Brevet FR2501830A1 — publié le 19820917

Dispositif d'échange indirect de chaleur à collecteurs d'arrivée et de sortie des fluides d'échange La présente invention concerne un dispositif d'échange indirect de chaleur entre un métal alcalin liquide chaud et de l'eau à vaporiser et surchauffer, à au moins une boucle d'échange comprenant un certain nombre d'éléments d'échange en parallèle, des collecteurs d'arrivée de l'eau à vaporiser et de sortie de la vapeur formée, un vase d'expansion du métal alcalin liquide chaud, une pompe de circulation du métal alcalin liquide refroidi et un ballon séparateur de l'eau et de la vapeur formée. On a déjà proposé des dispositifs de ce genre, en particulier pour l'échange de chaleur entre un circuit de métal alcalin liquide, généralement du sodium liquide, réchauffé par échange de chaleur avec un métal alcalin liquide chaud provenant d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, et de l'eau à vaporiser et surchauffer, avant envoi de la vapeur formée dans les turbines de détente d'une centrale de production d'énergie. Les organes auxiliaires de ces dispositifs, tels que les collecteurs de sodium, d'eau et de vapeur, les vases d'expansion et pompes de circulation du sodium, les ballons séparateurs de l'eau et de la vapeur, doivent être reliés au circuit d'arrivée du sodium chaud et au circuit d'évacuation de la vapeur vers la centrale de production d'énergie, ainsi qu'entre eux, par de multiples tuyauteries qui entraient une complexité notable des installations et sont exposées à des dilatations ou contractions thermiques importantes lors des mises en marche, arrêts ou changements d'allure de la centrale ou du réacteur. Ceci augmente l'encombrement des installations et nécessite de munir beaucoup de ces tuyauteries de lyres de dilatation. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et de procurer un dispositif d'échange de chaleur moins encombrant que les dispositif connus, et ne comportant que peu ou pas de lyres de dilatation. Le dispositif d'échange indirect de chaleur selon l'invention est caractérisé en ce que les vases d'expansion du métal alcalin liquide chaud et les pompes de circulation du métal alcalin liquide froid sont groupés sur une face du dispositif, tournée du côté d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides assurant le chauffage d'un circuit primaire de métal alcalin liquide, et les ballons séparateurs de liteau et de la vapeur et les collecteurs d'eau et de vapeur sur une face opposée, tournée du côté d'une centrale de production d'énergie par détente de vapeur. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes - Les collecteurs d'arrivée et de sortie du métal alcalin liquide ont respectivement pour origine des dilatations le vase d'expansion du métal alcalin liquide chaud et la pompe de circulation du métal alcalin liquide refroidi - Les collecteurs d'arrivée d'eau et de sortie de vapeur sont en forme d'U, et comportent pour origine des dilatations leurs extrémités et en leur point médian un élément de guidage dans leur plan le long de leur axe de symétrie. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un dispositif d'échange de chaleur, généralement appelé générateur de vapeur, selon l'invention, destiné à assurer la vaporisation d'eau par échange de chaleur avec un circuit de sodium liquide chaud, comportant quatre boucles d'échange en parallèle. La figure 1 représente une vue de côté en élévation du générateur de vapeur. La figure 2 représente en perspective les collecteurs de sodium, d'eau et de vapeur et leurs origines de dilatation. Dans la figure 1, les collecteurs d'arrivée de sodium liquide chaud 12, 22, 32, 42 des boucles d'échange 1, 2, 3, 4, représentées schématiquement par des rectangles, sont reliés aux vases d'expansion de sodium liquide 140, 150, 160, 170, et les collecteurs d'évacuation du sodium froid 13, 23, 33, 43 aux pompes 19, 29, 39, 49, munies de leurs vases d'expansion 20, 30, 40, 50. Vases d'expansion et pompes sont groupés sur la face droite des boucles d'échange, tournée vers le réacteur surgénérateur. On voit en 80 un récipient de stockage de sodium liquide, relié au collecteur d'évacuation de sodium liquide de la boucle d'échange 4, et muni de la manière habituelle d'un cyclône 81 de séparation de l'hydrogène éventuellement formé. On voit également en 71, 73 les entrées d'eau dans deux des boucles 2 et 4, et en 72, 74 les séparateurs de l'eau et de la vapeur à la sortie de celles-ci, la vapeur étant évacuée vers les turbines de détente par les conduits 75, 76. Ces organes sont disposés sur la face gauche des boucles d'échange, tournée vers la centrale de production d'énergie-électrique par détente de la vapeur dans les turbines. Les entrées d'eau et séparateurs des boucles 1 et 3 n'ont pas été représentées pour plus de clarté de la figure. La figure 2 représente en perspective les collecteurs de sodium chaud et refroidi, d'eau et de vapeur, et leurs origines de dilatation pour la boucle d'échange de chaleur 1. Le collecteur d'arrivée de sodium chaud 12, relié au vase d'expansion 140, a pour origine de dilatation ce dernier. Le collecteur d'évacuation du sodium refroidi 13, relié à la pompe 19, a pour origine de dilatation l'axe de la pompe. Le collecteur d'arrivée d'eau est en forme de U à deux branches 14, 16, dont les extrémités 90, 91 constituent l'origine des dilatations. Il comporte par ailleurs un guidage au point 94 de convergence des deux branches suivant son axe de symétrie, ce point étant par ailleurs maintenu dans le plan des collecteurs 12 et 13. On peut assurer par exemple un tel guidage de manière connue en soi par des patins glissant dans des glissières (non représentés), ces glissières étant reliées à la tuyauterie verticale 96. De même, le collecteur d'évacuation de la vapeur est en forme de U à deux branches 15, 17 dont les deux extrémités 92 et 93 constituent l'origine des dilatations. Il comporte un guidage au point 95 de convergence des deux branches suivant son axe de symétrie, ce point étant par ailleurs maintenu dans le plan des collecteurs 12 et 13 par la tuyauterie verticale 97, pouvant être munie de glissières parallèles à l'axe de symétrie. Dans les dispositifs connus, où les origines de dilatation étaient sur le générateur de vapeur proprement dit, il fallait disposer des lyres de dilatation entre celui-ci et les différents organes tels que vases d'expansion et pompes. La disposition cidessus décrite permet de supprimer ces lyres de dilatation. Bien que le dispositif d'échange de chaleur qui vient d'être décrit en référence aux figures paraisse la forme de réalisation préférable de l'invention, 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 un rôle technique analogue. En particulier, les supports des organes de guidage des points de convergence des branches des collecteurs d'eau et de vapeur pourraient être autres que des tuyauteries. Lorsque le dispositif d'échange indirect de chaleur comporte plusieurs boucles d'échange en parallèle, celles-ci peuvent être disposées comme prévu par la demande de brevet français n0 8 102 760 du 12. févriér 1981 de la Demadderesse. REVENDICATIONS 1/ Dispositif d'échange indirect de chaleur entre un métal alcalin liquide chaud et de l'eau à vaporiser et surchauffer, à au moins une boucle d'échange comprenant un certain nombre d'éléments d'échange en parallèle, des collecteurs d'arrivée de l'eau à vaporiser (71, 73) et de sortie de la vapeur formée (75,76), un vase d'expansion de métal alcalin liquide chaud (140, 150, 160, 170, fig.1), une pompe de circulation du métal alcalin liquide refroidi (19, 29, 39, 49) et un ballon séparateur de l'eau et de la vapeur formée (72, 74), caractérisé en ce que les vases d'expansion du métal alcalin liquide chaud et les pompes de circulation du métal alcalin liquide froid sont groupés sur une face du dispositif, tournée du côté d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides assurant le chauffage d'un circuit primaire de métal alcalin liquide, et les ballons séparateurs de l'eau et de la vapeur et les collecteurs d'eau et de vapeur sur une face opposée, tournée du côté d'une centrale de production d'énergie par détente de vapeur. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les collecteurs d'arrivée (12, fig.2) et de sortie (13) du métal alcalin liquide ont respectivement pour origine des dilatations le vase d'expansion du métal alcalin liquide chaud (140) et la pompe de circulation du métal alcalin liquide refroidi (19). 3/ Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les collecteurs d'arrivée d'eau (14, 16) et de sortie de vapeur (15, 17) sont en forme d'U, et comportent pour origines des dilatations leurs extrémités (90, 91, 92, 93) et en leur point médian un élément (94, 95) de guidage dans leur plan le long de leur axe de symétrie.