tubulure 20 est placé à l'intérieur d'une gouttière 2iafixée à la plaque transversale 18 et ce prolongement 21 comporte une série d'orifices 22, répartis sur sa génératrice inférieure.De la sorte le fluide secondaire sous phase liquide alimente le générateur en sPécou- lant par débordement à partir de la gouttière 21a La phase liquida du fluide secondaire ainsi introduite dans l'enveloppe circule d'abord à contre-courant au contact des jambes inférieures 16 des tubes 13 et se transi forme progressivement en vapeur, cette vapeur étant ensuite recueillie au-dessus de la plaque transversale 18, ou elle est séchée et surchauffée avant d'être extraite hors de I'enve-- loppe par une tubulure de sortie 23 prévue à sa partie supérieure.Au cours de ce trajet, la présence de l'espace libre 19 entre les jambes inférieures 16 et la plaque transversale 18 permet-à la vapeur produite d'acquérir une vitesse plus grande que celle de la vapeur dans l'émulsion, en évitant ainsi l'assèchement des tubes situés- le plus au centre du faisceau qui restent en permanence noyés. Avantageusement, l'enveloppe du générateur comporte également un second orifice 24, permettant le cas échéant d'injecter au contact des tubes un débit de refroidissement de secours, la position choisie pour cet orifice 24, laquelle est éloignée de la plaque à tubes verticale, permettant d'éviter les chocs thermiques sur cette dernière. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation plus spécialement décrit et représenté ci-dessus, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. En particulier et comme déjà précisé, l,axe de l'enveloppe du générateur peut être, soit rigoureusement horizontal et la plaque à tubes verticale, soit légèrement incliné sur l'horizontale comme sur les figures, dans les deux cas afin de permettre l'élimination des houes ou résidus formés en fonctionnement à l'intérieur de l'enveloppe, on prévoit une ouverture autorisant la purge de ses houes ou résidus, cette ouverture étant placée vers le bas de l'enveloppe en 25 dans le cas de l'axe incliné et en 25a dans le cas de l'axe horizontal. Une légère inclinaison de l'axe de l'échangeur sur l'horizontale permet un écoulement vers le bas de l'eau éventuellement entraînée par la vapeur dans la région des jambes supérieures n4 des tubes en U. REVENDICATIONS 1. Générateur de vapeur surchaufféeR comportant à l'intérieur d'une enveloppe interne cyltndrtRue, fermée par deux fonds opposés, une plaque à tubes délimitant avec un des fonds une chamhre séparée par une cloison an deux collazteurs, respectivement dadmiseton et d'évacuation pour un fluide primaire, un faisceau de tubes en U, parcourus par le fluide primaire, présentant chacun deux jambes parallèles traversant à leurs extrémités la plaque à tubes pour déboucher respectivement dans les collecteurs d'admission et d'évacuation, un conduit d'entrée dans l'enveloppe pour un fluide secondaire à vaporiser par échange de calories avec le fluide primaire à travers la paroi des tubes en U et une ouverture prévue dans l'enveloppe pour l'évacuation de la vapeur produite, caractérisé en ce que ladite enveloppe interna cylindrique a son axe sensiblement horizontal et en ce que ladite plaque à tubas étant verticale et le collecteur d'admission du fluide maire étant disposé au-dessus du collecteur d'évacuation, le faisceau de tubes en U est associé, à l'intérieur de l'enve- faisceau de tubes en U est associé, à l'intérieur de l'enveloppe, à une plaque transversale solidaire de la plaque à tubes et perpendiculaire à celle-ci, montée les jambes parallèles et s'étendant jusqu'au voisinage de la partie en U des tubes. 2. Générateur de vapeur surchauffée selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un espace libre est ménagé audessous de la plaque transversale et au-dessus des jambes inférieures des tubes. 3. Générateur de vapeur surchauffée selon la revendication 2, caractérisé en ce que le conduit d'entrée du fluide secondaire à vaporiser comporte un prolongement disposé dans ledit espace libre. 4. Générateur de vapeur surchauffée selon la revendication 3, caractérisé en ce que le prolongement du conduit d'entrée est placé à l'intérieur d'une gouttière et comporte une série d'orifices répartis sur sa génératrice inférieure. 5 Générateur de vapeur surchauffée selon la revenu dication 1, caractérisé en ce que l'axe de l'enveloppe est légèrement incliné vers le bas sur l'horizontale. 6. Générateur de vapeur surchauffée selon la reven dication 5, caractérisé en ce que l'enveloppe comporte une ouverture de vidange, prévue vers le has de celle-ci 7. Générateur de vapeur surchauffée selqn la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe comporte un orifice complémentaire pour injection de seca-urs d'un début de refroidissement.