Brevet FR2488382A3 — publié le 19820212

FR 2488382 A3 19820212 FR 8113997 A 19810717 NOUVEAU DISPOSITIF D'ECHANGE THERMIQUE PAR CONVECTION NATURELLE ET/OU FORCEE. La présente invention a pour objet un nouveau dispositif d'échange thermique par convection naturelle et/ou forcée. On connaît des échangeurs de chaleur pour installations industrielles formes de tubes horizontaux munis extérieurement d'ailettes continues périphériques, spiraliformes ou segmentées. L'air ou le gaz réfrigérant traverse extérieurement et transversalement le faisceau de tubes. Dans ce type d'échangeur de chaleur, la perte de charge du fluide réfrigérant est considérablement élevée, et pour faire circuler ce dernier, il est nécessaire d'utiliser un système de ventilation forcée Il existe des applications industrielles dans lesquelles, pour des raisons de sécurité, la réfrigération doit être constamment assurée malgré l'indisponibilité de la source d'énergie qui alimente la station de ventilationfaussi dans de tels cas,est-il nécessaire d'assurer une circulation naturelle dans les plus brefs délais. On retrouve un cas typique de ce type d'application dans les réacteurs nu cléaires à neutrons rapides réfrigérés par un métal liquide dans lesquels il est nécessaire d'extraire l'énergie contenue dans le metal liquide par l'intermédiaire d'échangeurs de chaleur à convection naturelle pour les deux fluides. L'objet de la présente invention est de faciliter et d'abréger l'amorçage de la circulation naturelle des fluides: il s'agit d'un mode de réalisation d'un échangeur, fonctionnant sur le circuit secondaire avec des fluides gazeux, qui satisfait aux conditions suivantes: a) il présente une réduction substantielle de sa section d'encombrement et par conséquent permet l'emploi d'un local plus petit pour son installation; b) il facilite l'amorçage de la convection naturelle tant du côté primaire que du côté secondaire permettant, le cas échéant, le fonctionnement en convection forcée; c) Il presente l'avantage d'être de réalisation simple, de montage et démontage faciles et de coûts de construction limités. La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur à circulation forcée ou naturelle, tout particulièrement destiné à être utilisé dans des installations nucléaires dans lequel un fluide primaire forme de sodium liquide est refroidi par un fluide secondaire consistant en air,comprenant un collecteur flnférieur etun collecteur superieur-disposés à une distanceconvenable l'un au dessus de l'autre, en ce que entre ces deux collecteurs est disposé un faisceau de tubes verticaux substantiellement droits disposés à l'intérieur d'une première partie verticale d'une cheminée, en ce que en outre ladite cheminée est formée d'au moins deux parties verticales reliées entre elles par une partie horizontale et en ce que enfin le faisceau tubualaire est placé dans la partie inférieure verticale de ladite cheminée. Selon un mode d'exécution de l'invention,dans cet échangeur les tubes droits verticaux sont pourvus d'ailettes longitudinales et en ce que le liquide à réfrigérer circule à l'intérieur des tubes, du haut vers le bas, tandis que l'air de réfrigération circule à l'extérieur desdits tubes, du bas vers le haut. Selon un mode d'exécution de l'invention,dans cet échangeur les tubes droits verticaux sont pourvus d'ailettes longitudinales et le liquide à réfrigerer circule à l'intérieur des tubes, du bas vers le haut, tandis que l'air de réfri gération circule à l'extérieur desdits tubes du haut vers le bas. Le dispositif selon la présente invention est formé de tubes à ailettes longitudinales disposés verticalement au lieu de tubes horizontaux à ailettes disposées perpendiculairement aux tubes. Ce dispositif satisfait aux conditions indiquées dans le point "a" car il présente des possibilités d'encombrement maximum en hauteur permettant ainsi de réduire la section de l'échangeur et donc la dimension horizontale du local dans lequel il est installé. Un échangeur de ce type étant plus haut que les échangeurs convectionnels et présentant des pertes de charge inférieures, tant dans la partie primaire que secondaire, en raison de la géométrie adoptée, permet un amorçage plus facile et plus sûr de la convection naturelle en toutes conditions de fonctionnement (point "b"). Ce dispositif ne donne pas lieu pour des unités de grande puissance, à des difficultés de construction, ou de montage et démontage qui sont typiques des échangeurs horizontaux et donc, grâce à sa géométrie simple, implique, à puissance égale, des coûts inférieurs (point "c"). D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture des exemples suivants, donnes à titre illustratif mais non-limitatif. - La figure 1 représente, en coupe verticale, un échangeur de chaleur selon l'invention formé d'un tube vertical à ailettes fixé par ses extrémités à deux collecteurs de section circulaire. - La figure 2 est une coupe horizontale selon les lignes II-II de la figure 1. - La figure 3 est une représentation agrandie d'un détail de la figure 2. - La figure 4 est une coupe verticale, analogue à celle illustrée sur la figure 1 d'un autre mode de realisation selon lequel les collecteurs ont la forme de coupoles auxquelles sont fixés les tubes verticaux qui forment l'échangeur de chaleur. - La figure 5 est une coupe horizontale selon la ligne V-V de la figure 4. Les figures 1 à 3 illustrent un échangeur de chaleur selon l'invention formé d'un faisceau de tubes verticaux fixés par leurs extrémites à deux collecteurs 11 et 12. Le faisceau tubulaire contient un conduit vertical 20 qui est fixé à sa partie inférieure à un conduit horizontal 21 qui commun-ique avec l'atmosphère. A son extrémité supérieure, le conduit vertical 20 débouche dans un conduit horizontal 22 qui lui-même debouche dans un autre conduit vertical 23 qui constitue la partie supérieure d'une chemise formé des conduits 20, 21, 22 et 23. Des deflecteurs convenables 31 et 32 sont placés dans les conduits horizontaux 21 et 22. Comme le montre la figure 2, le faisceau tubulaire 10 présente une section pratiquement rectangulaire et comme il apparaît de la figure 3, les tubes sont fixés par leur sommet à un maillage triangulaire. Le fonctionnement de cette installation est le suivant: à l'intérieur du faisceau tubulaire 10, le courant de sodium liquide refroidit, le courant gazeux provenant du conduit horizontal 21 et qui traverse successivement les conduits 21, 20, 22 et 23. Ledit courant d'air circule grâce à la différence de pression qui existe entre l'extrémité supérieure de la cheminée 23 et le niveau du conduit d'entree 21. Ledit courant d'air ne se deplace pratiquement que par convection naturelle. Au fond du conduit vertical 23 est disposé un conduit de vidange 33 pour la récupération éventuelle de l'eau de condensation et de l'eau qui a pu pénétrer dans la chambre 23. Dans ce mode de réalisation, il n'est pas nécessaire de pourvoir l'extrémité supérieure de la cheminée d'un couvercle. Le support du faisceau tubulaire peut être réalisé aussi bien uniquement par le haut que simultanément par le haut et le bas. Selon un autre mode de réalisation, le faisceau tubulaire est susceptible de se dilater librement sans provoquer de danger dans le cas de sollicitations d'origine thermique à l'intérieur de chacun des tubes du faisceau aussi bien qu'au niveau de leur fixation avec le collecteur. Dans la forme de réalisation illustrée sur les figures 4 et 5 les collecteurs 111 et 112 ont la forme de demi coupoles; elles comportent des tubes susceptibles d'être adaptés à ces coupoles. Ledit dispositif étant constitué de tubes verticaux, permet en outre: 1) une facilité de drainage; 2) une facilité de compensation des dilatations differentielles éventuelles au moyen de compensateurs simples; 3) une possibilité de réduction de la hauteur de la cheminée en fonctionne ment en convection naturelle à cause de ses pertes de charge réduites, et donc une diminution dû coût total de l'installation. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limite aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Echangeur de chaleur à circulation forcée ou naturelle, tout particu lierement destiné à être utilisé dans des installations nucléaires dans lequel un fluide primaire formé de sodium liquide est refroidi par un fluide secondaire consistant en air, caractérisé en ce qu'il comprend un collecteur inférieur (12, 112) et un collecteur supérieur (11, 111) disposés l'un au-dessus de l'autre et à une distance convenable, en ce que entre ces deux collecteurs (12, 112 11, 111) est disposé un faisceau (10) de tubes verticaux substantiellement droits disposés à l'intérieur d'une première partie verticale (20) d'une cheminée (21, 20, 22, 23), en ce qu' en outre ladite cheminee (21, 20, 22, 23) est formée d'au moins deux parties verticales (20, 23) reliées entre elles par une partie horizontale (22) et en ce que enfin le faisceau tubulaire (10) est placé dans la partie inférieure verticale (20) de ladite cheminée (21, 20, 22, 23). 2.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes droits verticaux sont pourvus d'ailettes longitudinales et en ce que le liquide à refrigérer circule à l'intérieur des tubes, du haut vers le bas, tandis que l'air de réfrigération circule à l'extérieur desdits tubes, du bas vers le haut. 3.- Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes droits verticaux sont pourvus d'ailettes longitudinales et en ce que le liquide à réfrigérer circule à l'intérieur des tubes, du bas vers le haut, tandis que l'air de réfrigération circule à l'extérieur desdits tubes du haut vers le bas. 4.- Echangeur de chaleur à circulation naturelle ou forcée constitué d'un faisceau de tubes droits verticaux dotés extérieurement d'ailettes longitudinales, dans lequel le fluide à réfrigérer circule dans les tubes de haut en bas tandis que le fluide réfrigérant circule dans le faisceau à l'extérieur des tubes de bas en haut. 5.- Echangeur de chaleur à circulation naturelle ou forcée utilisant l'air comme fluide réfrigérant, caractérisé en ce qu'il est constitué de tubes verticaux lisses dans lesquels le fluide à réfrigérer circule de haut en bas tandis que l'air lèche l'extérieur du faisceau de tubes de bas en haut.