Brevet FR2452687A1 — publié le 19801024

La présente invention concerne un échangeur à transmission indirecte de chaleur entre deux fluides, comportant une zone centrale formée de deux conduits coaxiaux, une zone d'échange périphérique entourée d'une virole externe, lesdites zones étant toutes deux à circulation à contre-courant, et une chambre de collecte du fluide partiellement refroidi issu de l'un des conduits coaxiaux et d'alimentation de la zone échange périphérique en ce même fluide, montée flottante vis-à-vis de la virole externe, les gammes de températures dans lesdites zones centrale et périphérique et/ou les matériaux de celles-ci étant suffisamment différents pour entraSner des différences de dilatation importantes.Elle s'applique notamment aux échangeurs de vaporisation d'eau secondaire dans des circuits d'échange de chaleur pour centrales nucléaires de production d'énergie électrique, dans lesquels le fluide primaire est de l'eau sous pression ou un metal alcalin fondu. Dans de tels échangeurs, les différences de température entre les zones axiale et annulaire d'échange sont importantes. A titre d'exemple, dans des échangeurs de vaporisation d'eau secondaire où le fluide primaire est de l'eau sous pression, eelle-ci entre de 315 C à 3350C environ-et sort entre 2800 et 3000C environ, cependant que liteau secondaire entre de 2200 à 2400C et se vaporise vers 2700 à 2900C. Les parois ou tubes en contact avec l'eau primaire doivent être en acier inoxydables alors que les autres sont fabriquées, pour en réduire le coût, en acier au carbone, de coefficient de dilatation différent.Les pressions sont en outre élevées lorsque les fluides primaire et secondaire sont de lteau, l'eau primaire étant vers 150 bars et l'eau secondaire vers 60 bars, ce qui entrain des parois et des plaques tubulaires épaisses. Par ailleurs, les surfaces d1 échange doivent être très longues, de l'ordre de 10 à 20 m, pour assurer un débit de transmission de chaleur suffisant. Les différences de dilatation sont donc importantes en valeur absolue, et il est difficile de les compenser tout en guidant avec précision le déplacement de la tête flottante, qui doit rester parfaitement coaxiale à la virole, en dépit-de la grande hauteur séparant cette tête flottante du point has fixe du conduit d'introduction du fluide primaire. La présente invention a pour but de procurer un échangeur dans lequel les dilatations différentielles des zones centrale et périphérique puissent etre completement compensées, tout en assurant un déplacement de la tête flottante bien parallèle à l'axe. L'échangeur selon l'invention est caractérisé en ce que lesdits conduits coaxiaux de la zone centrale se prolongent par des tronçons sensiblement à angle droit vis-à-vis de leurs parties principales, et de longueurs suffisantes pour permettre de compenser lesdites différences de dilatation. Il comporte en outre de préférence au moins l'une des caractéristiques suivantes - Les parties principales de ses zones centrale et périphérique sont verticales, et sa zone d'échange périphérique comprend un faisceau tubulaire dans les tubes duquel circule du haut vers le bas un liquide initialement plus chaud, cependant que le volume entourant le faisceau tubulaire est parcouru du bas vers le haut par un liquide initialement plus froid qui y est réchauffé et vaporisé, et sa zone centrale comprend un conduit axial d'introduction du liquide initialement plus chaud et un conduit annulaire d'évacuation de la vapeur issue du liquide initialement plus froid. - Il comporte à sa partie terminale dans le prolongement dudit conduit axial une ouverture munie de moyens de guidage de ce conduit lors de ses dilatations. Il est décrit ci-aprè9, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un générateur de vapeur par échange de chaleur d'un circuit d'eau dite "secondaire" avec un circuit d'eau pressurisée "primaire" réchauffée par passage dans un réacteur nucléaire, dans une centrale de production d'énergie électrique. La figure 1 représente l'ensemble du générateur de vapeur, en élévation et partiellement en coupe. La figure 2A représente une vue en coupe à plus grande échelle de la partie inférieure du générateur de vapeur. La figure 2B représente une vue en coupe à plus grande échelle de la partie supérieure. Dans la figure 1, on voit le conduit horizontal 1 d'introduction de l'eau primaire à haute température (vers 3250C) et sous haute pression (155 bars). Ce conduit est entouré du conduit annulaire 2 d'évacuation en contre-courant de la vapeur engendrée par l'eau secondaire, qui sort vers 2800C sous 64 bars par les tubulures 3. Ces deux conduits présentent un coude 4 à 900 au-delà duquel ils forment les conduits verticaux 5 et 6 de la zone d'échange axiale. Ceux-ci sont entourés de la zone d'échange annulaire enserrée entre les deux viroles coaxiales 7 et 8, constituée par un faisceau tubulaire 9 reliant les plaques tubulaires supérieure 10 et inférieure 11.L'eau primaire parvenue dans la chambre d'alimentation 13 à l'intérieur de la tette flottante 111 redescend dans le faisceau tubulaire 9, en contre-courant de l'eau secondaire introduite par des tubulures 12, qui monte dans la zone d'échange périphérique annulaire à l'extérieur des tubes, en se réchauffant et se vaporisant, la vapeur redescendant ensuite dans la zone axiale entre les conduits 5 et 6 pour rejoindre le conduit 2 et les tubulures 3 d'évacuation vers des turbines de détente. L'eau primaire refroidie à environ 2900C, parvenue dans la chambre de recueil 16, est évacuée par les tubulures 17 pour être renvoyée au réacteur. La figure 2A représente plus en détail le bas du générateur de vapeur. On y voit les tubulures d'introduction de l'eau secondaire 12, et des chicanes 20 sur le trajet de celle-ci, destinées à améliorer l'échange de chaleur de l'eau en cours de réchauffage. La vapeur formée redescend dans le volume annulaire 18 compris entre les conduits 5 et 6, cependant qu'elle remplit aussi le volume 19 compris entre le conduit 6 et la paroi interne 8 de la zone d'échange périphérique. On voit que les différences de dilatation des zones centrale et périphérique peuvent être absorbées, du fait que le conduit axial 1 n'est relié au conduit externe 2 qu'à l'extrémité du bras horizontal, ce qui lui permet de prendre une certaine flexion. Par ailleurs, à l'extrémité supérieure du générateur de vapeur (Figure 2B), la tete 19 entourant la chambre 13 de répartition de l'eau primaire dans le faisceau tubulaire 9 fixé à la plaque tubulaire 10, est montée flottante vis-à-vis de la partie supérieure 22 de la virole externe 7. A cet effet, celle-ci comporte une ouverture circulaire axiale délimitée par une portée 15, munie de guides 23 également répartis sur son pourtour. La tête se prolonge dans un trou d'homme 24, fermé par un couvercle 25 serré sur une bride 26, avec interposition d'un joint d'étanchéité-27. Ce trou d' homme permet le cas échéant une intervention pour réparation sur les plaques tubulaires 10 ou à l'intérieur du conduit axial 5, après interposition dés protections appropriées contre les rayonnements. On voit que, contrairement à la disposition connue où les guides de la tête flottante étaient disposés entre celle-ci et la virole externe à la hauteur de la plaque tubulaire supérieure, le guidage de la tête flottante est assuré avec plus de précision et les guides sont plus facilement accessibles. Bien que l'échangeur qui vient d'être décrit en référence aux figures paraisse la forme de réalisation préférable, on comprendra que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de l'invention, certains de ses organes pouvant être remplacés par d'autres qui joueraient le même rôle technique. En particulier, l'invention pourrait également s' ap pliquer à un échangeur d'axe horizontal ou à un échangeur dans lequel le fluide primaire serait autre que de l'eau pressurisée, ou à un échangeur dans lequel la tête flottante serait dans la partie inférieure. REVENDICATIONS 1/ Echangeur à transmission indirecte de chaleur entre deux fluides, comportant une zone centrale formée de deux conduits coaxiaux (5, 6), une zone d'échange périphérique entourée d'une virole externe (7), lesdites zones étant toutes deux à circulation à contre-courant-, et une chambre (13) de collecte du fluide issu de l'un des conduits coaxiaux et d'alimentation de la zone d'échange périphérique en ce même fluide, montée flottante vis-à-vis de la virole externe, les gammes de températures dans lesdites zones centrale et périphérique et/ou les matériaux de celles-ci étant suffisamment différents pour entrainer des différences de dilatation importantes, caractérisé en ce que lesdits conduits coaxiaux de la zone centrale se prolongent par des tronçons (1, 2) sensiblement à angle droit vis-à-vis de leurs parties principales, et de longueurs suffisantes pour permettre de compenser lesdites différences de dilatation. 2/ Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties principales de ses zones centrale et périphérique sont verticales, en ce que sa zone d'échange périphérique comprend un faisceau tubulaire (9) dans les tubes desquels circule du haut vers le bas un liquide initialement plus chaud, cependant que le volume entourant le faisceau tubulaire est parcouru du bas vers le haut par un liquide initialement plus froid qui y est réchauffé et vaporisé, et en ce que sa zone centrale comprend un conduit axial (5) d'introduction du liquide initialement plus chaud et un conduit annulaire (6) d'évacuation de la vapeur issue du liquide initialement plus froid. 3/ Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte à sa partie terminale dans le prolongement dudit conduit axial une ouverture munie de moyens (21)de guidage de ce conduit lors de ses dilatations.